nghiên cứu khả năng hấp phụ đồng, niken, sắt của vật liệu oxit mangan kính thước nanomet trong môi trường nước

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM






NGUYỄN THỊ THÚY NGA



NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
ĐỒNG, NIKEN, SẮT CỦA VẬT LIỆU OXIT MANGAN
KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC


CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH
MÃ SỐ: 60.44.29


LUẬN VĂN THẠC SĨ




Hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Trà Hương

Thái Nguyên - 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM






NGUYỄN THỊ THÚY NGA



NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
ĐỒNG, NIKEN, SẮT CỦA VẬT LIỆU OXIT MANGAN
KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC





LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Thái Nguyên - 2011


Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

1
MỞ ĐẦU

Nước ta đang trên đà phát triển các khu công nghiệp, khu chế xuất, quá
trình phát triển này đã giúp nền kinh kế tăng trưởng đáng kể, thúc đẩy sản
xuất công nghiệp, kêu gọi được sự đầu tư của nước ngoài, góp phần hình
thành các khu đô thị sầm uất nhưng cũng chính quá trình phát triển này lại có
tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái. Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện
đang là vấn đề không chỉ riêng của một quốc gia nào mà nó là vấn đề chung
của toàn nhân loại.
Môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng đang bị ô nhiễm
nghiêm trọng. Môi trường nước ở Việt Nam đang xuống cấp cục bộ. Tình
trạng báo động ở nước ta hiện nay là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất
chỉ được xử lý sơ bộ, thậm trí chưa được xử lý đã thải ra môi trường. Trong
nước thải đó chứa rất nhiều các chất độc hại như: chất hữu cơ và các ion kim
loại nặng như: Cu, Ni, Pb, Cd, Fe, Zn… Hậu quả là môi trường nước kể cả
nước mặt và nước ngầm ở nhiều nơi đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm

trọng. Vì vậy ngoài việc nâng cao ý thức người dân, xiết chặt việc quản lý
môi trường thì việc tìm ra các biện pháp xử lý nhằm loại bỏ các thành phần
độc hại ra khỏi môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Có rất nhiều cách
khác nhau để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước như trao đổi ion, thẩm thẩu
ngược, lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ Trong đó hấp phụ là một trong những
phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác vì vật liệu sử
dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân
thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm.
Vì những lý do trên mà chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng
hấp phụ đồng, niken, sắt của vật liệu oxit mangan kính thước nanomet trong
môi trường nước”.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

2
Chương 1:
TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cu
2+
, Ni
2+
, Fe
3+

1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Hiện nay nước ta đang phát triển kinh tế theo hướng công nghiệp hoá-
hiện đại hoá. Các khu công nghiệp, khu chế xuất ngày càng phát triển và mở
rộng hơn. Những vấn đề của hệ sinh thái đang gia tăng với sự tiến bộ của
công nghiệp. Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề cấp thiết.

Kim loại nặng độc hại phát tán vào trong môi trường ngày càng tăng. Nguồn
nước thải của các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt của người dân chưa
được xử lý hoặc xử lý không triệt để vẫn đang hàng ngày thải ra môi trường
nước. Các khu công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, kim loại mạ, khai
thác mỏ hoạt động… cũng ít nhiều gây ảnh hưởng đến môi trường. Bên cạnh
đó hàng trăm làng nghề thủ công như: đúc đồng, nhôm, chì… cũng chưa có
các biện pháp xử lý nước thải có hiệu quả trước khi thải ra ngoài môi trường
nước. Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các ion kim loại nặng trong
môi trường nước gần các khu công nghiệp đều xấp xỉ hoặc vượt quá giới hạn
cho phép. Không giống như các chất ô nhiễm hữu cơ, các ion kim loại nặng
không phân huỷ thành sản phẩm cuối cùng vô hại [1], [3].
1.1.2. Tác động sinh hóa của ion Cu
2+
, Ni
2+
, Fe
3+
đối với con người
Hầu hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh
dưỡng cần thiết cho sự phát triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng của
chúng vượt quá giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, chúng lại
gây ra những tác động hết sức nguy hại đến sức khoẻ con người và sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước là
nước thải chứa các ion kim loại nặng của các khu công nghiệp, khu chế xuất

