Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên nền graphit việt nam ứng dụng trong xử lý môi trường ô nhiễm màu hữu cơ (congo red) tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………

PHẠM VĂN THỊNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỪ TÍNH TRÊN NỀN
GRAPHIT VIỆT NAM ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI
TRƯỜNG Ô NHIỄM MÀU HỮU CƠ (CONGO RED)

Chuyên ngành: Vật Liệu Cao Phân Tử Và Tổ Hợp
Mã số: 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ
VÀ TỔ HỢP

Hà Nội – 2019


Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Bạch Long Giang
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan

Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường như ô nhiễm chất màu dệt,
nhuộm đang trở thành vấn đề cấp thiết ở Việt Nam cũng như trên thế giới.
Nó gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, sức khỏe và sinh hoạt của người
dân.
Các phương pháp xử lý ô nhiễm chất màu rất đa dạng. Tuy nhiên,
chúng còn tồn tại những mặt hạn chế nhất định như hiệu quả thấp, vận
hành phức tạp, tạo ra các sản phẩm phụ không thân thiện với môi trường
đã hạn chế tiềm năng của chúng.
Nhờ vào các đặc tính rất tốt của vật liệu từ tính, luận án có định hướng
sử dụng loại vật liệu lai này cho các quá trình xử lý môi trường nhiễm chất
màu hữu cơ độc hại. Nghiên cứu tập trung tổng hợp vật liệu từ tính
(EG@MFe2O4) của các kim loại Ni, Co và Mn để tăng cường khả năng
hấp phụ với Graphite tróc nở. Vật liệu EG@MFe2O4 được sử dụng để hấp
phụ ô nhiễm thuốc nhuộm (CR). Trong đó, kết quả nghiên cứu tập trung
đánh giá và phân tích tối ưu các thông số hấp phụ, động học, nhiệt động
học, đẳng nhiệt hấp phụ, cơ chế hấp phụ và khả năng tái chế vật liệu.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo vật liệu graphit mang từ

tính từ nguồn graphit dạng vảy của Việt Nam làm vật liệu ứng dụng trong
xử lý môi trường bị ô nhiễm chất màu hữu cơ.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu và tổng hợp được vật liệu graphit tróc nở (EG) từ nguồn
graphit khu vực tỉnh Yên Bái, Việt Nam bằng phương pháp hóa học dưới
sự hỗ trợ vi sóng.
- Nghiên cứu được quy trình tổng hợp mang từ tính EG-MFe2O4 (M=Co,
Ni, Mn) từ nguồn vật liệu graphit bằng phương pháp tự bắt cháy sol-gel.
- Phân tích và xác định được một số tính chất đặc trưng, cấu trúc, hình
thái và tính từ tính của vật liệu EG và EG- MFe2O4 bằng các phương pháp
phân tích công cụ hiện đại như: phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ năng
1


lượng tia X (EDS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích phổ hồng
ngoại (FTIR), phân tích từ kế mẫu rung (VSM), đường cong hấp phụ/giải
hấp N2 (BET, pore), XPS.
- Nghiên cứu và đánh giá khả năng hấp phụ màu congo red của các vật
liệu EG- MFe2O4; nghiên cứu động học, nhiệt học, đẳng nhiệt hấp phụ, cơ
chế hấp phụ và ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM để tối ưu hóa
điều kiện hấp phụ màu của vật liệu.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1. Nguồn nguyên vật liệu Graphit
Graphit hay còn gọi là than chì, một trong ba dạng thù hình của
cacbon, tồn tại trong thiên nhiên (kim cương, than vô định hình và
graphit). Graphit là chất kết tinh trong hệ lục phương. Trong mạng tinh
thể, một nguyên tử cacbon (C) liên kết với 4 nguyên tử C phụ cận khoảng
cách với 3 nguyên tử C khác bằng nhau (khoảng 1,42 Å), và khoảng cách
với nguyên tử thứ 4 là 3,35 Å. Hiện nay, trữ lượng quặng graphit trên toàn
thế giới chưa được thống kê một cách cụ thể, tuy nhiên ước tính khoảng

390 ngàn tấn. Tại Việt Nam, theo các báo cáo thăm dò địa chất, graphit có
ở Lào Cai, Yên Bái và Quảng Ngãi với tổng tài nguyên và trữ lượng đạt 29
ngàn tấn.
1.2.4. Tổng quan về phương pháp chế tạo vật liệu graphit tróc nở (EG)
Chế tạo vật liệu EG thường được thực hiện bằng cách gia nhiệt
nhanh hợp chất xen chèn được thể tiến hành bằng các hệ thống gia nhiệt
khác nhau gồm có plasma kết nối cảm ứng, chiếu xạ laser và gia nhiệt lửa.
Năm 1983, Inagaki và Muranmatsu đã đưa ra phương pháp chế tạo EG
không sử dụng các axit mà sử dụng và phân hủy các hợp chất bậc ba kaligraphit-tetrahydrofuran và đã khảo sát một số ứng dụng dựa trên vật liệu
mới này. Năm 1985, tác giả S.A. Alfer và các cộng sự đã khảo sát tính chất
hóa lý ở nhiệt độ cao của sản phẩm oxy hóa anot graphit trong H2SO4 đặc
để làm nguyên liệu sản xuất một dạng graphit mới – graphit tróc nở nhiệt
(TEG) và những sản phẩm chế tạo từ TEG đã được sử dụng rộng rãi.

2


Năm 1991, Y.Kuga và các đồng nghiệp đã nghiên cứu một phương
pháp nghiền các hợp chất graphit xen chèn kali K-GIC và graphit tróc nở
K-EG trong chân không. Năm 1991, Yoshida và các cộng sự cũng đã
nghiên cứu thành công trong việc chế tạo các hợp chất xen chèn khác nhau
như xen chèn với H2SO4, FeCl3, Na-tetrhydrofuran (THF), K-THF và CoTHF. Sau đó, các hợp chất xen chèn được gia nhiệt nhanh đến 10000C để
tróc nở graphit.
Tóm lại, qua những phân tích kết quả nghiên cứu của các tác giả đi
trước luận án sẽ chọn phương pháp tổng hợp vật liệu EG bằng phương
pháp hóa học với tác nhân xen chèn là H2SO4 và H2O2 dưới sự hỗ trợ của
lò vi sóng dân dụng nhằm phối hợp được các tiêu chí tốt như phương pháp
đơn giản, chi phí thấp và cho hiệu quả hấp phụ cao, đồng thời dưới sự hỗ
trợ vi sóng nhằm rút ngắn thời gian tổng hợp cũng như nâng cao hiệu quả
tróc nở của graphit.

