thiết kế vật liệu fe doped cryptomelane để xử lý phẩm nhuộm màu

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA </b>

---

<b>NGUYỄN NGỌC THIỆN </b>

<b>THIẾT KẾ VẬT LIỆU Fe-DOPED </b>

<b>CRYPTOMELANE ĐỂ XỬ LÝ PHẨM NHUỘM MÀU DESIGN OF Fe-DOPED CRYPTOMELANE </b>

<b>MATERIAL FOR DYE DEGRADATION</b>

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301

<b>LUẬN VĂN THẠC SĨ </b>

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2024

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Công trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Trần Thụy Tuyết Mai Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. Trần Hải Nam

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Quốc Thiết Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Võ Thị Thu Như

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 10 tháng 01 năm 2024.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Quang Long

2. Thư ký: PGS.TS Nguyễn Văn Dũng 3. Phản biện 1: TS. Nguyễn Quốc Thiết 4. Phản biện 2: TS. Võ Thị Thu Như 5. Ủy Viên: PGS.TS Trần Thụy Tuyết Mai

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

<b> KỸ THUẬT HÓA HỌC </b>

PGS.TS Nguyễn Quang Long PGS.TS Nguyễn Quang Long

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Đại Học Quốc Gia TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc </b>

<b>NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ </b>

Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Thiện MSHV: 2170170

Ngày, tháng, năm sinh: 19/06/1998 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 I. <b>TÊN ĐỀ TÀI: </b>

Thiết kế vật liệu Fe-doped Cryptomelane để xử lý phẩm nhuộm màu. Design of Fe-doped cryptomelane material for dye degradation.

<b>NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG </b>

− Tổng hợp Fe-OMS-2 bằng phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tầm − Đặc trưng vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét SEM, phân tích ICP-MS và phân tích Raman shift.

− Khảo sát hoạt tính xúc tác trong q trình xử lý Acid Blue 62 với sự hỗ trợ của ozone

III. <b>NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/2023 </b>

<b>CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS. Trần Hải Nam </b>

Tp.HCM, ngày 23 tháng 12 năm 2023

<b> CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO </b>

TS. Trần Thụy Tuyết Mai TS. Trần Hải Nam PGS. TS. Nguyễn Quang Long

<b>TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC </b>

PGS. TS. Nguyễn Quang Long

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Đầu tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh và khoa kỹ thuật hóa học đã tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập tại trường thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này.

Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy cơ trong khoa kỹ thuật hóa học và đặc biệt là các thầy cơ bộ mơn kỹ thuật hóa lý đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian ngồi trên giảng đường đại học vừa qua.

Cám ơn thầy Nguyễn Quang Long, thầy Lâm Hoa Hùng và thầy Nguyễn Văn Dũng đã hỗ trợ, giúp đỡ em nhiệt tình trong q trình làm luận văn. Cám ơn cơ Phạm Thanh Duy đã hỗ trợ cho em đầy đủ dụng cụ để em có thể hồn thành luận văn thuận lợi.

Em xin cảm ơn thầy Trần Hải Nam đã giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình chế tạo và vận hành thiết bị tạo ozone của luận văn này.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô Trần Thụy Tuyết Mai, người đã luôn giúp đỡ, động viên, hướng dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Đồng thời em cũng xin chân thành cám ơn các bạn và anh chị đã và đang làm luận văn tại phịng thí nghiệm xúc tác đã giúp đỡ em những kiến thức và dụng cụ thí nghiệm để làm luận văn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2024 Học viên thực hiện

NGUYỄN NGỌC THIỆN

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>TÓM TẮT LUẬN VĂN </b>

Xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ độc hại, nước thải dệt nhuộm luôn là một trong những vấn đề về môi trường được quan tâm nhất hiện nay. Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống đều gặp phải một số khó khăn nhất định liên quan đến hiệu quả xử lý và tính bền vững mơi trường. Trong nghiên cứu này, 8 mẫu vật liệu OMS-2 biến tính sắt được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm. Trong đó các mẫu Fe-OMS-2 và Fe/OMS-2 đều thể hiện khả năng cải thiện hiệu quả xúc tác dị thể trong q trình ozone hóa xử lý phẩm nhuộm màu Acid blue 62 (AB-62). Mẫu đồng kết tủa Fe(0.1) cho hiệu quả ozone hóa AB-62 cao nhất, với 74% hiệu suất xử lý AB-62 sau 90 phút. Các đặc trưng hóa lý cho thấy cấu trúc tinh thể cryptomelane dạng bó sợi (XRD và ảnh chụp SEM) với thành phần khối lượng của các nguyên tố (ICP-MS) có trong các mẫu Fe-OMS-2 và Fe/OMS-2 tổng hợp. Kết quả phân tích Raman shift cho thấy đầy đủ các dao động đặc trưng của Mn-O ở 576 và 634 cm<small>-1</small> trên các mẫu Fe-OMS-2 và Fe/OMS-2 tổng hợp từ phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm. Việc tẩm sắt đã làm xuất hiện thêm pha hematite ở mẫu 20%Fe; được ghi nhận từ kết quả phân tích XRD, cũng như từ phân tích Raman shift.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>ABSTRACT </b>

Treatment of wastewater containing toxic organic compounds, especially dye wastewater, is currently one of the most environmentally concerning issues. Traditional wastewater treatment methods face challenges in terms of processing efficiency and sustainable matters. In this study, 8 samples of iron-modified OMS-2 were prepared by co-precipitation and impregnation methods. All the synthesized Fe-OMS-2 and Fe/OMS-2 showed significantly improved efficiency in treating Acid Blue 62 in the aid of ozone. Fe(0.1)-OMS-2 prepared by co-precipitation presented the highest catalyst performance in the ozonation of AB-62 while 74% AB-62 was decolorized after 90 minutes of ozone treatment. The synthesized material exhibited characteristic features of fibrous cryptomelane crystal structure (XRD and SEM images), with elemental composition confirmed by ICP-MS analysis. Raman shift results demonstrated Mn-O vibrations at 576 and 634 cm<small>-1</small> were observed for all synthesized Fe/OMS-2 samples. The iron impregnation led to the emergence of hematite phase recorded only for the 20%Fe sample from XRD. This consisted with the vibration in the range 390-610 cm^-1representing the hematite from Raman shift evidence.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Em xin cam đoan đề tài: “Thiết kế vật liệu Fe-doped Cryptomelane để xử lý phẩm nhuộm màu” là một cơng trình nghiên cứu độc lập khơng có sự sao chép của người khác. Đề tài là một sản phẩm mà em đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa, bộ mơn Kỹ Thuật Hóa Lý, phịng thí nghiệm Xúc tác. Trong q trình viết bài có sự tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, dưới sự hướng dẫn của cô Trần Thụy Tuyết Mai và thầy Trần Hải Nam. Em xin cam đoan nếu có vấn đề gì em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Nguyễn Ngọc Thiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>MỤC LỤC </b>