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

3
thải ra ngoài môi trường. Một số hợp chất kim loại nặng khi thải ra môi
trường bị tích tụ và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan

dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim
loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô
nhiễm. Các kim loại nặng thường xâm nhập vào cơ thể theo chu trình thức ăn.
Ngoài ra còn thông qua con đường hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức
khỏe của con người và sinh vật.
1.1.2.1. Đồng
Đồng được phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, có tính dẫn điện, dẫn
nhiệt tốt nên nó là một trong những kim loại chủ yếu của kĩ thuật điện. Đồng
được sử dụng nhiều để sản xuất mô tơ điện, động cơ điện, máy thu thanh, vô
tuyến truyền hình, các thiết bị điện tử, các đồ dùng gia dụng. Trong các ngành
thuộc da, thuốc nhuộm, y học Ngoài ra đồng còn là nguyên tố vi lượng quan
trọng, cần thiết đối với thực vật và động vật. Với thực vật, nếu thiếu đồng,
hàm lượng diệp lục tố ít đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra hoa quả và có thể chết.
Ở người và động vật khi thiếu đồng, hoạt tính của hệ men giảm đi, quá trình
trao đổi protein bị chậm lại, do đó các mô xương chậm phát triển, thiếu máu,
suy nhược… Nhu cầu hàng ngày của người lớn khoảng 0,033 – 0,050mg/kg
thể trọng. Tuy nhiên nếu hàm lượng đồng trong cơ thể lớn thì cơ thể sẽ bị
nhiễm độc và có thể gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận; lượng lớn đồng
hấp thụ qua đường tiêu hóa có thể gây tử vong [10],[16].
1.1.2.2. Niken
Niken là nguyên tố vi lượng đối với gia súc, vi sinh vật, thực vật. Niken
có trong huyết tương người.
Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện
kim, điện tử… Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải. Niken vào cơ thể
người chủ yếu qua đường hô hấp, nó gây ra các triệu trứng khó chịu, buồn

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

4
nôn, đau đầu; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung

ương, gan thận; còn nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm
da, xuất hiện dị ứng…
Niken có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản
xuất thủy tinh, gốm sứ [10],[16]
1.1.2.3. Sắt
Sắt là một trong những thành phần chính của thạch quyển (khoảng 5%).
Sắt thường được phát hiện trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt ở các thành phố
có các thành phố sản xuất thép. Sắt dễ dàng tạo phức sunfat trong các lớp
trầm tích và trên mặt nước.
Sự có mặt của sắt trong nước uống làm thay đổi mùi vị. Các mùi vị của
sắt có trong nước uống có thể rẽ dàng phát hiện ngay cả ở nồng độ thấp
khoảng 1,8 mg/l. Có rất nhiều vấn đề mà do kết quả do độc tính của sắt.
Chúng bao gồm chán ăn, chứng tiểu ít, tiêu chảy, hạ thân nhiệt thậm chí tử
vong. Thêm đó bệnh nhân có thể bị tắc nghẽn mạch máu của đường tiêu hóa,
gan, thận, não, tim, trên thận và tuyến ức. Với ngộ độc sắt cấp tính, phần lớn
xẩy ra với đường tiêu hóa và gan. Kết quả là lưu trữ sắt bệnh, bị sơ gan.
Bảng 1.1. Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công nghiệp
và nước cấp sinh hoạt [13]
STT
Tên chỉ tiêu
Giá trị giới hạn (mg/l)
Nước thải công nghiệp
Nước cấp sinh hoạt
1
Hàm lượng đồng
2,0
1,0
2
Hàm lượng niken
0,2

0,1
3
Hàm lượng sắt
1,0
0,5
1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước
Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. Nước bị ô
nhiễm kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ. Do nhu cầu sử dụng của

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

5
con người ngày càng tăng làm cho việc khai thác kim loại cũng tăng lên. Tuy
nhiên, việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa được quan tâm
đúng mức càng làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường.
Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường bởi các ion kim loại nặng còn ở
việc sản xuất quặng và sử dụng thành phẩm. Quá trình sản xuất này cũng làm
tăng cường sự có mặt của chúng trong môi trường.
Bên cạnh đó việc tái sử dụng lại các phế thải chứa ion kim loại nặng
chưa được chú ý và quan tâm đúng mức.
1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại
nặng
Hiện nay môi trường nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn có
nguy cơ bị ô nhiễm kim loại nặng là rất lớn đe dọa đến sức khỏe của con người
và môi trường sống. Để đáp ứng nhu cầu về nước sinh hoạt và việc xử lý môi
trường đòi hỏi phải có những biện pháp xử lý phù hợp đạt hiệu quả cao.
1.2.1. Phương pháp kết tủa
Phương pháp này thường dùng để thu hồi kim loại từ dung dịch dưới
dạng hiđroxit kim loại rất ít tan.
M

n+
+ n OH
-
 M(OH)
n

Ngoài ra còn có thể sử dụng các chất tạo kết tủa như xút, vôi, cacbonat,
sunfua Tuy nhiên phương pháp này chỉ là quá trình xử lý sơ bộ, đòi hỏi
những quá trình xử lý tiếp theo.
1.2.2. Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là một trong những phương pháp thường được dùng để
tách kim loại nặng từ nước thải. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất
vô cơ hay hợp chất hữu cơ có gắn các nhóm như : (-SO
3
H), ( -COO
-
), amin.
Các cation và anion được hấp phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion:
nRH + M
n+
R
n
M + nH
+