1.3. Vật liệu từ tính
1.3.1. Tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4
Coban ferit, niken ferit và mangan ferit là các ferit spinel rất quan
trọng trong kỹ thuật. Về mặt cấu trúc, tinh thể coban ferit và niken ferit
đặc trưng của nhóm các ferit spinen, cấu trúc lập phương tâm mặt. Chúng
là các spinen đảo, vì cấu hình electron của ion Ni2+ là 3d8, của ion Co2+ là
3d7 nên số phối trí thuận lợi là 6 nên các ion Ni2+ và Co2+ nằm trong các
hốc bát diện còn ion Fe3+ phân bố vào cả hốc bát diện và hốc tứ diện.
Có hai hướng tiếp cận để tổng hợp vật liệu Ferit spinen: hướng tiếp
cận từ trên xuống và từ dưới lên. Hướng tiếp cận từ trên xuống sử dụng
các phương pháp vật lí, còn hướng tiếp cận từ dưới lên thường được thực
hiện bằng con đường hoá học. Các phương pháp tổng hợp bằng dung dịch
keo hóa học có thể điều khiển được kích thước hạt, các hạt nano thu được
có kích thước đồng đều, hình dạng phong phú. Các phương pháp hóa học
tiêu biểu thường được sử dụng bao gồm: kết tủa, khử, cháy nổ, phun nóng
phân hủy nhiệt, mixen (đảo), quá trình sol - gel, keo tụ trực tiếp trong dung
môi sôi cao, thủy nhiệt. Việc phân chia thành các phương pháp như trên
dựa vào cơ chế và điều kiện tiến hành phản ứng hình thành vi hạt bao gồm
3


giai đoạn gây mầm và tăng trưởng kích thước. Hiện nay, nhờ các phương
pháp hóa học ta có thể tạo ra các vật liệu đồng nhất, có kích thước và hình
dạng đa dạng.
Qua những phân tích, so sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp
tổng hợp như trên cho thấy phương pháp tự bốc cháy sol-gel là phương
pháp hữu hiệu để tạo ra nhiều loại bột nano với cấu trúc và thành phần như
mong muốn, phương pháp đơn giản, chi phí thấp và cho hiệu quả cao. Đây
cũng chính là cơ sở để luận án lựa chọn phương pháp tổng hợp vật liệu từ
tính trên nền EG.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị thí nghiệm và phân tích
2.1.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
Graphit được cung cấp từ Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàm lâm
Khoa học Công nghệ Việt Nam, Các hóa chất được cung cấp từ các hãng
Chemsol, Xilong, Guangzhou với chất lượng cao và phù hợp mục đích sử
dụng cho tổng hợp hóa học và phân tích
2.1.2. Thiết bị phân tích
Cấu trúc và tính chất của EG va EG@MFe2O4 được thực hiện trên
các thiết bị phòng thí nghiệm như sau: Phân tích cấu trúc bề mặt và hình
dạng của vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi quét điện tử (Scanning
Electron Microscope, SEM) độ phóng đại 7000, sử dụng nguồn điện áp
tăng tốc (15 kV). Phân tích cấu trúc, đặc trưng nhóm không gian của vật
liệu bằng phổ nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction, XRD). với điện áp gia tốc
40 KV, cường độ dòng 40 mA, bức xạ Cu–Kα (dùng tấm lọc Ni), tốc độ
quét 0.03o2θ/0.2s. Phân tích diện tích bề mặt riêng (BET) và phân bố lỗ
xốp của vật liệu bằng phương pháp hấp phụ BET theo N2 ở 77 K. Phân
tích thành phần các nguyên tố có mặt trong vật liệu bằng phương pháp
EDX (Energy diffraction spectroscopy) hay EDS. Điện áp: 15,0 kV, tốc độ
đếm: 1263 cps, phạm vi năng lượng: 0 - 20 kEv. Phân tích từ tính của vật
4


liệu EG@MFe2O4 thông qua máy từ kế mẫu rung GMW Magnet systems
electromagnet, bằng phép đo đường cong từ hóa trên hệ PPMS 6000 với
bước đo từ rất nhỏ (0,2 Oe) trong vùng từ trường cực đại là 300 Oe. Phân
tích các nhóm chức, định danh các hợp chất hữu cơ và nghiên cứu cấu trúc
bằng phương pháp FT-IR. Phân tích thành phần cơ bản, trạng thái hóa học,
trang thái điện tử của các nguyên tố trên bề mặt của vật liệu EG@MFe2O4
bằng phương pháp XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) trên máy

Kratos AXIS Supra (Kratos – Shimadzu) Model: AXIS Supra sử dụng bức
xạ Mg Kα.
2.2. Tổng hợp vật liệu EG và EG@MFe2O4
2.2.1. Tổng hợp vật liệu EG
Quy trình tổng hợp tổng hợp vật liệu EG như sau. Cân 1 g graphit
cho vào cốc thủy tinh 250 mL, hút thể tích xác định H2O2 và H2SO4 với tỉ
lệ thể tích H2O2/H2SO4 khảo sát là (1,0/20; 1,2/20; 1,4/20; 1,6/20; 1,8/20
và 2,0/20), thời gian xen chèn khào sát từ 70 đến 120 phút ở nhiệt độ
phòng. Sau khi thu được sản phẩm dạng bùn, hỗn hợp được rửa sạch bằng
nước cất đến pH khảo sát (từ 1 đến 6), hút khô nước, đem đi sấy ở nhiệt độ
80 oC trong thời gian 24 giờ. EG thu nhận được bằng cách cho giãn nở
nhiệt trong lò vi sóng ở công suất khảo sát (từ 180 đến 900 W) trong
khoảng thời gian khảo sát từ 10 đến 60 giây. Sau đó EG được đem đo bằng
ống đong thể tích chia độ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tróc nở Graphit được khảo sát gồm:
Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích H2O2/H2SO4, ảnh hưởng của thời
gian xen chèn, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của công suất lò vi sóng, ảnh
hưởng của thời gian nung trong lò vi sóng.
2.2.2. Tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4
Cân M(NO3)2.6H2O và Fe(NO3)3.9H2O theo tỉ lệ mol 1:2 (với M=Co,
Ni, Mn) cho vào becher 250 mL chứa 150 mL H2O trộn đều bằng đũa thủy
tinh. Hỗn hợp được khuấy trên bếp từ đến nhiệt độ là 90 0C thì cho axit
citric với vai trò làm tác chất tạo phức (số mol axit/số mol Fe3+/M là 3:2:1)
5