LỜI MỞ ĐẦU ... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ... 2

1.1 Thuốc nhuộm Acid và Acid blue 62... 2

1.1.1 Thuốc nhuộm acid ... 2

1.4 Các phương pháp định danh OMS-2 ... 15

1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X ... 15

1.4.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ... 16

1.4.3 Phương pháp quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tầng kết hợp khối phổ (ICP-MS) ... 16

1.4.4 Phương pháp quang phổ Raman shift ... 17

1.4.5 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng EDX ... 17

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

2.3 Xác định nồng độ ozone từ thiết bị tạo ozone ... 23

2.4 Khảo sát khả năng xử lý phẩm nhuộm màu acid blue 62 ... 25

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác Fe-OMS-2... 26

2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của việc tẩm sắt lên vật liệu K-OMS-2 trong ứng dụng xúc tác phản ứng khử màu acid blue 62 ... 26

2.4.3 Khảo sát khả năng tái sử dụng xúc tác ... 27

2.5 Các phương pháp phân tích tính chất vật liệu ... 27

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ... 29

3.1 Các kết quả định danh vật liệu ... 29

3.1.1 Kết quả đo nhiễu xạ tia X ... 29

3.1.2 Kết quả Raman shift ... 30

3.1.3 Kết quả đo ICP-MS và BET ... 31

3.1.4 Kết quả kính hiển vi điện tử quét SEM ... 33

3.2 Kết quả các yếu tố thực hiện khảo sát khả năng xử lý chất màu của xúc tác ... 35

3.2.1 Kết quả thí nghiệm đo bước sóng hấp thu cực đại của AB62... 35

3.2.2 Kết qủa xác định nồng độ ozone từ thiết bị ... 35

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

3.2.3 Đường chuẩn quan hệ giữa độ hấp thu A và nồng độ dung dịch AB62

... 36

3.3 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý phẩm nhuộm màu AB62 ... 36

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác ... 36

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp đưa sắt vào vật liệu OMS-2 .... 41

3.3.3 Khảo sát khả năng tái sử dụng xúc tác của Fe(0.15) và Fe(0.20) ... 43

3.3.4 Khảo sát khả năng xử lý AB62 của vật liệu OMS-2 đồng kết tủa trong điều kiện khơng có ozone ... 44

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 46

4.1 Kết luận... 46

4.2 Kiến Nghị ... 47

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ... 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 49

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH </b>

Hình 1. 1 Cơng thức cấu tạo của acid blue 62 ... 4

Hình 1. 2 Acid blue 62 ... 5

Hình 1. 3 Cơng thức cấu tạo của ozone ... 8

Hình 1. 4 Cấu trúc vật liệu OMS ... 10

Hình 1. 5 Cấu trúc khơng gian của OMS-2 ... 12

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp K-OMS-2 bằng phương pháp hồi lưu nhiệt . 19Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp Fe-OMS-2 bằng phương pháp đồng kết tủa 20Hình 2.3 Sơ đồ quy trình tẩm muối sắt trên nền K-OMS-2 tổng hợp Fe/OMS-2. ... 22

Hình 2.4 Hệ thống thí nghiệm xác định nồng độ ozone ... 24

Hình 2.5 Mơ hình thí nghiệm xử lý phẩm nhuộm màu acid blue 62 bằng với sự hỗ trợ của ozone ... 25

Hình 3.1 : Kết quả đo XRD của các vật liệu... 29

Hình 3.2 Kết quả quang phổ Raman shift của các vật liệu ... 30

Hình 3.3 Đường hấp phụ khử hấp phụ với N<small>2</small> trên Fe(0.10), Fe(0.15) và Fe(0.20) ... 31

Hình 3.4 Ảnh SEM của mẫu Fe(0.05), Fe(0.10), Fe(0.15) và Fe(0.20) ... 33

Hình 3.5 Ảnh SEM của mẫu 5%Fe, 10%Fe, 15%Fe, 20%Fe. ... 34

Hình 3. 6 Đồ thị biểu diễn bước sóng hấp thu của Acid blue 62 ở nồng độ 70 ppm. ... 35

Hình 3. 7 Đường chuẩn quan hệ giữa nồng độ AB62 và độ hấp thu A ... 36

Hình 3. 8 Hiệu suất xử lý acid blue 62 với các hàm lượng xúc tác 2 khác nhau. ... 37

Fe(0.05)-OMS-Hình 3. 9 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác Fe(0.05) đến quá trình xử lý AB62 ... 37

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 3. 10 Hiệu suất xử lý acid blue 62 với các hàm lượng xúc tác OMS-2 khác nhau. ... 38Hình 3. 11 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác Fe(0.15) đến quá trình xử lý AB62 ... 39Hình 3. 12 Hiệu suất xử lý acid blue 62 với các hàm lượng xúc tác Fe(0.20)-OMS-2 khác nhau. ... 40Hình 3. 13 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác Fe(0.20) đến quá trình xử lý AB62 ... 41Hình 3. 14 Hiệu suất xử lý acid blue 62 với các xúc tác Fe/OMS-2 khác nhau, hàm lượng xúc tác sử dụng là 0.2g/l. ... 41