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

6
RCl + A
-

RA + Cl
-
Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa, người ta khôi phục lại cationit và
anionit bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch bazơ loãng. Về mặt kĩ thuật
thì hầu hết kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương pháp trao đổi ion,
nhưng phương pháp này thường tốn kém.
1.2.3. Phương pháp hấp phụ
So với các phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có
các đặc tính ưu việt hơn hẳn. Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ các nguồn
nguyên liệu tự nhiên và các phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, quy trình
xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp,
đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ bền khá cao, có thể tái sử dụng nhiều
lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao. Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng
phương pháp hấp phụ. [6], [10]
1.2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.2.4.1. Sự hấp phụ, cân bằng hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn - lỏng,
khí - lỏng, lỏng - rắn, lỏng - lỏng ). Trong đó:
Chất hấp phụ: là chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ các phần tử ở lớp
bề mặt của chất đó, có khả năng hút các phần tử pha khác nằm tiếp xúc với nó.
Chất bị hấp phụ: là chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ, chất
này bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ.
Giải hấp phụ: là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần
tử bị hấp phụ.
Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị
hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta chia làm hai loại hấp
phụ: hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

7
Hấp phụ vật lí: gây ra bởi lực tương tác Vanderwaals giữa phần tử chất
bị hấp phụ và chất hấp phụ. Lực liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Quá trình hấp
phụ vật lí là một quá trình thuận nghịch.
Hấp phụ hóa học: gây ra bởi các lực liên kết hóa học giữa phần tử chất
bị hấp p hụ với phần tử chất hấp phụ. Lực liên kết này bền, khó bị phá vỡ.
[1],[2], [6],[10].
Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là
tương đối. Trong một số hệ hấp phụ, sự hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai quá
trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Cân bằng hấp phụ:
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp
phụ trên bề mặt hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược trở lại pha thể tích. Khi
lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di
chuyển ngược trở lại pha thể tích càng nhanh. Đến một thời điểm nào đó tốc
độ của quá trình hấp phụ bằng tốc độ của quá trình giải hấp phụ thì quá trình
hấp phụ đạt trạng thái cân bằng.
Đối với một hệ xác định, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ
và áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích.
q = q(T, p) hoặc q = q(T, C)
Ở một nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất
(nồng độ):
q = q(p) hoặc q = q(C)
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một
đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng
độ và nhiệt độ cho trước.
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

8
0 cb
(C C )v
q
m



Trong đó:
- q: dung lượng hấp phụ (mg/g)
- V: thể tích dung dịch (l )
- m: khối lượng chất hấp phụ (g )
- C
o
: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
- C
cb
: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
Trong quá trình hấp phụ, các phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng
thời, bởi vì các phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề
mặt ngoài chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất
hấp phụ.
Đối với hệ lỏng - rắn, quá trình hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:
Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ
chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ.
Giai đoạn khuếch tán màng: phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề
mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản.
Giai đoạn khuếch tán trong mao quản: các phần tử chất bị hấp phụ
khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ.
Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử chất bị hấp phụ được gắn chặt

vào bề mặt chất hấp phụ.
Quá trình hấp phụ có thể được coi là một phản ứng nối tiếp, trong đó
mỗi phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ
chậm nhất đóng vai trò quyết định đến tốc độ của cả quá trình. Trong các quá
trình động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán trong và
ngoài có tốc độ chậm nhất. Do đó các giai đoạn này đóng vai trò quyết định
đến toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

9
các giai đoạn này và sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình đạt trạng
thái cân bằng.
Tốc độ hấp phụ (v) là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:
0 f m
dx
v (C C ) k(q q)
dt

    

Trong đó:
β: hệ số chuyển khối.
C
0
: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại thời điểm ban đầu (mg/l).
C
f
: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại thời điểm t (mg/l).
k : hằng số tốc độ hấp phụ.

q : dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g).
q
m
: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng
độ dung dich ban đầu.
Trong quá trình hấp phụ tĩnh thì hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức:
H(%) = [(C
0
- C
t
)/C
0
] .100%.
Trong đó:
H: hiệu suất hấp phụ.
C
0
: nồng độ đầu của ion kim loại (mg/l).
C
t
: nồng độ ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ tại thời điểm t (mg/l).
1.2.4.2. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = f
T
( P hoặc C ) được gọi là
đường đẳng nhiệt hấp phụ.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc của dung lượng
hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời
điểm đó ở một nhiệt độ không đổi. Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ biểu

diễn sự phụ thuộc đó là Henry, Freundlich, Langmuir…


Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

10
Bảng 1.2: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ [6],[10]
Tên phương trình
Phương trình
Bản chất sự
Hấp phụ
Henry
V= k.p
Vật lý và hoá học
Freundlich
V= k’.p
1/n
(n > 1)
Vật lý và hoá học
Shlygin - Frumkin - Temkin
0
m
V1
lnC .p
Va