với tốc độ cho vào là 1 giọt/giây. Duy trì nhiệt độ ở 90 0C, khuấy trong 1
h. Sau đó điều chỉnh pH bằng dung dịch NH4OH.H2O sao cho pH8-9. Sau
30 phút, điều chỉnh pH lần hai đến khi thấy váng xuất hiện trên bề mặt
trong bình phản ứng, cân khối lượng EG (tỉ lệ khối lượng EG/MFe2O4 là

3:1) thêm vào từ từ và đảo trộn nhẹ tới khi EG không còn đẩy lên trên bề
mặt trong 10 phút. Cuối cùng gel được sấy ở 80 0C trong 20 h để khô hoàn
toàn. Sau đó, tiến hành nung mẫu trong lò nung Muffle ở nhiệt độ 600 oC
trong khoảng thời gian 1 giờ, tốc độ gia nhiệt 10 0C/phút.
2.3. Đánh giá các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và EG@MFe2O4
2.3.1. Phương pháp đo thể tích riêng của vật liệu EG
Cân 0,2 g EG vào ống đong 50 mL (đường kính 20 mm) lắc nhẹ cho
vật liệu phân bố đều trong ống đong, ghi lại thể tích (VEG) vật liệu trong
ống đong. Hệ số giãn nở (Kv), được tính theo công thức sau:
Kv = Vt/V0
3

Trong đó: Vt là thể tích riêng của vật liệu ở nhiệt độ sốc nhiệt T (cm /g);
3

Vo là thể tích riêng ban đầu của vật liệu (1,6 cm /g).
2.3.2. Xác định các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và EG@MFe2O4
Cấu trúc và tính chất của EG va EG@MFe2O4 được thực hiện trên
các thiết bị phòng thí nghiệm như SEM, XRD, BET, XPS, EDX, VSM.
2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4
- Nghiên cứu sẽ tiến hành các thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của thời
gian và nồng độ, khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch.
- Tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật liệu EG và
EG@MFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt
- Khảo sát Động học, nhiệt học, đẳng nhiệt hấp phụ, khả năng tái sử
dụng vật liệu, Đề suất cơ chế hấp phụ

6

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu EG dưới sự hỗ trợ của vi sóng

 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ xen chèn thể tích
H2O2/H2SO4 đến sự giãn nở của vật liệu EG: Thể tích xen chèn cực đại
quan sát được khi tỉ lệ thể tích H2O2/H2SO4 là 1,4/20; thể tích giãn nở
tương ứng đạt 131,7 mL/g tương ứng với hệ số giãn nở Kv = 82,3.
 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xen chèn đến sự
giãn nở của vật liệu EG: Khả năng tróc nở của vật liệu graphit thời gian
xen chèn H2O2/H2SO4 là 100 phút thì thể tích giãn nở của graphit là lớn
nhất, trung bình sau 3 lần thí nghiệm Kv = 105,2 và giảm dần khi tăng thời
gian xen chèn lên 110, 120 phút.
 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự giãn nở của vật
liệu EG: Mẫu graphit ở pH3 thì khả năng giãn nở là cao nhất với thể tích
VEG = 191,7 mL/g và hệ số Kv = 119,8. Khi rửa hỗn hợp vật liệu đến giá trị
pH >3 thì thể tích EG thu được có xu hướng giảm dần trung bình V EG =
151,7 mL/g, với hệ số Kv = 94,8 (ở pH6).
 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến sự
giãn nở của vật liệu EG: Hệ số giãn nở thể tích tăng khá đều và đạt cực đại
ở 720 W. Với VEG là 196,7 ứng với Kv đạt 122,9. Khi nâng công suất lò
lên 900 W thì hệ số giãn nở thể tích giảm, Kv = 103,1.
 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến sự
giãn nở của vật liệu EG: Với thời gian lò vi sóng là 30 giây thì thể tích tróc
nở của graphit là lớn nhất. Trung bình sau 3 lần thí nghiệm Kv = 102,1 và
giảm dần khi tăng thời gian lò vi sóng lên 50, 60 giây, tương ứng với hệ số
giãn nở của vật liệu Kv = 67,7 và 60,4.
3.2. Kết quả phân tích các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và vật
liệu EG@MFe2O4 (M=Co, Mn, Ni)
3.2.1. Kết quả phân tích SEM

7


3.2.1.1. Kết quả phân tích SEM của vật liệu EG
Kết quả phân tích SEM cho thấy graphit sau khi giãn nở có nhiều lỗ
xốp lớn bên trong, có dạng hình sâu với nhiều nếp gấp, xoắn rõ nét và thể
tích giãn nở tăng đáng kể, với nhiều nếp nhăn (hình 3.6).

