Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT 
KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƯỜNG 
NƯỚC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số:  60440120

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. CHU XUÂN QUANG
2.  PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG


Hà Nội – 2015

Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Chu Xuân Quang
2.  PGS.TS. Đỗ Quang Trung

Phản biện 1: TS Phương Thảo 
Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Khắc Uẩn

Luận văn được bảo vệ  trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp  
thạc   sĩ   họp   tại   Khoa   Hoá   học   Trường   Đại   học   Khoa   học   Tự   nhiên,  
ĐHQGN vào 13h30 ngày 11 tháng 01 năm 2016. 


Có thể tìm hiểu luận văn tại:
­ Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội.


MỞ ĐẦU
Hiện nay, trước sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước về kinh tế và 
xã  hội,  đặc  biệt  là  sự  phát  triển  mạnh  mẽ  của  các  ngành  công  nghiệp  đã ảnh 
hưởng  rất  lớn  đến  môi  trường  sống  của  con  người.  Bên  cạnh  sự  lớn  mạnh của 
nền kinh tế đất nước là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và  sự 
ô  nhiễm  môi  trường  đang  ở  mức  báo  động.  Một  trong  những  ngành   công 
nghiệp  gây  ô  nhiễm  môi  trường  lớn  là  ngành  dệt  nhuộm.  Bên  cạnh  các công  ty, 
nhà  máy  còn  có  hàng  ngàn  cơ  sở  nhỏ  lẻ  từ  các  làng  nghề  truyền thống. Với 
quy mô sản xuất nhỏ, lẻ  nên lượng nước thải sau sản xuất hầu như  không được 
xử  lý,  mà  được  thải  trực  tiếp  ra  hệ  thống  cống  rãnh  và  đổ  thẳng  xuống  hồ  ao, 
sông,  ngòi  gây  ô  nhiễm  nghiêm  trọng  tầng  nước  mặt,  mạch  nước  ngầm  và ảnh 
hưởng lớn đến sức khỏe con người.
Với  dây  chuyền  công  nghệ  phức  tạp,  bao  gồm  nhiều  công  đoạn  sản  xuất 
khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ 
độc  hại,  đặc  biệt  là  các  công  đoạn  tẩy  trắng  và  nhuộm  màu.  Việc  tẩy, nhuộm 
vải  bằng  các  loại  thuốc  nhuộm  khác  nhau  như  thuốc  nhuộm  hoạt  tính,  thuốc 
nhuộm  trực  tiếp,  thuốc  nhuộm  hoàn  nguyên,  thuốc  nhuộm  phân  tán…  khiến  cho 
lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền 
màu...)  [7,8]. Bên  cạnh  những  lợi ích của  chất tạo  màu  họ azo trong công nghiệp 
nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ khi mà các chất này được thải ra môi trường. 

Gần  đây,  các  nhà nghiên cứu  đã  phát  hiện  ra  tính  độc  hại  và  nguy  hiểm của  hợp 
chất  họ  azo  đối  với  môi  trường  sinh  thái  và  con  người,  đặc  biệt  là  loại  thuốc 
nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [19,30].
Với mục đích hiểu rõ hơn về đặc điểm quá trình xử  lý các hợp chất hữu cơ 
độc  hại,  đặc  biệt  là  hợp  chất  tạo  màu  họ  azo  bằng  vật liệu hấp phụ có từ tính, 
qua đó xác định được điều kiện thích hợp để  xử lý nước thải dệt nhuộm thực  tế 
nên đề tài luận văn  “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách  
loại phẩm màu azo trong môi trường nước ” đã được thực hiện.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
1.1.1. Khái quát về chitosan
Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương  
thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc 
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như  là một loại vật liệu mới có ứng dụng  
đặ biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực  
phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ... 
Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –  
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14­35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,  
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo 
Chitosan  và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả 
năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và  
gia súc, có khả  năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II),  
Cu(II)... do vậy chúng được  ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử  lý  
nước thải và bảo vệ  môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp,  

công nghệ sinh học....