Fe(0.15)-Hình 3. 15 Hiệu suất xử lý acid blue 62 trên các xúc tác Fe-OMS-2 khác nhau, hàm lượng xúc tác sử dụng là 0.10 g/l. ... 42

Hình 3. 16 Hiệu suất xử lý màu AB-62 ở những lần tái sử dụng hệ xúc tác Fe(0.20) khác nhau ở 0.20g/l xúc tác sử dụng. ... 43

Hình 3. 17 Hiệu suất xử lý AB-62 trong tái sử dụng hệ xúc tác Fe(0.15) ở 0.20 g/l xúc tác sử dụng. ... 44

Hình 3. 18 Khả năng xử lý AB62 của các xúc tác Fe(0.05), Fe(0.10), Fe(0.15), Fe(0.20) trong điều kiện không ozone ở các nồng độ AB62 khác nhau với hàm lượng xúc tác là 0.10 g/l ... 45

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>DANH MỤC BẢNG </b>

Bảng 2.1 Bảng nguyên liệu hóa chất sử dụng ... 18Bảng 3.1 Bảng kết quả đo ICP-MS ... 31

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT </b>

Acid blue 62 AB62 Chất màu nhuộm acid blue 62 Brunauer Emnett Teller BET Thuyết Brunauer-Emmett-Teller

Octahedral Molecular Sieves OMS Rây phân tử bát diện Scanning Electron Microscope SEM Kính hiển vi điện tử quét X-Ray Diffraction XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>LỜI MỞ ĐẦU </b>

Phẩm màu nhuộm là nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp dệt may và được dùng để tạo ra những sản phẩm mang tính thẩm mỹ với sự đa dạng trong dải màu sắc mà phẩm nhuộm có thể mang đến. Tuy nhiên, điều khơng thể phủ nhận là nước thải dệt nhuộm gây ảnh hưởng rất đáng kể đến môi trường sống và sức khỏe của con người do bởi chúng thường chứa các hợp chất độc hại và khó phân hủy trong tự nhiên. Đây là một trong những thách thức lớn đối với yêu cầu xử lý nước thải dệt nhuộm trong bối cảnh cấp bách của vấn đề phát triển mơi trường bền vững. Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu phát triển hệ vật liệu xúc tác cho các q trình oxy hóa nâng cao hỗ trợ trong xử lý phẩm nhuộm màu là một trong những hướng nghiên cứu tích cực góp phần giải quyết vấn đề phát triển bền vững môi trường.

Vật liệu cryptomelane biến tính với các kim loại chuyển tiếp đã được ghi nhận là chất xúc tác tiềm năng cho các q trình oxy hóa. Trong nghiên cứu này sắt được lựa chọn như tác nhân dopant tích cực trong quá trong oxy hóa nâng cao với tác nhân oxy hóa là ozone dùng để xử lý phẩm nhuộm màu. Ảnh hưởng của hàm lượng Fe trong các mẫu Fe-doped cryptomelane và hoạt tính xúc tác trong quá ozone hóa acid blue 62 sẽ được nghiên cứu, đánh giá nhằm đề xuất hệ vật liệu xúc tác tiềm năng trong xử lý môi trường nước thải dệt nhuộm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Thuốc nhuộm Acid và Acid blue 62 </b>

1.1.1 Thuốc nhuộm acid

Màu sắc được xem là một yếu tố thị giác quan trọng đối với con người trong việc giải mã thông tin từ nguồn ánh sáng phát ra hoặc ánh sáng phản xạ lại. Màu sắc thường được mô tả bằng các màu như đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, và tím tùy thuộc vào thơng số bước sóng trong vùng khả kiến của nguồn sáng. [1] Thuốc nhuộm là các hợp chất hữu cơ khơng bão hịa có cấu trúc phức tạp chứa các nhóm chức như nhóm nitro (−NO<small>2</small>), nhóm azo(−N=N), nhóm nitroso (−N=O), nhóm thinocarbonyl (−C=S), nhóm carbonyl (−C=O), và nhóm alkene (−C=C). [2] Thuốc nhuộm có thể hòa tan trong nước hoặc được hòa tan trong dầu. Trong đó, màu sắc được thể hiện bởi phần ánh sáng mà thuốc nhuộm không hấp thụ qua cấu trúc của nó. Chất màu có cấu trúc thể hiện khả năng hấp thụ bức xạ ánh sáng khả kiến (380nm - 780nm). [3] Các liên kết đôi liên hợp có trong cấu trúc của các phân tử màu hữu cơ hữu hiệu trong việc hấp thụ ánh sáng khả kiến.

1.1.1.1 Đặc tính của thuốc nhuộm acid

Tính tan: Các thuốc nhuộm acid có tính tan rất tốt trong nước để tạo thành hỗn hợp dung dịch màu. Đặc tính này phù hợp cho để nhuộm các loại vật liệu

<b>cần được nhuộm trong môi trường nước. [4] </b>

Ái lực với các sợi protein trong vật liệu nhuộm: Các phối tử của thuốc nhuộm có thể liên kết với hầu hết các loại protein có trong vật liệu cần nhuộm. Thuốc nhuộm có bản chất là chất hữu cơ tổng hợp nhưng vẫn có ái lực tốt với protein thơng qua khả năng tương tác với các vị trí hoạt động của protein bằng cách phỏng chế lại cấu trúc của các chất, yếu tố, và các tác nhân liên kết được với protein đó. [5]

pH : yếu tố pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của màng do sự phân ly của các nhóm chức năng. Các thuốc nhuộm acid thường có khoảng pH từ 5.0 – 5.9. [6]

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

1.1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm acid

Thuốc nhuộm axit bao gồm nhiều màu sắc và chúng thường được phân loại dựa trên cấu trúc hóa học và đặc điểm màu sắc của chúng. Một số loại thuốc nhuộm axit phổ biến bao gồm:

Thuốc nhuộm azo (−N=N): là thuốc nhuộm có chứa nhóm chức azo, Xét về cả số lượng và khối lượng sản xuất, thuốc nhuộm azo là nhóm chất tạo màu lớn nhất chiếm 70% tổng lượng tất cả thuốc nhuộm hữu cơ được sản xuất trên thế giới. [7]