Hình 3.6. Kết quả phân tích SEM của vật liệu EG
3.2.1. Phân tích cấu trúc bề mặt SEM của vật liệu EG@MFe2O4

Hình 3.1. Kết quả phân tích SEM của (a) tiền chất NiFe2O4 (b), (c), (d) vật liệu
EG@NiFe2O4

Vật liệu EG@MFe2O4 (graphit có từ tính) được phân tích hình thái
bề mặt thông qua ảnh SEM cho thấy ảnh SEM của EG@MFe2O4, cấu trúc
lỗ xốp và có hình sâu rất nhiều nằm trong và giữa EG@MFe2O4. Vì vậy
8


không có sự khác biệt đáng kể giữa EG và EG@MFe2O4 cho thấy ferrite
coban, mangan, niken phân phối đồng đều trên bề mặt của EG@MFe2O4
(hình 3.8)
3.2.2. Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng BET
3.2.2.1. Phân tích diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu EG
Kết quả phân tích BET (Bảng 3.1) cho thấy sau khi tróc nở bằng lò vi
sóng, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của vật liệu EG tăng lên.
Diện tích bề mặt của graphit sau khi tróc nở tăng lên gấp khoảng 23 lần so
với graphit dạng vảy ban đầu (từ 6,5 m2/g tăng lên 147,5 m2/g) và thể tích
lỗ xốp của vật liệu cũng tăng lên đáng kể (từ 0,007 cm3/g lên 0,153 cm3/g).

Bảng 3.1. So sánh kết quả phân tích BET
SBET

Graphit
EG vi sóng

Bán kính lỗ xốp Thể tích lỗ xốp
(Å)
(cm3/g)
(m2/g)
6,5
12,6
0,007
147,5
14,0
0,153

EG lò nung

100,9

Vật liệu

12,6

0,106

3.2.2.2. Phân tích bề mặt riêng BET EG@MFe2O4
Kết quả phân tích diện tích bề mặt theo kết quả đo BET và thể tích lỗ
rỗng của EG @ MFe2O4 được thể hiện trên bảng 3.2.

Bảng 3.2. Diện tích bề mặt riêng theo BET của các vật liệu
SBET

Bán kính lỗ

Thể tích lỗ xốp

(m2/g)

xốp (nm)

(cm3/g)

EG@CoFe2O4

29,1

14,3

0,132

EG@NiFe2O4

22,7

17,3

0,136

EG@MnFe2O4

33,0

14,1

0,130

Vật liệu

3.2.3. Phân tích FTIR
3.2.3.1. Phân tích FT-IR của vật liệu EG

9


Kết quả cụ thể được thể hiện trên bảng 3.3. Vậy với kết quả phân tích
trên cho thấy trên bề mặt của vật liệu EG có chứa nhiều loại nhóm chức
cũng như nhiều loại liên kết hóa học thuận lợi cho quá trình hấp phụ.
Bảng 3.3. Kết quả phân tích FTIR của vật liệu EG và EG@MFe2O4
Tần số
(cm-1)
2892,7
1712,4
1639,2
1511,9
1415,4
1191,7
1064,5
524,5

Liên kết

Nhóm chức, hợp chất

-CH, CH2, CH3
Ankan
C=O, -CHO
Andehit và xeton
C=O, -C=O, H-O-H Andehit và xeton, axit, amide, nước
C=C, -N-H
Nhóm thơm, amide
C-C
Nhóm thơm
Nhóm OH (của rượu và phenol),
C-O, C-N
nhóm amin thơm
C-N
Nhóm amin aliphatic
Fe-O
MFe2O4

3.2.3.2. Phân tích FT-IR vật liệu EG@MFe2O4

Hình 3.12. Giản đồ phân tích FT-IR của vật liệu EG và EG@MFe2O4
Qua kết quả phân tích FT-IR trên hình 3.12 cho thấy, vật liệu
EG@MFe2O4 vẫn tồn tại các nhóm chức giống như trên vật liệu EG chứng
tỏ quá trình xen chèn vật liệu tiền chất MFe2O4 đã không làm ảnh hưởng
10

nhiều tới các liên kết, nhóm chức trên vật liệu EG. Kết quả cụ thể được thể
hiện trên bảng 3.3. và hình 3.12
3.2.4. Phân tích XRD
3.2.4.1. Phân tích XRD của vật liệu EG

Giản đồ nhiễu xạ tia X của EG giãn nở cấu trúc pha xuất hiện đỉnh
d002 ở góc 2Ө = 26,89o với cường độ thấp hơn rất nhiều so với đỉnh của
graphit ban đầu. Điều này được giải thích là do quá trình tách bóc các lớp
graphit theo trục C trong chế tạo EG, làm giảm đáng kể cấu trúc tinh thể
trong graphit. Kết quả là đỉnh d002 của EG thấp hơn so với đỉnh d002 của
graphit ban đầu (hình 3.13).

Hình 3.3. Giản đồ XRD của (a) Graphit, (b) EG

Phân tích XRD vật liệu EGMFe2O4
Nhìn chung, các giản đồ XRD cho các vật liệu EG@MFe2O4 (M=Co,
Ni và Mn) tương ứng với các hình 3.14 (a, b và c) đều thể hiện các đỉnh
đặc trưng của nhóm các vật liệu trên. Tuy nhiên khi quan sát giản đồ
EG@MFe2O4 ta nhận thấy cường độ các đỉnh này thấp hơn nhiều so với
giản đồ tiền chất MFe2O4 chứng tỏ vật liệu tiền chất MFe2O4 không những
phân bố trên bề mặt vật liệu EG mà nó còn phân bố trong cấu trúc lỗ xốp
và nếp gấp của EG.

11


Hình 3.14. Giản đồ XRD của a) EG@CoFe2O4, b) EG@NiFe2O4 c)
EG@MnFe2O4
3.2.5. Kết quả phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
Bảng 3.5. Kết quả phân tích EDX của các mẫu graphit từ tính

Mẫu

%C

%O

%Fe

%Co

%Mn

%Ni %Al

%Si

%S

Tổng

EG@CoFe2O4 89.31

9.47

0.71

0.36

-

-

0.07

0.08

-

100

EG@NiFe2O4

89.46

8.37

1.28

-

-

0.66

0.11

0.09

0.03

100

EG@MnFe2O4 91.85

5.93

0.76

-

0.65

-

0.54

0.09

0.18

100

3.2.6. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lượng (XPS)
Kết quả phân tích XPS được thể hiện ở hình 3.15-3.17. Nhìn chung,
trong số các yếu tố khảo sát, đỉnh C1 được đo với cường độ cao. Phân tích
phổ XPS C 1s cho thấy xuất hiện các đỉnh tương ứng với mức năng lượng
287,48 eV là của liên kết C=O hoặc O-C=O, ba đỉnh ở mức năng lượng
288,21; 288,05 và 289,5 eV là liên kết O-C=O, đỉnh ở mức năng lượng
288,29 eV là liên kết C=O hoặc O-C=O, đỉnh ở mức năng lượng 291,28
eV đánh dấu sự hiện diện của nhóm CO3, hai đỉnh ở mức năng lượng