5


Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử  có 
khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Co(II).... trong  
môi trường nước. Vì vậy chitosan đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất  
khác để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.
1.1.2. Tính chất của chitosan
­ Không độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả  năng phân hủy sinh học  
nên không gây dị   ứng và không gây phản  ứng phụ, không gây tác hại đến môi 
trường.
­ Cấu trúc ổn định
­ Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH<6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao  
hơn, hóa tím trong dung dịch iot.
­ Có tính kháng khuẩn tốt.
­ Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo thời  
gian do phản  ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử  giảm thì hoạt tính  
kháng khuẩn  và kháng nấm không bị giảm đi.
­ Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.
­ Ở pH<6,3, chitosan có tính điện dương cao.
­ Trong phân tử chitosan  có chứa nhóm –OH, ­NHCOCH 3 trong các mắt xích 
N­acetyl­D­glucosaminc có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là amide.  
Phản  ứng hóa học có thể  xảy ra  ở  vị  trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế  O­, dẫn 
xuất thế N­.
1.2. Oxit sắt từ
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4
Oxit sắt từ  có công thức Fe3O4 là vật liệu từ  tính đầu tiên mà con người biết 
đến. Từ thế kỷ IV người Trung quốc đã biết rằng Fe 3O4 tìm thấy trong các khoáng 

vật tự  nhiên có khả  năng định hướng theo phương Bắc ­ Nam địa lý. Đến thế  kỷ 
XII, họ  đã sử  dụng vật liệu Fe3O4  là  la bàn, một công cụ  giúp xác định phương 
hướng rất có ích. Trong tự  nhiên, oxit sắt từ  không những được tìm thấy trong  
khoáng vật mà nó còn được tìm thấy trong cơ  thể  các sinh vật như  ong, kiến, bồ 
câu…Chính sự  có mặt của Fe3O4  trong cơ  thể những sinh vật đã tạo nên khả  năng 
xác định phương hướng mang tính bẩm sinh của chúng.
6


Trong phân loại vật liệu từ  Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có công 
thức tổng quát MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị  II như : Fe, Ni, 
Co, Mn, Mg hoặc Cu)

                                    
Hinh Hình 1.2 : Cấu trúc spinel của Fe3O4
Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ ( µβ là magneton bohr nguyên 
tử, µβ = 9,274.10­24 J/T trong hệ SI)
1.2.2. Tính chất 
Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể  với các tương đồng khoáng chất  
khác nhau.  VD: goc­thie có cấu trúc giống với diaspore (  α­ALOOH), quặng sắt từ 
giống với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp 
của các ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các 
ion âm.
Bất cứ  vật liệu nào đều có sự   ảnh hưởng với từ  trường ngoài (H), thể  hiện  
bằng độ từ hóa ( từ độ ­ M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào 
giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C < 
0 (~10­6) được gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có C > 0 (~10­6) được gọi là vật 
liệu thuận từ. Vật liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ.
Ngoài độ  cảm từ, một số  thông số  khác cũng rất quan trọng trong việc xác  
định tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa Ms ( từ độ đạt cực đại tại từ trường 

lớn), cảm ứng từ dư Br ( từ độ còn dư sau khi từ hóa đến độ bão hòa và đưa mẫu ra  
khỏi từ trường), lực kháng từ Hc ( từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt  
trạng thái bão hòa từ, bị khử từ).
7


1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải
Trong phương pháp hấp phụ để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước  
thải thường sử dụng kỹ thuật hấp phụ tầng cố định với các cột có đường kính từ 
0,1 đến 1,5 m và chiều cao có thể lên đến hơn 10 m. Các cột thường được nhồi các 
vật liệu như than hoạt tính, zeolit...Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi  
đi qua vật liệu hấp phụ  các chất ô nhiễm bị  giữ  lại, nước sạch được xử  lí đi ra  
ngoài. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là thời gian tái sinh vật liệu hấp  
phụ lâu, quá trình vận hành hay bị hiện tượng tắc cột phải nạp lại, tốn về thời gian  
và kinh phí. Đối với kĩ thuật hấp phụ  tầng động, nhiều trường hợp quá trình lắng  
kéo dài làm ảnh hưởng đến tốc độ xử lí nước thải. Để khắc phục nhược điểm này, 
nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu chế  tạo nhựa trao đổi ion có từ  tính và nghiên 
cứu ứng dụng trong xử lí nước thải [31,32]. Khi có tác dụng của từ trường các vật  
liệu hấp phụ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp huyền phù nhanh hơn do vậy làm tăng tốc độ 
quá trình xử lí và tái sinh vật liệu. Tuy nhiên, việc sử ụng vật liệu polyme tổng hợp  
có thể tạo ra các monome khó phân hủy, gây ô nhiễm thứ  cấp cho môi trường. Do 
đó, xu hướng xử dụng các loại polyme có sẵn trong thiên nhiên được các nhà khoa 
học rất quan tâm, trong đó chitosan là vật liệu được chú ý nhiều nhất do có cấu trúc 
và tính chất hóa lý đặc biệt, hoạt tính cao và khả năng lựa chọn rất tốt đối với các  
hợp chất và kim loại nặng. Chính vì thế, chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo ra vật  
liệu chitosan cố định các hạt Fe3O4 để xử lí nước thải dệt nhuộm.
1.4. Đặc tính và một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ  các công đoạn 
hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do  

quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm 
rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia,  
lượng nước được sử  dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ  yếu là  
từ  các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể  tính sơ  lược nhu  
cầu sử dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 ­65 lít và thải ra 10 ­40 lít 
nước [7,8]. 
8


Đối với con người, thuốc nhuộm có thể  gây ra các bệnh về  da, đường hô 
hấp, đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số  thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của  
chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 – amino – azo – 
benzen). Các nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm  
này nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị  trường do giá thành rẻ  và 
hiệu quả nhuộm màu cao .
1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu  cơ hoặc dạng phức của 
các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không 
còn  sử  dụng  nhiều  do  nước  thải  sau  khi  nhuộm  chứa  hàm  lượng  lớn các  kim 
loại  nặng  gây  ô  nhiễm  môi  trường  nghiêm  trọng.  Thuốc  nhuộm  dạng hữu  cơ 
mang màu hiện rất phổ biến trên thị trường.
1.4.3.  Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm
1.4.3.1.  Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp thông dụng để  xử  lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải 
dệt nhuộm có tính chất như  một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 
10­7 – 10­5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc. 
Quá trình lắng chỉ có thể  tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể 
tách được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan, vì những hạt rắn có kích 
thước quá nhỏ.Để  tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu  
phân nhỏ  thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử  các hạt keo đòi hỏi trước hết cần 

trung hòa điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau bằng các chất 
đông tụ. Các khối kết tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị sa lắng  
xuống, trong quá trình sa lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. 
Để  tăng tốc độ  keo tụ, tốc độ  sa lắng, tốc độ  nén ép các bông keo và đặc biệt để 
làm giảm lượng chất keo tụ có thể  dùng thêm các chất trợ  keo, chất này có vai trò 
liên kết giữa các hạt keo với nhau [1].
1.4.3.2.  Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOP
Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu 
trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị 
9


oxy hóa bởi các chất oxy hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị phân hủy bởi  
vi sinh vật.
Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa để  tạo ra các gốc  
tự  do như  OH•  có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu hết các hợp chất 
hữu cơ bền thành các sản phẩm bền vững như CO 2 và các axit vô cơ không gây khí 
thải.   Một   số   ví   dụ   về   phương   pháp   oxi   hóa   tăng   cường   như   Fenton,   Peroxon,  
catazon, quang fenton và quang xúc tác bán dẫn.
1.4.3.3.  Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ  là quá trình tụ  tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử  khí, hơi hoặc  
các phân tử, ion của chất tan lên bề  mặt phân chia giữa các pha. Bề  mặt phân chia 
pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy  
ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được hấp phụ trên bề mặt phân chia pha được  
gọi là chất bị  hấp phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ  gọi là quá trình giải hấp  
phụ hay nhả hấp phụ.
Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong 
nước, được sử  dụng rộng rãi trong kỹ  thuật xử  lý nước thải nhờ  có các  ưu điểm  
sau:
Có khả  năng làm sạch nước  ở  mức độ  cao, đáp  ứng nhiều cấp độ  chất  

lượng.
Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp.
Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên  
chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao.
Vật liệu  ứng dụng trong phương pháp hấp phụ  rất đa dạng : than hoạt tính,  
zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn  
lọc riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn.
1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo
1.5.1. Đặc điểm cấu tạo
Hợp  chất  azo  là  những  hợp  chất  màu  tổng  hợp  có  chứa nhóm azo  ­  N= N­. 
Hầu hết các loại hợp chất màu azo chỉ chứa một nhóm azo (gọi là monoazo), một 
số  ít  chứa  hai  nhóm  hoặc  nhiều  hơn.  Hợp  chất  azo  thường  có chứa  một  vòng 
10