Thuốc nhuộm anthraquinone: là thuốc nhuộm dựa trên nhóm chức anthraquinone, thường sẽ tạo được màu sắc sáng rực. [8]

Thuốc nhuộm hỗn hợp kim loại: là loại thuốc nhuộm có chứa kim loại có đặc tính high thermal và chemical stability ví dụ metal porphyrin, phthalo-cyanine và phức polypyridyl với ruthenium và osmium. [9]

Thuốc nhuộm triarylmethane: Thường có màu xanh lá, xanh dương, tím và là hợp chất màu có khả năng chống nhiễm trùng, kháng khuẩn, kháng giun và có thể áp dụng được rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như vải dệt, thực phẩm, thuốc, mỹ phẩm. [10]

Thuốc nhuộm formazan: được sử dụng nhiều trong những lĩnh vực đặc biệt, muối tetrazolium có thể đóng vai trò là chất chỉ thị sinh học trong lĩnh vực nhuộm. [11]

1.1.1.3 Ứng dụng của thuốc nhuộm

Trong ngành công nghiệp dệt may, thuốc nhuộm acid được sử dụng phổ biến để nhuộm sợi tự nhiên và tổng hợp, bao gồm len, lụa và nylon. Trong lĩnh vực công nghiệp giấy, thuốc nhuộm acid có thể được áp dụng để tạo ra giấy màu và giấy đặc biệt. Trong ngành công nghiệp da, thuốc nhuộm acid được ứng dụng cho việc tạo ra hàng da màu sắc đa dạng. Trong quá trình sản xuất mực in, thuốc

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

nhuộm acid đóng một vai trị quan trọng trong việc sản xuất mực gốc nước. Trong lĩnh vực phịng thí nghiệm và nhuộm trong sinh học, một số loại thuốc nhuộm acid được sử dụng để nhuộm mẫu vật sinh học trong các ứng dụng nghiên cứu và thử nghiệm.

1.1.2 Acid blue 62

Thuốc nhuộm Acid blue 62 là một loại thuốc nhuộm tổng hợp và là một thuốc nhuộm loại acid có phân loại là anthraquinone. Acid blue 62 có tên khoa học là Sodium 1-amino-4-(cyclohexylamino)-9,10-dioxoanthracene-2-sulfonate, cùng với tên thông dụng của loại thuốc nhuộm này là acid blue 62.

Thuốc nhuộm acid blue 62 có cấu trúc phân tử là C<small>20</small>H<small>19</small>N<small>2</small>NaO<small>5</small>S và có cơng thức cấu tạo bao gồm cấu trúc của anthraquinone. Khối lượng phân tử đạt khoảng 422.23 g/mol. [12]

Hình 1. 1 Cơng thức cấu tạo của acid blue 62

Màu nhuộm acid blue 62 thuộc dạng màu xanh dương đậm, không mùi và kế thừa đặc tính tạo màu của màu nhuộm acid dạng anthraquinone khá bền màu với với ánh sáng. Chỉ số độ bền màu với ánh sáng của acid blue 62 là 5, đạt mức khá tốt so với các loại màu acid khác.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>1.2 Các phương pháp xử lý nước thải và ozone </b>

1.2.1 Nước thải

Nước thải thông thường chứa các chất thải dưới ba dạng huyền phù, keo tụ và tan trong nước thải (hợp chất vô cơ và hữu cơ) trong đó pH của nước thải có thể

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

thiên về kiềm hoặc acid cũng như có thể chứa một lượng nồng độ chất màu nhất định.

Nước thải màu nhuộm thường chứa một loạt các chất ô nhiễm, bao gồm các hợp chất hữu cơ và khoáng chất, gây ảnh hưởng đến môi trường nước. Chất phụ gia và hóa chất xử lý trong q trình nhuộm cũng đồng thời được xả vào nước gây các tác động về tính chất hóa lý của mơi trường nước, ảnh hưởng đến động thực vật và con người.

1.2.2 Các phương pháp xử lý nước thải nhuộm Phương pháp keo tụ:

Phương pháp keo tụ xử lý những phẩm nhuộm màu nhờ cơ chế hấp phụ vật lý có khả năng hấp phụ các chất màu, các cặn bẩn trong nước.

Các tạp chất dạng hạt trong nước là kết quả của sự xói mịn đất, hấp thụ khống chất và sự phân hủy của thảm thực vật. Các tạp chất có nguồn gốc từ khơng khí bị ơ nhiễm, chất thải công nghiệp và chất thải động vật.

Như vậy, nguồn nước bị ô nhiễm bởi con người có khả năng chứa các chất hữu cơ, vơ cơ lơ lửng, hòa tan và các dạng sinh học như vi khuẩn, sinh vật phù du.

Các hạt có kích thước lớn hơn như cát và bùn nặng có thể được loại bỏ khỏi nước bằng cách làm chậm dòng chảy để xảy ra hiện tượng lắng trọng lực đơn giản. Những hạt này thường được gọi là chất rắn có khả năng lắng. [13]

Phương pháp sinh học:

Phương pháp sinh học được áp dụng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ và một số chất vô cơ tan trong nước, dựa trên sự hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc lớn vào tính chất của vi sinh vật và các chất ô nhiễm trong nước thải.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Trong một số trường hợp, nước thải có thể chứa các chất độc hại đối với vi sinh vật như chất khử, chất oxy hóa, kim loại nặng và các chất khó phân hủy sinh học. Để tăng cường hiệu quả của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học cần tiến hành các bước tiền xử lý như loại bỏ các chất độc hại nêu trên và tạo điều kiện môi trường thuận lợi cho từng loại vi sinh vật.

Phương pháp sinh học được sử dụng để xử lý nước thải có những yếu tố phát triển bền vững ở khả năng ít phụ thuộc vào hóa chất và các loại năng lượng không tái tạo. Tuy nhiên các q trình chuyển hóa sinh học có thể mất nhiều thời gian để xử lý ô nhiễm, đặc biệt là nguồn nước thải có tính chất ơ nhiễm q nặng hoặc khơng phù hợp đối với một số hóa chất.