287,7 và 287,9 eV là của liên kết C = O. Trong khi đó, các tín hiệu XPS
đặc trưng của O 1s được thể hiện ở, với 3 đỉnh tương ứng với các năng
lượng liên kết 535,3; 534,28; 533,1; 532,8; 530.0 eV, tương ứng với các
12


liên kết O hóa trị, C-O-C, C-O/C = O và O-C. Ngoài ra, phổ XPS của Fe
được chia làm 2 vùng: Fe 2p3/2 và Fe 2p1/2. Rõ ràng là một quỹ đạo quay
năng lượng tách được tìm thấy là 13,5 eV, trong khi khoảng cách từ Fe
2p1/2 đến đỉnh vệ tinh là 8.1 eV, đặc trưng cho các cation Fe 3+ phù hợp với
tài liệu. Có thể thấy, 3 mẫu vật liệu EG@MFe2O4 đều có sự tương đồng
phổ XPS của các nguyên tố C, O, Fe. Điều này hoàn toàn phù hợp và điểm
khác biệt ở đây theo quan sát được là cường độ và tín hiệu đỉnh của các
kim loại Mn, Ni và Co. Phổ Mn 2p cho thấy hai cấp độ phụ của spin-quỹ
đạo tách giữa 2p 3/2 và 2p 1/2 với khoảng cách năng lượng liên kết của
chúng khoảng 11,8 eV. Khoảng cách này gần với năng lượng tách quỹ đạo
quay (~ 11,62 eV) của oxit mangan (II). Đặc biệt, một đỉnh vệ tinh xuất
hiện ở 647 eV, cách gần 6,8 eV so với trạng thái 2p½, điều này gợi ý đến
sự tồn tại của Mn 2+ trong cấu trúc của ác trạng thái liên
kết hóa học chi tiết của Co được thể hiện. Cụ thể, 2 đỉnh tại 781,1 eV và
786,9 eV được gán cho Co 2p3/2, trong khi 2 đỉnh tại 797,1 eV và 803,6 eV
thể hiện tín hiệu đặc trưng của Co 2p1/2. Phổ Co 2p chỉ ra Co tồn tại ở
trạng thái oxy hóa 2+ bởi vì các cation Co3+ có spin thấp có thể làm phát
sinh các tính năng vệ tinh yếu hơn nhiều so với các cation Co2+ có spin cao
với các quỹ đạo electron hóa trị chưa ghép cặp. Hơn nữa, đa số cation Co2+
chiếm các vị trí bát diện trong mạng tinh thể CoFe2O4. Phổ XPS của Ni
2p3/2 có thể được chia làm 2 vùng với hai đỉnh tương ứng khoảng 855,3 và
862,4 eV, trong khi đó ở Ni 2p1/2 xuất hiện ở 2 đỉnh tại tín hiệu 872,9 eV
và 880,4 eV.
3.2.7. Kết quả phân tích từ kế mẫu rung (Vibrating Specimen

Magne- tometer – VSM)
Từ trường bão hòa (Ms) thu được của EG@CoFe2O4 ở nhiệt độ
phòng là 32 emu/g, hai loại vật liệu EG@NiFe2O4 và EG@MnFe2O4 với
độ từ hóa lần lượt là 14,2 emu/g và 1,5 emu/g.
3.2.8. Kết quả chuẩn độ theo phương pháp Boehm
Kết quả được trình bày trong bảng 3.6.

13


Bảng 3.6. Kết quả xác định nhóm chức axit, bazơ trên vật liệu
Lượng nhóm chức (mmol/g)

Mẫu
Cacboxyl

Phenol Lacton

Axit tổng

Bazơ tổng

MFe2O4

0

0

0

0

0

EG@CoFe2O4

0,028

0,051

0,039

0,108

0,198

EG@NiFe2O4

0,022

0,052

0,037

0,098

0,196

EG@MFe2O4

0,020

0,044

0,032

0,096

0,156

3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ
màu CR của EG@MFe2O4
3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ
Xu hướng chung của nhóm vật liệu EG@MFe2O4 là sự khử màu xảy
ra nhanh chóng ở 30 phút đầu tiên, sau đó tăng chậm và đạt đến trạng thái
cân bằng. Việc kéo dài thời gian hấp phụ ở những thời gian tiếp theo làm
khả năng hấp phụ tăng không đáng kể. Khả năng hấp phụ giữa 3 vật liệu
graphit tróc nở gắn từ tính dựa vào dung lượng hấp phụ khi đạt cân bằng
của chúng: EG@CoFe2O4 > EG@NiFe2O4 > EG@MnFe2O4 (tương ứng
98,60 mg/g, 92,97 mg/g, 56,72 mg/g).
3.3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch
Độ pH tốt nhất cho sự hấp phụ của CR lần lượt là 6 và 4 đối với
EG@MFe2O4 và MFe2O4.
3.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
Khi tăng khối lượng chất hấp thụ, từ 0,003 g/L đến 0,005 g/L dung
lượng hấp phụ tăng lên chứng tỏ khả năng hấp phụ của EG@MFe2O4 tăng,
ở liều lượng lớn hơn 0,006 và 0,007 g/L, giá trị dung lượng có xu hướng
giảm.
3.3.4. Kết quả phân tích FT-IR của vật liệu EG@MFe2O4 sau hấp phụ
CR