thơm  liên  kết  với  nhóm  azo  và  nối  với  một  naphtalen  hay vòng benzen thứ hai. 
Sự  khác  nhau  giữa  các  hợp  chất  azo  chủ  yếu  ở  vòng thơm,  các  nhóm quanh  liên 
kết  azo giúp  ổn định  nhóm –N =  N –  bởi  chính những nhóm này tạo nên  một  hệ 
thống  chuyển  động,  là  yếu  tố  quan  trọng  ảnh  hưởng  tới  màu  sắc  của  hợp  chất 
azo.  Khi  hệ  thống  chuyển  vị  và  phân  chia  sẽ  xảy  ra  hiện  tượng hấp thụ  thường 
xuyên ánh sáng ở vùng khả kiến [12,13].
1.5.2. Tính chất
Hợp  chất  màu  azo  bền  hơn  tất  cả  các  phẩm  màu  thực  phẩm tự  nhiên. Đặc 
biệt, phẩm màu azo bền trong phạm vi pH khá rộng của thực phẩm, bền với nhiệt 
khi  phơi dưới  ánh sáng  và oxy, rất khó bị  phân  hủy bởi các vi sinh vật. Chính vì 
vậy,  các  hợp  chất  màu  azo  được  ứng  dụng  phổ  biến  trong  nhiều  ngành  công 
nghiệp  (thực  phẩm,  in,  nhuộm...)  [2,21]. 

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp vật liệu có từ  tính Chitosan/Fe 3O4  nhằm 
đánh giá hiệu quả xử lí phẩm màu azo có trong nước thải dệt nhuộm. Để thực hiện  
được mục tiêu này nội dung nghiên cứu được thực hiện như sau:
­ Tổng hợp Chitosan/ Fe3O4  ở các điều kiện nồng độ  và thời gian phản  ứng 
khác nhau.
­ Khảo sát và đánh giá khả năng sử dụng chitosan thương mại và oxit sắt từ 
thương mại.
­ Khảo sát và đánh giá bề  mặt vật liệu và khả  năng hấp phụ  hai loại phẩm  
màu azo.
2.2. Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu
2.2.1 Hóa chất và Vật liệu nghiên cứu
­ Dung dịch Alizrin vàng G 1000 mg/l : Cân chính xác 1,0 gam Alizarin vàng G  
vào cốc 250 ml chứa nước cất, đun nóng  ở  400C, để  nguội, định mức bằng nước 
cất đến 1000 ml. Các dung dịch có nồng độ  khác sử  dụng trong thực nghiệm sẽ 
được pha loãng trực tiếp từ dung dịch này.

11


­Dung dịch Methyl đỏ 1000 mg/l : Cân chính xác 0,1 gam Methyl đỏ  vào cốc 
500 ml nước cất, đun cách thuỷ   ở  400C, để  nguội, định mức bằng nước cất đến 
1000 ml. Các dung dịch có nồng độ  khác sử  dụng trong thực nghiệm sẽ  được pha 
loãng trực tiếp từ dung dịch này.
­ Dung dịch HCl, NaOH, CH3COOH, glutaralđehyt.
­ Các dung dịch muối clorua, các dung dich muối natri.
2.2.2. Thiết bị
­ Máy trắc quang UV­Vis THERMO ELECTRON COVPORATION
­ Điện cực đo pH THERMO SCIENTIFIC
­ Máy đo độ đục (HI 98703)
­ Máy phân tích đa chỉ tiêu (DR600)

­ Cân phân tích HR200 – SHIMMADZU
­ Bộ máy khuấy Jar tester 
­ Tủ sấy MENMERT ­ Đức
­ Máy khuấy từ MSH 20 D/MS – MP4
­ Máy hút chân không LAB LABOPORT
2.3. Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong 
dung dịch
Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, xác định hàm lượng phẩm màu còn lại 
sau quá trình hấp phụ của chitosan, Fe3O4 và các vật liệu chúng tôi khảo sát lại khả 
năng hấp thụ ánh sáng của 2 loại phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) ở các pH  
khác nhau. 
Chuẩn bị các dung dịch phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) có nồng độ 5 
mg/l trong các pH khác nhau(2, 4, 6, 8, 10). Khảo sát độ hấp thụ ánh sáng trong 
khoảng bước sóng từ 200 – 800 nm. Tìm khoảng bước sóng tối đa và ổn định, khảo 
sát tiếp với khoảng cách 2nm để tìm bước sóng tối ưu. Các kết quả được thể hiện 
trên hình 2.1, 2.2 :
Hình Hình 2.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH
Hình  Hình 2.2. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng G vào pH
12