Enzym được tái tổ hợp từ vi khuẩn Bacillus subtilis được sử dụng để thực hiện q trình chuyển hóa sinh học màu nhuộm AB62. Q trình chuyển hóa sinh học enzym có hiệu quả trong việc giảm độ độc hại của các dung dịch chứa chất màu AB62. Nghiên cứu này chứng minh khả năng sử dụng laccases trong q trình phân hủy oxi hóa chất màu anthraquinonic trong môi trường cũng như khả năng xử lý sinh học đối với các hợp chất chất màu azo có tính độc tố thấp. [14]

Phương pháp oxy hóa nâng cao AOPs (Advanced Oxidation Processes) được định nghĩa là những phản ứng sử dụng gốc hydroxyl (<small>⚫</small>OH) hoặc chất có khả năng oxy hóa mạnh và bao gồm các hệ thống kết hợp O<small>3</small>, H<small>2</small>O<small>2</small> và tác động của tia cực tím (UV). AOPs là nhóm các phương pháp xử lý nước thải mà sử dụng các chất oxy hóa mạnh để xử lý hoặc chuyển hóa các chất ơ nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước. Điều này giúp cải thiện chất lượng nước bằng cách loại bỏ các chất ơ nhiễm và các hợp chất hóa học. Các AOPs thường sử dụng gốc hydroxyl (^⚫OH) làm chất tác nhân chủ yếu và kết hợp các tác nhân khác để tạo ra các quá trình oxi hóa mạnh mẽ. [15]

Gốc tự do hydroxyl (^⚫OH) được xem là một tác nhân oxy hóa rất mạnh mẽ trong q trình xử lý nước và xử lý mơi trường. Gốc tự do này có khả năng tác

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

động lên hầu hết các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ chủ yếu là CO<small>2</small> và H<small>2</small>O. Khả năng oxy hóa của gốc tự do hydroxyl làm cho nó trở thành một lựa chọn hiệu quả trong các quá trình xử lý nước để loại bỏ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. [16]

1.2.3 Ozone

Ozone, có cơng thức phân tử là O<small>3</small>, bao gồm 3 nguyên tử oxy liên kết với nhau thông qua cơ chế sử dụng chung cặp electron để hình thành liên kết cộng hóa trị. Q trình này giúp mỗi nguyên tử oxy đạt đủ 8 electron ở lớp ngoài cùng, đáp ứng quy tắc bát tử. Tuy nhiên, trong thực tế, cấu trúc liên kết của phân tử O<small>3</small> không đồng nhất. Hai trong số ba nguyên tử oxy liên kết giống như trong một phân tử oxy thông thường, trong khi nguyên tử thứ ba liên kết với cặp nguyên tử kia qua một liên kết cho nhận (phối trí). Sự khơng đồng đều này tạo ra sự phân cực trong cấu trúc phân tử của O<small>3</small>, giải thích tại sao phân tử này khơng ổn định và dễ phân hủy, tạo ra khí oxy trong q trình phản ứng. [17]

Hình 1. 3 Cơng thức cấu tạo của ozone

Phân tử ozone thể hiện sự kém bền và dễ phân hủy, tạo thành phân tử oxy kèm theo một nguyên tử oxy. Tính chất này làm cho ozone trở thành một chất có khả năng oxy hóa mạnh mẽ, được xác định bởi thế oxy hóa khoảng 2.07 eV. Tính oxy hóa mạnh của ozone được ghi nhận bởi khả năng oxy hóa hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt), phi kim và nhiều hợp chất hữu cơ và vơ cơ khác. Ngồi ra, ozone cũng thể hiện các tính chất hóa học khác như khả năng phá vỡ liên kết hữu cơ và

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

tham gia vào các phản ứng oxy hóa khác nhau trong q trình tương tác với các chất hóa học khác. Tính chất này khiến cho ozone trở thành một chất quan trọng trong quá trình xử lý nước và khơng khí, đặc biệt trong các ứng dụng như xử lý nước thải và xử lý khơng khí để loại bỏ các chất ơ nhiễm.

Khả năng hòa tan của ozone trong nước là một đặc tính quan trọng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất và nồng độ ozone. Khả năng hòa tan của ozone tỉ lệ thuận với áp suất và tỉ lệ nghịch nhiệt độ. Nước lạnh hơn và có áp suất cao hơn gây ra sự tăng hiệu suất hòa tan của ozone.

Dưới điều kiện bình thường, ozone có thể tan trong nước như phương trình hóa học sau:

𝑂₃+ 𝐻₂𝑂 → 2𝐻⁺+ 𝑂²⁻+ 𝑂⁻Ứng dụng của ozone:

Xử lý nước: Ozone được sử dụng trong quá trình xử lý nước để loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ và vi khuẩn. Nó có khả năng oxy hóa mạnh, giúp phá hủy chất hữu cơ, hoá chất và vi khuẩn, làm cho nước trở nên sạch và an tồn để sử dụng. [18]

Xử lý khơng khí: Trong các hệ thống xử lý khơng khí, ozone được sử dụng để loại bỏ mùi khó chịu, vi khuẩn và các chất ơ nhiễm khác. Nó có khả năng phá hủy các hợp chất hữu cơ và khử mùi mạnh mẽ. [19]

Y tế và y dược: Ozone được sử dụng trong một số ứng dụng y tế như điều trị nướu, điều trị đau và kích thích q trình lành. Nó có thể được sử dụng trong các quá trình tái tạo tế bào và có khả năng kháng khuẩn. [20]

Xử lý chất thải: Ozone có thể được sử dụng trong quá trình xử lý chất thải để phân hủy các chất hữu cơ, làm giảm ô nhiễm môi trường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Trong công nghiệp thực phẩm: Ozone được áp dụng trong công nghiệp thực phẩm để làm sạch và khử trùng bề mặt thực phẩm, làm tăng tuổi thọ và an toàn của sản phẩm. [21]

<b>1.3 Vật liệu OMS </b>

1.3.1 Vật liệu OMS

OMS (Octahedral Molecular Sieve) là một loại vật liệu rây phân tử bát diện, trong đó các ơ cơ sở chủ yếu là các oxit mangan (MnO<small>6</small>). Trong cấu trúc này, ngun tử oxi đóng vai trị là các đỉnh bát diện, trong khi nguyên tử mangan đóng vai trị là tâm của các bát diện này. Liên kết giữa các bát diện được thể hiện qua sự liên kết về đỉnh và sự liên kết ở cạnh. [22]

Cấu trúc dạng lớp của OMS được hình thành khi các bát diện liên kết với nhau qua cạnh, trong khi cấu trúc dạng ống xuất hiện khi chúng liên kết qua đỉnh và cạnh. Trong cấu trúc dạng lớp, vật liệu OMS thể hiện sự đồng đều của các lỗ xốp, điều này làm cho nó trở thành một vật liệu rây phân tử.