14


Trước khi hấp phụ màu congo red trên bề mặt vật liệu có 5 đỉnh điển
hình, tuy nhiên sau khi hấp phụ màu, hai đỉnh là 1511,9 (của liên kết C=C
trong nhóm có vòng thơm và 1191,8 cm-1 (của liên kết C-O trong nhóm
OH của rượu và phenol) đã biến mất. Điều này có thể do trong quá trình
hấp phụ màu, nhóm các nhóm liên kết này đã tham gia liên kết với các
nhóm chức cấu tạo trong phân tử congo red. Ngoài ra trên vật liệu
EG@CoFe2O4 sau hấp phụ còn một đỉnh 1639,2 cm-1 (đỉnh đặc trưng của
dao động biến dạng H-O-H của nước hấp phụ vật lý và C=O trong các
nhóm chức andehit, xeton, axit.
 Giải thích cơ chế hấp phụ
Dựa trên các kết quả phân tích FT-IR, chuẩn độ Boehm cho thấy quá
trình hấp phụ chất màu CR của vật liệu EG@ MFe2O4 và MFe2O4 có thể
được giải thích bằng các cơ chế hấp phụ sau.
Vật liệu EG@ MFe2O4 và MFe2O4 thu được khả năng hấp phụ CR
hơn với MFe2O4. Kết quả này có thể được giải thích do vai trò của các
nhóm chức hóa học trên bề mặt của EG@ MFe2O4. Như đã đề cập từ mục
đặc tính hóa, EG@MFe2O4 được chứng minh là có chứa nhiều loại nhóm
chức năng bao gồm (axit cacboxylic, lactone, phenol và các nhóm bazơ),
trong khi chúng không thể tìm thấy trong MFe2O4 (bảng 3.6). Trong quá
trình hấp phụ, sự hiện diện của các nhóm chức có thể góp phần vào sự
tương tác với các phân tử CR (hình 3.27). Do đó, các phân tử CR đã được
bắt giữ trên bề mặt của EG@MFe2O4 tốt hơn trên bề mặt của MFe2O4.
Trong mục 3.3.2 đã cho thấy rằng dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm
CR của các loại vật liệu thay đổi khi thay đổi pH dung dịch, điều đó cho
thấy rằng đã có tương tác tĩnh điện mạnh và trao đổi ion xảy ra giữa vật
liệu EG@MFe2O4 và phân tử thuốc nhuộm CR. Đồng thời như chúng ta đã
biết, các phân tử CR được cấu thành từ các vòng thơm, amin (-NH2) và

15


imin (-N = N-) trong khi bốn nhóm chức được đề cập có chứa cả các nhóm
nhường hydro (nhóm -OH, -NH2, -C6H4OH) và các nhóm nhận hydro (CHO, N = N, -COO-). Do đó, loại liên kết hydro có thể được hình thành
giữa các phân tử CR và các nhóm chức, tăng cường hiệu quả hấp phụ.
Tương tác n-π (hoặc tương tác cho-nhận điện tử n-π), các nhóm chức
cacbonyl trên bề mặt EG@MFe2O4 đóng vai trò là các chất cho điện tử, và
các vòng thơm của thuốc nhuộm đóng vai trò là chất nhận điện tử. Phổ
FTIR của EG@MFe2O4 cho thấy vị trí đỉnh C-O thay đổi sau khi hấp phụ
(đỉnh ở vị trí 1383 cm-1 hình 3.25). Sự thay đổi vị trí đỉnh C-O sau khi hấp
phụ chứng tỏ xảy ra các tương tác n-π .
Ngoài ra, EG@MFe2O4 được bọc lớp EG bên ngoài. EG là nguồn
carbonat chứa rất nhiều vòng thơm trong cấu trúc. Kết quả là, tương tác ππ có thể được hình thành giữa các vòng thơm của các phân tử CR và các
lớp EG của vật liệu EG @ MFe2O4, dẫn đến cải thiện khả năng hấp phụ.

Hình 3.4. Cơ chế hấp phụ CR của EG@MFe2O4 (M=Co, Ni và Mn)

16


Sự hấp phụ của CR so với MFe2O4 vẫn xảy ra có thể là do sự tồn tại
của các lực yếu bao gồm cầu oxy-oxy kim loại và van der Waals. Nghiên
cứu này đã chỉ ra rằng các nguyên tử giàu electron như oxy có thể tương
tác với vị trí kim loại/oxit để tạo thành một cây cầu trung gian có tên là
oxy oxy-kim loại. Do các loại lực này yếu, nên sự hấp phụ CR của
MFe2O4 là không đáng kể.
3.4 . Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ thuốc nhuộm congo red của
vật liệu EG và EG@MFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt
3.4.1. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật

liệu EG
Kết quả phù hợp tốt với giá trị dự đoán, cho thấy độ tin cậy của mô hình
được đề xuất (bảng 3.11).
Bảng 3.11. Bảng kết quả hấp phụ CR sử dụng các điều kiện tối ưu trên
DX11
Vật
liệu

pH
(-)

Nồng
độ

Thời
gian

(mg/L)

(phút)

Khả năng hấp phụ
(mg/g)
Dự
đoán

EG

5

45

190

Thực
tế

Kỳ vọng

Sai
số

67,18 66,62 0,56

1,00

3.4.2. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật
liệu vật liệu EG@MFe2O4
3.4.2.1. Kết quả tối ưu hóa vật liệu EG@CoFe2O4
Kết quả phù hợp tốt với giá trị dự đoán, cho thấy độ tin cậy của mô hình
được đề xuất (bảng 3.15).

17


Bảng 3.15. Bảng kết quả hấp phụ CR sử dụng các điều kiện tối ưu trên
DX11

Vật liệu

Khả năng hấp phụ
(mg/g)
Kỳ
Dự Thực Sai vọng
đoán
tế
số
88,60 87,46 1,14 1,00
41,89 42,95 1,06 1,00

Nồng Thời
pH
độ
gian
(-)
(mg/L) (phút)

EG@CoFe2O4 6,05 58,20
CoFe2O4
4,1 60,58

189
186

3.4.2.2. Kết quả khảo sát vật liệu EG@NiFe2O4
Kết quả phù hợp tốt với giá trị dự đoán, cho thấy độ tin cậy của mô hình
được đề xuất (bảng 3.19).
Bảng 3.19. Bảng kết quả hấp phụ CR sử dụng các điều kiện tối ưu trên
DX11

Vật liệu

Nồng Thời
pH
độ
gian
(-)
(mg/L) (phút)