Vật lý và hoá học
Bunauer- Emmett- Teller

(BET )
0 m m 0
p 1 (C 1)p
V(p p) V C V .C.p




Vật lý, nhiều lớp
Langmuir
mm
V q b.p
V q 1 b.p

  


Vật lý và hoá học
Trong đó:
- V : thể tích chất bị hấp phụ đặc trưng cho đại lượng hấp phụ.
- V
m
: Đại lượng hấp phụ cực đại.
- p: áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí.
- p
0
: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở trang thái lỏng tinh khiết.
- q: Dung lượng hấp phụ.
- q
m

: Dung lượng hấp phụ cực đại.
- a, b, k, k', l,C, C
0
: là các hằng số.
Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là phương trình mô tả cân
bằng hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lí thuyết. Phương trình Langmuir
được thiết lập trên cơ sở các giả thuyết sau.
▪ Mỗi tiểu phân chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại
những trung tâm xác định.
▪ Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

11
▪ Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất nghĩa là năng lượng hấp phụ trên
các trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu
phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
▪ Các phân tử được hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ.
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng cho hệ hấp phụ
khí - rắn. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hệ hấp phụ
rắn - lỏng (môi trường nước). Khi đó phương trình Langmuir có dạng:
cb
cb
m
Cb
Cb
q
q
.1

.




Trong đó: - θ: độ che phủ.
- C
cb
: nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng hấp phụ.
- b: hằng số hấp phụ Langmuir.
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:
Trong vùng nồng độ nhỏ b.C
cb
<< 1 thì q = q
m
.b.C
cb
mô tả vùng hấp
phụ tuyến tính.
Trong vùng nồng độ lớn b.C
cb
>> 1 thì q = q
m
mô tả vùng hấp phụ bão hòa.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm ở giữa hai giới hạn trên thì đường
đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong.
Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, có
thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình về dạng đường thẳng:
cb
cb

mm
C 1 1
.C
q q q .b


Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của C
cb
/q vào C
cb
sẽ xác định được các
hằng số: b, q
m
trong phương trình.
Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Đây là phương trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ khí hoặc chất
tan trong chất lỏng lên chất hấp phụ rắn. Các giả thiết của phương trình:

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

12
- Do tương tác đẩy giữa các phân tử, phân tử hấp phụ sau bị đẩy bởi các
phân tử hấp phụ trước, do đó nhiệt hấp phụ giảm khi tăng độ che phủ bề mặt.
- Do bề mặt không đồng nhất, các phân tử hấp phụ trước chiếm các
trung tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, về sau chỉ còn các trung
tâm hấp phụ có nhiệt hấp phụ thấp hơn.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:
q = k.
1
n

cb
C

Trong đó:
k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.
n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1.
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t.
C
cb
: nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich phản ánh khá sát thực số
liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt.
Để xác định các hệ số k, n đưa phương trình về dạng đường thẳng:
lg q = lg k +
1
n
lg C
cb

(dạng phương trình y = ax+b)
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc lgq vào lgC
cb
sẽ xác định được các hằng số:
k, n ứng với từng nhiệt độ và so sánh chúng với hệ khác trong cùng điều kiện.
1.2.5. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước
1.2.5.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước
Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường
nước bị hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, tạo ra các phức chất
hiđroxo, tạo ra các cặp ion hay phức chất khác. Tuỳ thuộc vào bản chất hoá
học của ion, pH của môi trường, các thành phần khác cùng có mặt mà hình

thành các dạng tồn tại khác nhau.[1], [2]

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

13
1.2.5.2. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước
Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp. Vì trong hệ
có ít nhất ba thành phần gây tương tác là nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ.
Hấp phụ trong môi trường nước (có sức căng bề mặt lớn) ưu việt hơn so với dung
môi hữu cơ (có sức căng bề mặt nhỏ).
Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh
tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và dung môi. Thông thường, nồng độ
chất tan trong dung dịch là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phần tử
nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Các chất bị hấp phụ chỉ
có thể đẩy phân tử nước để chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ. Điều này xảy ra
khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ mạnh hơn tương tác giữa chất
hấp phụ và nước.
Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ còn phụ thuộc
vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng. Chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
đều phân cực hoặc không phân cực thì sự hấp phụ xảy ra tốt hơn.
Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ. Các chất
có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân ly, tích điện âm, dương hoặc
trung hoà. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến các nhóm chức bề mặt
của chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức.
Tính chọn lọc và cạnh tranh của quá trình hấp phụ trong môi trường nước
bị ánh hưởng bởi tính tương đồng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Một qui
luật thường gặp là các chất phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, còn các
chất không phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt không phân cực. Tính chọn lọc và
tính cạnh tranh còn phụ thuộc vào kích thước phân tử của chất hấp phụ và chất bị