Từ  các số  liệu biểu diễn trên đồ  thị  cho thấy độ  hấp thụ  quang của các 
phẩm màu ổn định và đạt cực đại tại : bước sóng 524 nm tại pH của dung dịch là 4 
đối với Methyl đỏ, bước sóng 352 nm tại pH của dung dịch là 7 đối với Alizarin 
vàng G. Trên cơ  sở này chúng tôi xây dựng đường chuẩn đối với từng phẩm màu.  
Kết quả được thể hiện trên bảng 2.1, 2.2 và hình 2.3, 2.4.
Bảng Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ
C (mg/L)
Abs

2
0,045

4
0,08

6
0,12

8
0,15

10
0,19

20
0,37

40
0,74

60
1,1

80
1,56

Hình Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ
Bảng Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Alizarin vàng G
C (mg/l)

Abs

10
0,065

20
0,14

30
0,192

40
0,256

60
0,383

80
0,490

Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng G

13

100
0,637


CHƯƠNG 3 ­ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu

3.1.1. Hình thái học của vật liệu
 

Vật liệu Fe3O4, FMM­C11, FMM­C21 và FMM­C31 được chọn lựa để  so 

sánh hình thái  bề mặt. Kết quả được thể hiện trên hình 3.1.

Hình 3.1: Kết quả chụp SEM của vật liệu a. Fe 3O4; b. FMM-C11; c. FMM-C21; d. FMM-C31

Từ  kết quả  chụp SEM của vật liệu Fe 3O4, ta thấy Fe3O4  tồn tại dưới dạng 
hình cầu và phân bố không đồng đều. 
Kết quả chụp SEM của các mẫu vật liệu FMM­C11, FMM­C21, FMM­C31 có 
thể  thấy các hạt Fe3O4  đã được tổ  hợp vào trong cấu trúc mạng chitosan polime,  
phân bố đồng đều trên bề mặt vật liệu.
3.1.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại
Cấu trúc  của  vật liệu  chitosan,  FMM­C11, FMM­C21  và  FMM­C31  được  
phân tích qua phổ hồng ngoại IR. Kết quả được thể hiện trong hình 3.2.

Hinh Hình 3.2: Phổ IR của vật liệu a. Chitosan, b. FMM­C11, c. FMM­C21, d.  
FMM­C31

14


    Với kết quả phổ IR của vật liệu, ta thấy xuất hiện pic hình a,b,c,d lần lượt  
ở 3411; 3427; 3413; 3399 cm­1 với chân pic rộng đặc trưng cho dao động của liên kết  
O­H. Pic  ở  1644 và 1379; 1633 và 1416; 1633 và 1376; 1645 và 1376 cm­1 đặc trưng 
cho dao động của liên kết C=O và N­H. Pic ở 1086; 1061; 1068; 1067 cm­1 đặc trưng 
cho dao động liên kết C­O trong (O­C­O). Ở hình b,c,d có pic ở 572; 580; 579 cm ­1 là 
pic đặc trưng cho dao động của liên kết Fe­O.

Từ kết quả chụp phổ IR cho thấy, ta đã tổ hợp được vật liệu chitosan/ oxit sắt  
từ.
3.1.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X

 Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMM­C11;  
d. FMM­C21; e. FMM­C31
Từ  giản đồ  trên, ta thấy vật liệu chitosan tồn tại dưới dạng vô định hình. 
Các vật liệu còn lại tồn tại dưới dạng tinh thể, có thành phần phần trăm Fe3O4 lần 
lượt là 90%; 65%; 68% và 70%.
3.1.4. Xác định  đường cong từ hóa và từ độ bão hòa
Các mẫu vật liệu Fe3O4, FMM­C11, FMM­C21 và FMM­C31 đã được phân tích 
bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Các kết quả được thể hiện trong hinh 3.4.