EG@NiFe2O4 6,2 48,25
NiFe2O4
4,0 52,7

179
188

Khả năng hấp phụ
(mg/g)
Kỳ
Dự Thực Sai vọng
đoán
tế
số
87,85 86,90 0,95 1,00
38,16 37,01 1,15 1,00

3.4.2.3. Khảo sát vật liệu EG@MnFe2O4
Kết quả phù hợp tốt với giá trị dự đoán, cho thấy độ tin cậy của mô hình
được đề xuất (bảng 3.23).
Bảng 3.23. Bảng kết quả hấp phụ CR sử dụng các điều kiện tối ưu trên

DX11

Vật liệu

Nồng Thời
pH
độ
gian
(-)
(mg/L) (phút)
18

Khả năng hấp
phụ (mg/g)
Kỳ
Dự Thực Sai vọng
đoán tế số


EG@MnFe2O4 5,7
MnFe2O4
6,0

57,7
62,0

181
182

60,6 62,0 1,4 1,00

10,4 11,1 0,7 1,00

3.5. Kết quả động học, nhiệt động học, đẳng nhiệt hấp phụ
3.5.1. Kết quả khảo sát vật liệu EG@CoFe2O4
3.5.1.1. Kết quả động học hấp phụ
Có thể sử dụng mô hình động học bậc hai để dự đoán động học hấp
phụ bởi vì nó cho R2 (0,99) tốt hơn mô hình động học bậc một (0,83) và Q2
của vật liệu EG@CoFe2O4 có giá trị (38,18 - 99,01 mg/L) lớn hơn so với
giá trị Q2 của vật liệu CoFe2O4 (30,08 - 48,22 mg/L) chứng tỏ khả năng hấp
phụ màu congo red của vật liệu EG@CoFe2O4 tốt hơn so với vật liệu
CoFe2O4.
3.5.1.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ
Từ phương trình Van’t Hoff với R2=0,84, các hằng số nhiệt động
enthanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs được xác định, các giá trị
dương của H cho thấy quá trình hấp phụ là quá trình thu nhiệt và giá trị
dương của S cho thấy ái lực tốt giữa cơ chất CR và chất hấp phụ
EG@CoFe2O4. Trong khi đó, giá trị âm của G tại các nhiệt độ khác nhau
chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là quá trình tự xảy ra.
3.5.1.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ
Hệ số hồi quy (R2) của mô hình Langmuir đạt được lớn nhất
(R2=0,99) cho thấy mô hình có tính tương thích cao với các kết quả thực
nghiệm. Trong đó, sự mô tả cho các quá trình hấp phụ bởi các mô hình hấp
phụ được sắp xếp theo thứ tự sau: Langmuir > Freundlich > Temkin > RD. hệ số Langmuir đặc trưng RL nhỏ hơn 1.0 chỉ ra rằng quá trình hấp phụ
là thuận lợi. Hơn nữa, điều này cho thấy sự hấp phụ xảy ra chủ yếu là hấp
phụ đơn lớp.
3.5.2. Kết quả khảo sát vật liệu EG@NiFe2O4
3.5.2.1. Kết quả động học hấp phụ
19

Có thể sử dụng mô hình động học bậc hai để dự đoán động học hấp
phụ Q2 của vật liệu EG@NiFe2O4 (37,85 - 93,11) cao hơn so với Q2 của
vật liệu NiFe2O4 (28,48 - 44,36) điều đó cho thấy khả năng hấp phụ màu
congo red của vật liệu EG@NiFe2O4 cao hơn so với vật liệu NiFe2O4.
3.5.2.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ
Từ phương trình Vant Hoff với R2 > 0.9, các hằng số nhiệt động
enthanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs được xác định, các giá trị
dương của H (H >0) cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ là rất quan trọng
và quá trình hấp phụ là quá trình thu nhiệt, giá trị dương của S (S>0)
cho thấy ái lực tốt giữa cơ chất CR và chất hấp phụ EG@NiFe2O4. Trong
khi đó, G<0 tại các nhiệt độ khác nhau chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là
quá trình tự xảy ra.
3.5.2.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ
Hệ số hồi quy (R2) đạt được từ phương trình Langmuir là lớn nhất
(R2>0,96) cho thấy mô hình có tính tương thích cao với các kết quả thực
nghiệm. Trong đó, sự mô tả cho các quá trình hấp phụ bởi các mô hình hấp
phụ được sắp xếp theo thứ tự sau: Langmuir > Freundlich > Temkin > RD. hệ số Langmuir đặc trưng RL nhỏ hơn 1.0 chỉ ra rằng quá trình hấp phụ
là thuận lợi. Hơn nữa, điều này cho thấy sự hấp phụ xảy ra chủ yếu là hấp
phụ đơn lớp.
3.5.3. Kết quả khảo sát vật liệu EG@MnFe2O4
3.5.3.1. Kết quả động học hấp phụ
Có thể sử dụng mô hình động học bậc hai để dự đoán động học hấp
phụ bởi vì giá trị (R2=0,99) tốt hơn mô hình động học bậc một và Q2 của
vật liệu EG@MnFe2O4 (29,61 - 57,54) cũng cao hơn so với Q2 của vật liệu
MnFe2O4 (6,34 -18,19) điều đó cho thấy khả năng hấp phụ màu congo red
của vật liệu EG@NiFe2O4 cao hơn so với vật liệu NiFe2O4.
20