hấp phụ.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Khi giảm
kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dịch thường
tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thước của mao quản không cản trở
sự đi vào của chất hấp phụ. Nếu kích thước mao quản bé hơn kích thước của phân
tử hấp phụ thì sự hấp phụ sẽ bị cản trở.
Tóm lại hấp phụ trong môi trường nước có cơ chế phức tạp do yếu tố hấp
phụ hỗn hợp, sự biến đổi bản chất hoá học của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ vào
môi trường.[1], [2].
1.3. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng
Trên thực tế có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng kim loại
nặng như phân tích thể tích, phương pháp cực phổ, phương pháp trắc quang,
phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử…Trong đề tài này chúng tôi sử
dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F -AAS).
1.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Nguyên tắc: Chuyển cấu tử phân tích thành trạng thái hơi nguyên tử.
Sau đó chiếu một chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên
tử đó thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các tia bức xạ mà nó có thể phát ra
trong quá trình phát xạ. Khi đó phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp
thụ nguyên tử. Dựa vào cường độ vạch phổ để tính toán lượng cấu tử cần
nghiên cứu. [11].
1.3.2. Cơ sở của vạch phổ hấp thụ nguyên tử
Mối quan hệ giữa mật độ quang A và nồng độ C của nguyên tố phân tích:
A
λ
= a C

b
Trong đó:
a : Hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào các điều kiện hoá hơi và
nguyên tử hoá mẫu.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

15
b : Hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên
tố: (0< b <1).
Ở vùng nồng độ nhỏ b = 1. Khi đó A
λ
và C có mối quan hệ phụ thuộc
tuyến tính.
Ở vùng nồng độ lớn 0< b <1 thì mối quan hệ giữa A
λ
và C là không
tuyến tính.
1.3.3. Phương pháp phân tích định lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử
Để xác định nồng độ của một nguyên tố trong mẫu phân tích theo phép
đo phổ hấp thụ nguyên tử, ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau:
phương pháp đường chuẩn, phương pháp thêm tiêu chuẩn. Thực hiện đề tài
này, chúng tôi tiến hành theo phương pháp đường chuẩn.
Kỹ thuật thực hiện:
- Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có hàm lượng chất phân tích tăng
dần trong cùng điều kiện về lượng thuốc thử, độ axit
- Đo độ hấp thụ nguyên tử của các nguyên tố cần nghiên cứu trong dãy
dung dịch chuẩn.
- Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ nguyên tử vào
nồng độ các nguyên tố cần nghiên cứu. Đồ thị này được gọi là đường chuẩn.

- Pha chế các dung dịch cần phân tích với điều kiện như dung dịch
chuẩn và đem đo phổ hấp thụ nguyên tử. Dựa vào các giá trị độ hấp thụ
nguyên tử này và đường chuẩn tìm được nồng độ nguyên tố cần phân tích
trong mẫu phân tích.[9]
1.3.4. Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng đồng, niken, sắt bằng
phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F - AAS)




Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

16
Bảng 1.3: Điều kiện để xác định đồng, niken, sắt.
Nguyên
tố
Bước
sóng
(nm)
Khe đo
(nm)
Cường
độ đèn
HCL
Chiều
cao
đèn
(cm)
Tốc độ
dòng khí

(ml/phút)
Khoảng
tuyến tính
(mg/l)
Cu
324,8
0,5
75
7
1,1
0,05 - 2,5
Ni
232,0
0,1
75
7
0,9
0,1 - 8,0
Fe
248,3
0,1
75
7
1,2
0,1 - 10
1.4. Các phương pháp tổng hợp oxit kim loại kích thước nanomet
1.4.1. Phương pháp gốm truyền thống
Trong phương pháp này, các oxit được chế tạo bằng quá trình nung,
nghiền hỗn hợp oxit hoặc hỗn hợp các muối. Phản ứng pha rắn xảy ra khi
nung hỗn hợp bột của các oxit ở nhiệt độ cao (bằng khoảng 2/3 nhiệt độ nóng