Hình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d. FMM-C31

15


Từ  kết quả  chụp phổ  cho thấy từ  độ  bão hòa của các vật liệu Fe 3O4, FMM­
C11, FMM­C21 và FMM­C31 lần lượt là 72; 37.8; 24; 16 emu/g.
Khi từ  độ  bão hòa thấp, vật liệu sẽ  khó lắng, khi từ  độ  bão hào cao cần sử 
dụng lực khuấy lớn để phân tán các hạt trong môi trường nước. Do đó, từ độ  thích 
hợp nằm trong khoảng 10­20 emu/g. Do đó, chúng tôi chọn vật liệu FMM­C31 làm 
vật liệu hấp phụ.  
3.1.5. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu

Hinh Hình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a. FMM-C11; b. FMM-C21; c. FMM-C31.

Diện tích bề mặt riêng vật liệu FMM­C11, FMM­C21và FMM­C31 lần lượt là 
3,89; 0,645; 0,081 m2/g. 

Dễ nhận thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ (với thang p/po tuyến tính) của vật 
liệu có dạng giống với kiểu IV theo IUPAC. 
Điều này cho phép dự đoán tất cả các vật liệu nghiên cứu trên thuộc loại vật 
liệu có kích thước mao quản trung bình.
3.1.6. Đánh giá khả năng lắng của vật liệu
Cân 5 g vật liệu, cho vào ống đong hình trụ 150 ml nước cất, lắc đều. Sau các 
khoảng thời gian định trước thì lấy 10 ml mẫu  ở  khoảng giữa dung dịch để  đo độ 
đục và xác định độ lắng. Lặp lại thí nghiệm cho đến khi vật liệu gần như lắng hết. 
Làm thí nghiệm lần lượt với các vật liệu .
Kết quả được biểu diễn ở bảng 3.2 và hình 3.6.
Bảng Bảng 3.2. Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu
Thời gian 
FMM11
(phút)
0
548
1
282
5
90,3
10
45,4
15
32,5
20
23,5
16

FMM21

FMM31

108
34,8
13,3
7,2
6,04
5,15

132
34,9
9,02
6,71
6,03
5,9

Chitosan 
thô
968
508
264
180
166
155

Chitosan 
oligome
864
524
486

466
451
425

Chitosan 
polime
1410
336
235
177
169
152


30
60

12,8
3,95

3,31
1,75

4,86
3,36

123
77

408

359

91,9
43,4

                                                             Thời gian lắng (phút)
Hinh Hình 3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệu
Từ những kết quả trên, ta có thể kết luận được vật liệu FMM­C31 có độ  đục  
thấp và thời gian lắng nhanh. 
3.1.7. So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 500  
mg/L lần lượt trong 3 bình tam giác với 3 loại vật liệu là FMM­C11, FMM­21 và 
FMM­C31 trong vòng 180 phút. Giữ  nguyên pH, đo và ghi lại giá trị  pH. Lấy một  
lượng mẫu nhất định đem đi lọc,  đo độ hấp phụ quang.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.1
Bảng Bảng Bảng 3.1. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM­
C11, FMM­C21 và FMM­C31
FMM­C11
FMM­C21
FMM­C31
 

Co(mg/l)
500
500
500

Ct(mg/l)
322
129,6

42,4

Qt (mg/g)
17,8
37,04
45,76

Từ phương trình đường chuẩn, ta tính được nồng độ  alizarin vàng G còn lại 

lần lượt là 322 mg/L; 129,6 mg/L và 42,4 mg/L. Kết quả  trên cho thấy, vật liệu 
FMM­C31 có khả năng hấp phụ alizarin vàng G tốt nhất.
3.2.  Khảo sát một số điều kiện hấp phụ cơ bản sử dụng vật liệu 
chitosan/oxit sắt từ FMM­C31
Trên cơ  sở  thực nghiệm đã lựa chọn và biện luận trong mục 3.1. Chúng tôi 
tiến hành tổng hợp vật liệu với quy trình và cách tiến hành như  đã nêu  ở  trên và  
dùng vật liệu FMM­C31 để khảo sát khả năng  hấp phụ phẩm màu alizarin vàng G 
và metyl đỏ.