Hình 1. 4 Cấu trúc vật liệu OMS

Các ô cơ sở MnO<small>6</small> có thể chia sẻ cạnh hoặc đỉnh với nhau thơng qua nguyên tử oxi, điều này dẫn đến sự tích điện âm trong toàn bộ khung. Để cân bằng điện tích cần có sự tham gia của các cation tích điện dương. Trong vật liệu OMS, Mangan tồn tại ở nhiều dạng trạng thái oxy hóa +2, +3 và +4 với các tỷ lệ khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

1.3.2 Các dạng vật liệu OMS

Số lượng phân tử bát diện MnO<small>6</small> tham gia liên kết ảnh hưởng đến việc hình thành các loại OMS với các đặc điểm khác nhau về công thức và kích thước mao quản. Vật liệu OMS có thể được phân loại vào các nhóm sau:

• Nhóm cấu trúc 1 x n: OMS-7 (1x1) và OMS-3 (1x3).

• Nhóm cấu trúc 2 x n: OMS-2 (2x2), OMS-6 (2x3) và OMS-5 (2x5). • Nhóm cấu trúc 3 x n : OMS-1 (3x3).

Các phân loại cấu trúc mao quản với n là số dãy đơn vị bát diện, khi n = ∞, cấu trúc này chuyển thành cấu trúc dạng lớp. Cấu trúc OL-1 (1x∞) có khoảng cách giữa các lớp là khoảng 4.6 Å và cấu trúc OL-2 (2x∞) ghi nhận khoảng cách giữa các lớp là khoảng 6.9 Å. Kích thước mao quản có sự biến đổi từ 2.3 Å x 2.3 Å đến 4.6 Å x 11.5 Å. [23, 24]

1.3.3 Vật liệu OMS-2

OMS-2, còn được biết đến với tên gọi là cryptomelane, là một dạng phổ biến của vật liệu OMS. Cấu trúc của OMS-2 được cấu tạo bởi các liên kết 2x2 của các bát diện MnO<small>6</small> tạo ra một cấu trúc dạng ống. Do đặc điểm này, các tâm mangan thường khơng đủ điện tích để bù đắp cho nguyên tử oxy kế cận và để cân bằng điện tích cần sự tham gia của các ion tích điện dương trong mao quản. [25] Trong cryptomelane, ion K⁺ trong các ống mao quản đóng một vai trị quan trọng trong việc cân bằng điện tích, dẫn đến cryptomelane có cơng thức hóa học là KMn<small>8</small>O<small>16</small>.nH<small>2</small>O. Với kích thước lỗ xốp đồng đều khoảng 4.6 Å x 4.6 Å, đây là một trong những yếu tố quan trọng tạo nên khả năng xúc tác của vật liệu OMS-2. [26]

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Hình 1. 5 Cấu trúc khơng gian của OMS-2 1.3.4 Tính chất của OMS-2

Khả năng trao đổi ion: Một trong những đặc tính quan trọng của vật liệu cryptomelane là khả năng trao đổi với ion kim loại. Các ion trong mao quản của vật liệu OMS có khả năng thực hiện quá trình trao đổi với các ion kim loại khác có kích thước tương đương mà khơng ảnh hưởng đến cấu trúc ban đầu của vật liệu. Q trình trao đổi này diễn ra thơng qua sự thay thế ion trong mao quản của OMS-2 bằng các ion có sẵn trong mơi trường xung quanh của nó. Chẳng hạn, ion K<small>+</small> trong các xoang rãnh của OMS-2 có thể trao đổi với các ion như Co<small>2+</small>, Cu<small>2+</small>, Ni<small>2+</small>, Fe<small>3+</small> và các ion kim loại khác để thay thế vị trí của ion K<small>+</small>. Q trình trao đổi này diễn ra do chênh lệch nồng độ giữa các ion và các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi thay thế ion K<small>+</small> trong cấu trúc của OMS-2 bằng các ion kim loại khác hoạt tính xúc tác của vật liệu cũng được cải thiện. [27, 28]

Khả năng hấp phụ: Vật liệu OMS-2 thể hiện khả năng hấp phụ đáng kể đối với nhiều loại phân tử và ion khác nhau. Khả năng hấp phụ này phụ thuộc vào cấu trúc mao quản của OMS-2, trong đó các ô cơ sở MnO<small>6</small> tạo ra các kích thước lỗ xốp đều đặn. OMS-2 có khả năng hấp phụ các phân tử hữu cơ như hydrocarbon và các chất hữu cơ phức tạp khác thông qua các tương tác với bề mặt lỗ xốp của

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

vật liệu. Ngồi ra, OMS-2 cũng có khả năng hấp phụ các ion kim loại như Pb<small>2+</small>, Hg<small>2+</small> và nhiều kim loại nặng khác. [29, 30]

Khả năng xúc tác: Khả năng xúc tác cũng là một trong những đặc tính quan trọng của vật liệu OMS-2. Với cấu trúc mao quản chứa các ơ cơ sở MnO<small>6</small>, OMS-2 có khả năng tạo ra các lỗ xốp đều đặn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xúc tác. OMS-2 thường được sử dụng như xúc tác trong các phản ứng oxi hóa khử và các q trình phân hủy chất hữu cơ. Vật liệu này có khả năng oxy hóa chọn lọc các hợp chất vòng thơm, tham gia vào quá trình phân hủy hydrogen peroxide (H<small>2</small>O<small>2</small>) và thực hiện phản ứng oxy hóa hydrocarbon. Ngồi ra, OMS-2 cịn có khả năng khử nitrous oxide (NO<small>x</small>) thành nitrogen gas (N<small>2</small>) đóng góp vào việc giảm thiểu chất gây ô nhiễm trong môi trường. [27, 28, 31, 32]

1.3.5 Ứng dụng của vật liệu OMS-2

Vật liệu OMS-2 có nhiều tính chất đặc biệt do cấu trúc đặc trưng của nó như có cấu trúc lỗ xốp, có các khuyết tật lỗ trong cấu trúc, có lỗ trống oxy trong mạng tinh thể và bản chất của các cation trong mạng tinh thể. Vật liệu OMS-2 thể hiện được khả năng xúc tác có nhiều ứng dụng da dạng.