chảy) và lớn hơn 1000
0
C, Ở nhiệt độ này các chất phản ứng vẫn ở trạng thái
rắn nên phản ứng xảy ra chậm. Khi các hạt tiếp xúc với nhau, tốc độ phản ứng
xảy ra nhanh hơn, sau đó giảm đi. Khi tăng nhiệt độ, sự kết khối giữa các hạt
cũng tăng theo. Vì vậy quá trình nung, nghiền lặp đi, lặp lại nhiều lần làm tiêu
tốn năng lượng và giảm độ tinh khiết của sản phẩm. Hiện nay, phương pháp
gốm vẫn được sử dụng chủ yếu để chế tạo vật liệu điện tử. Thay cho thiết bị
nghiền thông thường, người ta đã phát triển phương pháp tổng hợp cơ hóa
dùng máy nghền hành tinh hiện đại. Phương pháp cho phép tạo được độ
đồng nhất cao của cỡ hạt, kích thước hạt.
1.4.2. Phương pháp đồng kết tủa
Một trong các phương pháp quan trọng để điều chế các oxit là
phương pháp đồng kết tủa. Để thu được kết tủa có thành phần hóa học mong
muốn, các tác nhân tạo kết tủa cần thỏa mãn điều kiện sau: sản phẩm kết tủa
không hòa tan trong dung môi và kết tủa phải xảy ra nhanh. Các tác nhân kết
tủa có thể là dung dịch muối vô cơ hoặc hữu cơ. Các muối vô cơ thường sử

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

17
dụng là các muối cacbonat, oxalat hoặc hidroxit của natri, amoni Việc sử
dụng dung dịch muối hữu cơ làm tác nhân đồng kết tủa làm cho quá trình rửa
kết tủa dễ dàng hơn. Khả năng bay hơi cao của các hợp chất hữu cơ khi phân
hủy tạo cho hạt mịn hơn.
Nhược điểm của phương pháp này có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến
khả năng đồng kết tủa như: nồng độ, pH của dung dịch, tỷ lệ các chất tham
gia phản ứng, nhiệt độ Do đó cần phải xác định được pH để quá trình đồng
kết tủa xảy ra và phải tính toán được chính xác tỷ lệ các muối kim loại cân
bằng trong dụng dịch thì mới thu được sản phẩm kết tủa như mong muốn.

1.4.3. Phương pháp precursor hợp chất
Trong quá trình tổng hợp, nếu các cation kim loại được đưa vào cùng
một hợp chất đầu thì quãng đường khuếch tán giữa chúng sẽ được rút ngắn.
Các chất đầu này được gọi là precursor hợp chất như precursor xianua,
precursor oxalat, precursor axetat Nhiệt phân các precursor này sẽ thu được
các oxit.
Phương pháp precursor hợp chất có khả năng trộn lẫn các ion ở qui
mô phân tử (các ion được đưa vào một phân tử hợp chất). Sản phẩm có tính
đồng nhất cao, bề mặt riêng lớn. Phương pháp này tiết kiệm được năng lượng
vì quá trình nung mẫu ở nhiệt độ không cao. Tuy nhiên hạn chế của phương
pháp này là khi điều chế các oxit phức hợp thì tỷ lệ các cation trong precursor
hợp chất và oxit phức hợp phải giống nhau. Nhược điểm này được khắc phục
trong phương pháp precursor dung dịch rắn.
1.4.4. Phương pháp precursor dung dịch rắn
Phương pháp này đi từ dung dịch rắn được tạo thành bằng cách kết
tinh các muối nitrat, cacbonat, oxalat Nhiệt phân dung dịch rắn thu được các
oxit phức hợp.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Phương pháp precursor dung dịch rắn không những có đầy đử những
ưu điểm của phương pháp precursor hợp chất mà còn cho phép tổng hợp các
oxit có thành phần không hợp thức. Tuy nhiên, không phải bất kỳ các oxit
phức hợp nào cũng có thể chế tạo được từ dung dịch rắn.
1.4.5. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gel không phải phương pháp mới. Vào những năm
1800 người ta đã phát hiện ra silic tetraclorua bị thủy phân tạo thành gel. Sau
đó các nhà sinh vật học đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu về gel, keo.
Từ những năm 1950, kỹ thuật sol-gel đã được áp dụng trong nghiên cứu cân

bằng pha, phát triển ngành gốm sứ và từ đó mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác.
Trong kỹ thuật sol-gel, quá trình đầu tiên là tạo sol sau đó tạo gel.
Dạng sol là dạng huyền phù có kích thước các tiểu phân rắn từ 1nm đến 1µm
có thể thu được bằng thủy phân hoặc ngưng tụ phân đoạn các muối vô cơ
hoặc ancolat kim loại. Sự ngưng tụ tiếp của dạng sol thành mạng không gian
ba chiều tạo thành gel. Đó là tập hợp gồm pha rắn được bao bọc bởi dung
môi. Chất lỏng bao bọc trong gel có thể loại bỏ bằng cách làm bay hơi hoặc
chiết siêu tới hạn.
Phương pháp sol-gel có một số ưu điểm sau:
- Khả năng duy trì độ tinh khiết cao do độ tinh khiết của sản phẩm
ban đầu.
- Khả năng thay đổi các tính chất vật lý như sự phân bố, kích thước
mao quản, số lượng mao quản.
- Khả năng tạo ra sự đồng thể trong pha ở mức độ phân tử.
- Khả năng điều chế mẫu ở nhiệt độ thấp.
- Khả năng bổ xung dễ dàng một số thành phần.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ đồng nhất của sản phẩm là dung môi,
nhiệt độ, bản chất của precursor, pH, xúc tác, chất phụ gia. Dung môi có ảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