3.5.3.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ

Từ phương trình Vant Hoff với R2 > 0.9, các hằng số nhiệt động
enthanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs được xác định. Kết quả thể
hiện trong bảng 3.36 cho thấy, giá trị (H>0) cho thấy quá trình hấp phụ là
quá trình thu nhiệt và (S>0) chứng tỏ có ái lực tốt giữa cơ chất CR và
chất hấp phụ EG@MnFe2O4. Trong khi đó, (G<0) tại các nhiệt độ khác
nhau chứng tỏ quá trình hấp phụ là quá trình tự xảy ra.
3.5.3.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ
Hệ số hồi quy (R2) của mô hình Langmuir lớn nhất (R2>0,95) cho
thấy mô hình có tính tương thích cao với các kết quả thực nghiệm. Trong
đó, sự mô tả cho các quá trình hấp phụ bởi các mô hình hấp phụ được sắp
xếp theo thứ tự sau: Langmuir > Freundlich > Temkin > R-D. Trong đó có
thể sử dụng mô hình Langmuir để mô tả cho sự hấp phụ CR bởi
EG@MnFe2O4 và MnFe2O4 mặt khác, hệ số Langmuir đặc trưng RL nhỏ
hơn 1.0 chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là thuận lợi. Đồng thời điều này cho
thấy sự hấp phụ xảy ra chủ yếu là hấp phụ đơn lớp.
3.6. Khả năng tái sử dụng
Trong chu kỳ đầu tiên, tỉ lệ phân hủy CR của mẫu EG@MFe2O4 là
100%, sau đó giảm nhanh và chỉ thu được 8,38 %, 13,29 % và 9,46 %
tương ứng với EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4 và EG@MnFe2O4 trong lần
thí nghiệm thứ 5. Qua kết quả phân tích trên cho thấy, vật liệu có khả năng
tái sử dụng ít nhất bốn lần.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Nghiên cứu đã thực hiện được các nội dung như sau.
-

Nghiên cứu đã điều chế thành công vật liệu EG với sự hỗ trợ của vi sóng với

các điều kiện như sau: tỉ lệ xen chèn thể tích H2O2/H2SO4 là 1,4/20, thời gian xen
21

chèn 100 phút, giá trị pH3, công suất và thời gian vi sóng tương ứng là 720 W và 30
giây.
-

Nghiên cứu đã điều chế thành công 03 loại vật liệu EG@CoFe2O4,

EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4 bằng phương pháp sol-gel; trong đó điển hình vật liệu
EG@MnFe2O4 có kích thước lỗ xốp tương đối lớn (33 m2/g) và có độ từ hóa khá cao
(EG@CoFe2O4 =32 emu/g), vì vậy, vật liệu thuận lợi cho quá trình hấp phụ và khả
năng thu hồi vật liệu sau hấp phụ cũng như tái sử dụng.
-

Tối ưu hóa được điều kiện hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4 (M=Co,

Ni, Mn) bằng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM), trong đó điều kiện tối ưng đới với
vật liệu EG@CoFe2O4: pH6,05, nồng độ 58,2 (mg/L), thời gian 189 phút và khả năng
hấp phụ CR của vật liệu là 87,46 mg/g; vật liệu EG@NiFe2O4: pH6,2, nồng độ 48,25
(mg/L), thời gian 179 phút và khả năng hấp phụ CR của vật liệu là 86,90 mg/g; vật
liệu EG@MnFe2O4: pH5,7, nồng độ 57,7 (mg/L), thời gian 181 phút và khả năng hấp
phụ CR của vật liệu là 62 mg/g.
-

Khảo sát được quá trình động học: động học hấp phụ của vật liệu EG@MFe2O4

tuân theo mô hình động học bậc hai, tốc độ hấp phụ có thể được kiểm soát bởi sự hấp
phụ hóa học thông qua cơ chế trao đổi ion giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ bằng
các liên kết hấp phụ hóa học.
-

Khảo sát quá trình nhiệt học: quá trình hấp phụ màu của vật liệu EG@MFe2O4

là quá trình thu nhiệt ( H>0), có ái lực tốt giữa cơ chất CR và chất hấp phụ
EG@MFe2O4 ( S>0), đồng thời quá trình hấp phụ là quá trình tự xảy ra ( G<0).
-

Đẳng nhiệt hấp phụ của vật liệu EG@MFe2O4 theo mô hình Langmuir. Quá

trình hấp phụ là thuận lợi (0ra chủ yếu là hấp phụ đơn lớp.
-

Đánh giá được khả năng tái sử dụng của vật liệu EG@MFe2O4 trong việc hấp

phụ màu: vật liệu EG@MFe2O4 khá ổn định sau mỗi lần chạy thử nghiệm. Vật liệu có
thể tái sử dụng ít nhất 4 lần.

22


-

Về cơ chế hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4 chủ yếu là do các loại

nhóm chức trên bề mặt của vật liệu tương tác các lực liên kết lên các thành phần cấu
tạo của phân tử CR dẫn đến cải thiện khả năng hấp phụ.

Kiến nghị
Để kết quả tổng hợp vật liệu từ tính EG@MFe2O4 (M = Co, Mn, Ni)

có thể được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm môi trường,
nghiên cứu cần tiếp tục nghiên cứu khả năng hấp phụ ô nhiễm nước chứa
chất màu độc tính cao khác như rhodamine B, orange G, methyl red. Ngoài
ra, có thể kết hợp với các doanh nghiệp để xây dựng mô hình sản xuất
nano từ tính EG@MFe2O4 theo quy mô lớn.
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Luận án đã tổng hợp thành công 03 vật liệu graphit tróc nở mang từ
tính (EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4) bằng phương pháp
sol-gel, đây là các vật liệu được chế tạo dựa trên nguồn graphit dạng vảy
của Việt Nam với loại hình vật liệu xử lý môi trường nước bị nhiễm thuốc
nhuộm và bị nhiễm dầu.
2. Luận án đã xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ về các tính chất
đặc trưng của vật liệu Graphit tróc nở (EG) và Graphit tróc nở mang từ
tính (EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4) bằng các phương
pháp phân tích công cụ hiện đại: SEM, XRD, EDS, FT-IR, XPS, VSM,
BET.
3. Luận án đã đánh giá, so sánh, và xây dựng được mô hình tối ưu hóa
khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Congo red của 07 loại vật liệu EG,
CoFe2O4,
NiFe2O4,
MnFe2O4,
EG@CoFe2O4,
EG@CoFe2O4,
EG@MnFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM).
4. Luận án đã phân tích và đề xuất được các mô hình động học hấp phụ,
nhiệt động học hấp phụ, quá trình đẳng nhiệt hấp phụ, và đánh giá khả
năng tái sử dụng của 03 loại vật liệu EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4,
EG@MnFe2O4, đồng thời cũng đã giải thích được cơ chế hấp phụ màu
Congo red của vật liệu graphit tróc nở mang từ tính.
23