Xúc tác phản ứng: OMS-2 có nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực xúc tác phản ứng chủ yếu nhờ vào cấu trúc đặc biệt và tính chất hóa học của nó. Với cấu trúc chủ yếu là các ơ cơ sở MnO<small>6</small> và ngun tố Mn có số oxy hóa trung gian, vật liệu OMS-2 được ghi nhận có khả năng xúc tác vượt trội trong cả các phản ứng oxy hóa hồn tồn và oxy hóa khơng hồn tồn. Vật liệu OMS-2 được biết đến với kích thước mao quản nhỏ và đồng đều, khả năng chịu nhiệt độ lên đến 800<small>o</small>C, có số oxy hóa trung gian và tính ái lực với các chất hữu cơ khơng phân cực. Với những đặc tính này, OMS-2 thường được làm chất xúc tác trong nhiều ứng dụng, bao gồm các phản ứng oxi hóa chọn lọc các hợp chất hữu cơ như alcohol, cyclohexane, phản ứng đóng vịng của olefin và cả trong q trình xúc tác quang hóa 2-propanol. [26, 33, 34]

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Xử lý khí thải: Nhờ tính oxy mạnh, khả năng tương tác với các chất hữu cơ khơng phân cực OMS-2 có thể được ứng dụng trong việc xử lý khí thải, thúc đẩy các phản ứng oxy hóa xảy ra, giảm hàm lượng chất gây ơ nhiễm. Do đó, OMS-2 được sử dụng trong việc oxy hóa hồn tồn các hợp chất dễ bay hơi như ethanol, methanol, các khí NO<small>x</small> hoặc các dung mơi trong q trình tổng hợp hữu cơ. [26, 35]

Làm cathode trong pin điện hóa: Vật liệu OMS-2 có khả năng làm cathode cho pin điện hóa và đóng góp vào việc cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của pin. Sự kết hợp giữa tính chất dẫn điện của OMS-2 và khả năng làm tăng dung lượng của pin đã giúp nó trở thành một vật liệu tiềm năng trong nghiên cứu và phát triển pin hiệu suất cao. [36]

1.3.6 Các phương pháp tổng hợp

Phương pháp hồi lưu nhiệt: Phương pháp hồi lưu nhiệt có ưu điểm là tạo ra được sản phẩm có diện tích bề mặt riêng lớn. Sản phẩm tạo ra có nhiều lỗ trống khuyết tật tinh thể và các tâm acid. Quá trình hồi lưu nhiệt cần phải ổn định pH trong q trình phản ứng và cần bố trí một hệ thống hồi lưu nhiệt. [28]

Phương pháp sol-gel: Phương pháp này có ưu điểm là tạo ra được hạt vật liệu với đặc tính và cấu trúc đồng nhất. Vật liệu có tính chất bền nhiệt và có độ tinh thể cao. Do đó, vật liệu thường sẽ có diện tích bề mặt riêng nhỏ, ít khuyết tật tinh thể. [37]

Phương pháp thủy nhiệt: Phương pháp thủy nhiệt cần bố trí điều kiện thủy nhiệt trong quá trình tổng hợp vật liệu OMS-2. Sản phẩm tạo ra có phần giống với tính chất của phương pháp sol-gel. [38]

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b> 1.4 Các phương pháp định danh OMS-2 </b>

1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X

Phương pháp XRD đóng vai trị quan trọng trong việc xác định pha tinh thể, thành phần pha tinh thể và phân bố kích thước hạt với nhiều ứng dụng đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu công nghệ vật liệu.

Khi tia X được truyền qua vật liệu chúng tương tác với điện tử trong mạng tinh thể hoặc tương tác với nhân nguyên tử nếu năng lượng của tia X đủ lớn. Những tương tác này có thể dẫn đến sự mất năng lượng của chùm tia X do các hiệu ứng như hấp thụ và tán xạ.

Hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi tia X được truyền qua vật chất và có thể bị hấp thụ gây ra sự giảm năng lượng của chùm tia. Trong khi đó, hiệu ứng tán xạ thay đổi hướng truyền của chùm tia. Dựa trên những tương tác này, phương pháp XRD được áp dụng để phân tích cấu trúc vật liệu.

Khi chùm tia X được chiếu vào mẫu, các nguyên tử của nguyên tố trong mẫu sẽ bị kích thích và phát ra các tia có đặc tính riêng biệt. Những tia phản xạ trên bề mặt mẫu theo các hướng khác nhau được ghi nhận thành phổ thể hiện các tính chất tinh thể của vật liệu.

Theo phương trình Vulf-Bragg: λ=2dsinθ, trong đó d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng nguyên tử thuộc mạng lưới tinh thể và góc của tia nhiễu xạ θ . Dựa trên cơng thức này, có thể xác định các mũi đặc trưng cho OMS-2.