19
hưởng đến động học quá trình, còn pH ảnh hưởng đến các quá trình thủy phân
và ngưng tụ. Có bốn bước quan trong trong quá trình sol-gel là: hình thành gel,
là già gel, khử dung môi và cuối cùng là xử lý bằng nhiệt thu được sản phẩm.
Phương pháp sol-gel rất đa dạng tùy thuộc vào tiền chất tạo gel, có
thể qui về 3 hướng sau: thủy phân các muối, thủy phân các ankoxit và sol-
gel tạo phức.
1.4.6. Phương pháp tổng hợp đốt cháy
Trong những năm gần đây, phương pháp tổng hợp đốt cháy hay tổng

hợp bốc cháy trở thành một trong những kỹ thuật quan trong trong điều chế
và sử lý các vật liệu gốm mới, composit, vật liệu nano và chất xúc tác.
Trong số các phương pháp hóa học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo bột
tinh thể nano oxit phức hợp ở nhiệt thấp hơn trong một thời gian ngắn và có
thể đạt ngay sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử lý nhiệt thêm nên có
thể hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm năng lượng. Trong quá
trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt mạnh giữa hợp
phần chứa kim loại và hợp phần không chứa kim loại, phản ứng trao đổi giữa
các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng giữa hợp chất hay hỗn hợp oxi hóa
khử Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy trở thành một phương
pháp hấp dẫn cho sản suất các vật liệu mới với chi phí thấp nhất so với các
phương pháp truyền thống. Một số ưu điểm khác nữa của phương pháp đốt
cháy là thiết bị công nghệ tương đối đơn giản, sản phẩm có độ tinh khiết cao,
có thể dễ dàng điều khiển được hình dạng và kích thước của sản phẩm.
Phương pháp đốt cháy được biết như là quá trình tổng hợp tự lan
truyền nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình phản ứng hay còn gọi là quá
trình SHS. Tổng hợp đốt cháy đã trở thành một nhánh riêng trong nghiên cứu
khoa học và có thể dùng để điều chế các hợp chất của kim loại như cacbua,
nitrua, oxit Tùy thuộc vào trạng thái của các chất phản ứng, tổng hợp đốt

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

20
cháy có thể chia thành: đốt cháy trạng thái rắn, đốt cháy dung dịch, đốt cháy gel
polime, đốt cháy pha khí.
1.5. Một số phương pháp nghiên cứu sản phẩm
1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen là một phương pháp hiệu quả dùng
để xác định đặc trưng lý hóa của vật liệu và được sử dụng trong nhiều lĩnh
vực khoa học và công nghệ. Phương pháp này dùng để phân tích pha: kiểu và

lượng pha có mặt trong mẫu, ô mạng cơ sở, cấu trúc tinh thể, kích thước hạt,
sức căng cũng như phân bố electron. Tinh thể bao gồm một cấu trúc trật tự
theo 3 chiều với tính tuần hoàn đặc trưng dọc theo trục tinh thể học. Khoảng
cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh thể chỉ vài A
0
, xấp sỉ bước sóng
của tia X. Khi chiếu một chùm tia X vào tinh thể, điện trường của tia X sẽ
tương tác với các nguyên tử nằm trong mạng tinh thể tạo ra các tia khuếch
tán. Sự giao thao của các tia khuếch tán sau khi đi qua tinh thể được gọi là sự
nhiễu xạ
Khoảng cách d giữa các mặt mạng tinh thể liên hệ với góc có nhiễu xạ
cực đại và chiều dài bước sóng tia X theo phương trình Vulff – Bragg .
n = 2d.sin
Trong đó:
- n: bậc phản xạ; n có các giá trị nguyên n = 1, 2 ,3…
- : chiều dài bước sóng tia X
- d: khoảng cách giữa hai mặt tinh thể.
- : là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ
Phương trình Vulff – Bragg mô tả điều kiện nhiễu xạ và được xem là
phương trình cơ bản trong nghiên cứu cấu trúc bằng tia X.
Vì mẫu bột gồm vô số tinh thể có hướng bất kỳ nên trong mẫu luôn có những
mặt (hkl), với d
hkl
tương ứng nằm ở các vị trí thích hợp tạo với chùm tia tới góc thỏa

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

21
nãm điều kiện phương trình Vulff – Bragg . Do đó ta luôn quan sát được hiện tượng
nhiễu xạ.