Sự lan rộng của ứng dụng phương pháp phổ nhiễu xạ tia X ngày càng mở rộng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu đa dạng đã củng cố vị thế quan trọng của phương pháp này trong cả lĩnh vực nghiên cứu khoa học và trong việc phân tích cấu trúc pha tinh thể của nhiều loại vật liệu từ các vật liệu rắn, hỗn hợp oxide kim loại, chất xúc tác rắn, chất khống vơ cơ cho đến đất đá. Phương pháp nhiễu xạ tia X không chỉ giúp xác định thành phần pha tinh thể của vật liệu mà cịn có khả năng kiểm tra sự đơn pha, tức độ tinh khiết của vật liệu. Đồng thời, phương pháp này

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

còn cho phép xác định kích thước tinh thể và cấu trúc tinh thể, đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ và phân tích đặc trưng hóa lý của các vật liệu nghiên cứu.

1.4.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope hay SEM) là một loại kính hiển vi điện tử có khả năng tạo ra hình ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên mẫu. Quá trình tạo hình ảnh của mẫu được thực hiện bằng cách ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác giữa chùm điện tử và bề mặt của mẫu.

Khi các điện tử tương tác với bề mặt mẫu, các bức xạ phát ra, và quá trình tạo hình ảnh trong SEM cũng như các phép phân tích được thực hiện dựa trên việc phân tích các bức xạ này. Các loại bức xạ này bao gồm điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược. Phương pháp kính hiển vi điện tử qt có ưu điểm là có khả năng thực hiện q trình phân tích mà khơng ảnh hưởng tới cấu trúc mẫu vật.

1.4.3 Phương pháp quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tầng kết hợp khối phổ (ICP-MS)

Phương pháp định danh vật liệu bằng ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) là một kỹ thuật phân tích hiện đại được sử dụng để xác định nguyên tố với hàm lượng rất thấp trong mẫu.

Nguyên tắc hoạt động của ICP-MS là sử dụng plasma cảm ứng cao tần để chuyển đổi nguyên tử của mẫu thành các ion trong trạng thái đối xứng. Sau đó, các ion này được đưa vào phổ khối kế (mass spectrometer) để phân tích theo khối lượng. ICP-MS có khả năng xử lý nhanh chóng và đồng thời xác định các nguyên tố với độ nhạy và độ chính xác cao.

Ứng dụng của ICP-MS rất đa dạng, từ phân tích nguyên tố trong mẫu nước, đất đá, thực phẩm đến nghiên cứu sinh học và y học. Phương pháp này hoạt động tốt trong việc phát hiện và định lượng các nguyên tố có trong mẫu đồng thời đưa thêm thơng tin về thành phần hóa học của mẫu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

1.4.4 Phương pháp quang phổ Raman shift

Phương pháp định danh vật liệu bằng phổ Raman shift là một kỹ thuật được ứng dụng để xác định cấu trúc và tính chất của các vật liệu. Kỹ thuật Raman shift sử dụng bước sóng của tia Raman khi tương tác với mẫu và so sánh với bước sóng của tia laser mà ban đầu được dùng để kích thích và tương tác với mẫu vật liệu. Thông qua việc phân tích Raman shift, ta có thể ghi nhận thơng tin về cấu trúc và đặc trưng liên kết của vật liệu, giúp định danh các chất và tìm hiểu về tình trạng của mẫu nghiên cứu.

Phổ Raman có thể cung cấp thơng tin về các q trình dao động, quay và rung của các phân tử trong vật liệu, giúp xác định thành phần hóa học, cấu trúc tinh thể và các tính chất khác của mẫu. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa học, vật liệu, sinh học, và nhiều ứng dụng khác trong nghiên cứu và công nghiệp.

1.4.5 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng EDX

Phương pháp định danh vật liệu bằng EDX (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) là một kỹ thuật phân tích thành phần hóa học được sử dụng để xác định thành phần nguyên tố của mẫu vật liệu.

Nguyên tắc hoạt động của EDX dựa trên việc đo lường năng lượng của các tia X phát ra từ mẫu sau khi bị chiếu bởi tia electron có năng lượng cao. Khi tia X tương tác với nguyên tử trong mẫu, các electron trong các lớp năng lượng của nguyên tử sẽ bị kích thích và chuyển lên các lớp năng lượng cao hơn. Khi electron trở về vị trí ban đầu gây ra sự năng lượng giảm và phát ra tia X.

EDX thường được tích hợp trong kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp kết hợp thông tin hình ảnh và hóa học để định danh các phần tử và yếu tố trong mẫu vật liệu. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học vật liệu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<b>CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM </b>

Trong luận văn này, vật liệu xúc tác Fe-OMS-2 và Fe/OMS-2 được tổng hợp lần lượt theo phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm. Các tính chất đặc trưng của vật liệu lần lượt được xác định bằng các phương pháp phân tích như XRD, ICP-MS, Raman Shift, SEM. Khả năng ứng dụng vật liệu trong xử lý chất màu Acid blue 62 của các xúc tác đã tổng hợp được khảo sát ở các các khối lượng khác nhau và các điều kiện hoạt động khác nhau.

Trong đó Fe-OMS-2 được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa giữa muối Fe<small>3+</small> và ion K<small>+</small>. Fe/OMS-2 là vật liệu tẩm muối Fe<small>3+</small> lên nền vật liệu K-OMS-2 hồi lưu nhiệt. [39]

Trong luận văn này các ký hiệu Fe(0.05), Fe(0.10), Fe(0.15), Fe(0.20) lần lượt được sử dụng đặt tên cho các mẫu được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa với nồng độ tiền chất của muối Fe³⁺ lần lượt là 0.05, 0.10, 0.15, 0.20M. Các kí hiệu 5%Fe, 10%Fe, 15%Fe, 20%Fe lần lượt tương ứng các mẫu được tổng hợp bằng phương pháp tẩm với khối lượng muối Fe<small>3+</small> lần lượt là 5%, 10%, 15% và 20%.

Bảng 2.1 Bảng nguyên liệu hóa chất sử dụng

khiết

Xuất xứ Tính chất Potassium

permanganate

Manganese(II) sulfate

MnSO<small>4</small>.H<small>2</small>O 98% Trung Quốc Rắn

Ferric chloride FeCl<small>3</small>.6H<small>2</small>O 98% Trung Quốc Rắn

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>2.1 Tổng hợp vật liệu K-OMS-2, Fe-OMS-2 và Fe/OMS-2 </b>

</div>