Kích thước hạt tinh thể trung bình được tính theo công thức Scherrer:


cos.
89,0
r

Trong đó:
-
r
là kích thước hạt tinh thể trung bình .
- λ là bước sóng

K
của anot Cu (λ= 0,15406nm)

- β là độ rộng pic ứng với nửa chiều cao pic cực đại tính theo radian.
- θ là góc nhiễu xạ Bragg ứng với pic cực đại.
Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen phân tích cấu trúc vật liệu được tiến
hành trên thiết bị Siemen D5005 Difractometer tại Viện Khoa học Vật liệu -
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
1.5.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
“Hiển vi điện tử truyền qua” (TEM) là phương pháp hiển vi điện tử đầu
tiên được phát triển với thiết kế đầu tiên mô phỏng phương pháp hiển vi
quang học truyền qua. Phương pháp này sử dụng một chùm electron thay thế
chùm sáng chiếu xuyên qua mẫu và thu được những thông tin về cấu trúc và
thành phần của nó giống như cách sử dụng hiển vi quang học.
Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua có ưu thế hơn phương pháp SEM
ở chỗ nó có độ phóng đại rất lớn (độ phóng đại 400.000 lần với nhiều vật liệu,
và với các nguyên tử nó có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu lần).

Trên hình 1.3 đưa ra sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử
truyền qua. Các bước ghi ảnh TEM cũng tương tự, chiếu một chùm electron
lên mẫu vật, một phần dòng electron sẽ xuyên qua mẫu rồi được hội tụ tạo
thành ảnh, ảnh này được truyền đến bộ phận khuếch đại, sau đó tương tác với
màn huỳnh quang tạo ra ảnh có thể quan sát được.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

22

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua .
Mẫu vật liệu chuẩn bị cho ảnh TEM phải mỏng để dòng electron có thể
xuyên qua giống như tia sáng xuyên qua vật thể trong kính hiển vi quang học,
do đó việc chuẩn bị mẫu sẽ quết định tới chất lượng của ảnh TEM. Phương
pháp hiển vi điện tử truyền qua cho biết nhiều chi tiết nano của mẫu nghiên
cứu: hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt .v.v. Nhờ cách tạo ảnh nhiễu xạ,
vi nhiễu xạ và nano nhiễu xạ, kính hiển vi điện tử truyền qua còn cho biết
nhiều thông tin chính xác về cách sắp xếp các nguyên tử trong mẫu, theo dõi
được cách sắp xếp đó trong chi tiết từng hạt, từng diện tích cỡ
2
m
và nhỏ
hơn. Các loại kính hiển vi điện tử hiện đại còn trang bị thêm các phương tiện
để phân tích thành phần hoá học của mẫu ở từng diện tích nhỏ hơn
2
m
ở
những lớp chỉ vài ba nguyên tử bề mặt.
1.5.3. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)
Hiện nay phương pháp BET được ứng dụng rất phổ biến để xác định bề

mặt riêng của các chất hấp phụ rắn.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

23
Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng phương trình BET ở dạng sau:
00
)1(1
)( CPV
PC
CVPPV
P
mm




Trong đó:
- V là thể tích chất bị hấp phụ tính cho một gam chất rắn.
- V
m
là thể tích chất hấp phụ cần thiết để tạo một lớp đơn phân tử
chất bị hấp phụ trên bề mặt một gam chất ở áp suất cân bằng P.
- C là hằng số BET.
- V/V
m
= được gọi là phần bề mặt bị hấp phụ.
Trường hợp hay gặp nhất trong kỹ thuật đo bề mặt là hấp phụ N
2
ở 77K

(nhiệt độ N
2
lỏng). Nếu V
m
được biểu diễn bằng đơn vị cm
2
.g
-1
và bề mặt S
BET

là m
2
.g
-1
. Thừa nhận tiết diện ngang của một phân tử N
2
là 0,162nm
2
thì
S
BET
= 4,35Vm.
Phương pháp BET nói chung có thể áp dụng để áp dụng để xác định bề
mặt riêng của tất cả chất rắn, miễn là áp suất tương đối P/P
0
nằm trong
khoảng 0,05-0,3 và hằng số C>1.
1.6. Vật liệu hấp phụ oxit mangan
Nhiều phương pháp hóa lý đã được nghiên cứu xử lý nước thải chứa

ion kim loại nặng, trong đó hấp phụ là phương pháp được đánh giá cao bởi
tính đơn giản mà hiệu quả xử lý tương đối cao, vật liệu sử dụng làm chất hấp
phụ rẻ tiền, dễ kiếm.
Vật liệu hấp phụ oxit kích thước nanomet được sử dụng làm chất hấp
phụ xử lý ô nhiễm môi trường vì đây là vật liệu dễ điều chế, không đắt tiền,
thân thiện với môi trường. Chính vì vậy, nghiên cứu chế tạo và nghiên cứu
khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ oxit kích thước nanomet đang được
phát triển mạnh trên thế giới [19], [24]. Mangan đioxit là chất bột mầu đen,
tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật pirolusit. Pirolusit cũng như