17


3.2.1. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật 
liệu hấp phụ FMM­C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM­C31 đối với phẩm  
màu metyl đỏ
Bảng Bảng 3.6. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM­C31 đối  
với phẩm màu metyl đỏ
T (phút)
0
15

30
60
90
120
180
240

Co (mg/L)
20
20
20
20
20
20
20
20

Ct (mg/L)
19,9
11,5
6,1
3,87
3,77
3,66
3,45
3,4

Qt (mg/g)
0,001
0,85

1,39
1,61
1,62
1,63
1,66
1,66

Hinh Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
Từ đồ thị hình ta thấy, đối với vật liệu FMM­C31 thời gian từ 0 đến 180 phút. 
Dung lượng hấp phụ metyl đỏ tăng dần, sau 180 phút dung lượng hấp phụ hầu như 
không đổi.
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ vủa vật liệu
pH
2
4
6
8
10

pH sau
2,36
6,41
7,54
7,79
8,17

Co(mg/L)
50
50

50
50
50

Ct(mg/L)
7,05
6,9
8,6
14,35
14,29

qt(mg/g)
4,29
4,31
4,1
3,56
3,57

Qua bảng cho thấy đối với metyl đỏ, pH sau khi xử lý đối với pH thấp có xu  
hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao động xung quanh 
pH = 7. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 4. Ở pH cao, hiệu suất xử 
lý độ màu thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM­C31
18


Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM­C314
Co(mg/L)
0
10

20
30
40
60

Ct(mg/L)
0
1,56
3,45
10,5
20,12
40,11

qt(mg/g)
0
0,84
1,65
1,95
1,99
1,99

Ct/qt
0
1,85
2,08
5,38
10,12
20,16

logCt

0
0,19
0,54
1,02
1,30
1,60

logqt
0
0
0,22
0,29
0,30
0,30

Hinh Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ
Từ  đồ  thị  ta tính được vật liệu FMM­C31 có dung lượng hấp phụ  metyl đỏ 
cực đại: qmax=1/0,4898= 2,04 (mg/g).
3.2.2. Tiến hành khảo sát khả  năng hấp phụ  alizarin vàng G của vật liệu  
FMM­C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ
Bảng Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G
T (phút)
0
15
30
60
90
120
180

240
360

Co (mg/L)
200
200
200
200
200
200
200
200
200

Ct (mg/L) Qt (mg/g)
197,43
0,26
188,71
1,13
176,54
2,35
149,67
5,03
140,21
5,98
125,23
7,48
113,7
8,63
113,7

8,63
113,7
8,63

Hinh Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của  
vật liệu
Từ  đồ thị  hình, cho ta thấy đối với vật liệu FMM­C31 thời gian từ 0 đến 180 
phút, dung lượng hấp phụ alizarin vàng G tăng dần, sau 180 phút thì dung lượng hấp  
phụ gần như không tăng.

19


b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật  
liệu FMM­C31.
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của  
vật liệu FMM­C31.
pH
2
4
6
8
10

pH sau
2,39
5,18
5,7
6,3
6,66

Co(mg/L)
500
500
500
500
500

Ct(mg/L)
40,28
147,28
190,28
397,44
418,86

qt(mg/g)
45,97
35,72
30,97
10,26
8,11

Qua bảng 3.4 nhận thấy: Đối với dung dịch alizarin vàng, pH sau khi xử lý đối  
với pH thấp có xu hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao  
động xung quanh pH = 6. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 2 .Ở pH  
cao, hiệu suất xử lý độ màu rất thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại.
Bảng 3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại của vật liệu  
FMM­C31
Co(mg/L)

0
100
200
400
600
800
1000

Ct(mg/L)
0
1,07
1,16
2
10,13
45,08
157,7

qt(mg/g)
0
9,89
19,88
39,8
58,99
75,49
84,23

Ct/qt
0
0,11
0,06

0,05
0,17
0,60
1,87

logCt
0
0,03
0,06
0,30
1,00
1,65
2,20

Logqt
0
0,99
1,30
1,60
1,77
1,88
1,92

Hinh Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của alizarin vàngG

KẾT LUẬN
Qua quá trình thực hiện đề  tài luận văn nghiên cứu ‘‘Tổng hợp vật liệu hấp  
phụ  có từ  tính và khảo sát khả  năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường  
nước”, tôi đã thu được những kết quả chính như sau:
20

­ Đã tổ  hợp được vật liệu Chitosan/Fe3O4 từ  3 loại chitosan thương mại có bán 
trên thị  trường Việt Nam (có độ  deaxetyl hóa và phân tử  lượng khác nhau) và oxit 
sắt từ thương mại. Vật liệu có từ tính và có khả năng hấp phụ phẩm màu trong môi 
trường nước. Vật liêu tổ  hợp từ  chitosan có độ  deaxetyl hóa cao và phân tử  lượng 
cao (chitosan polyme) là phù hợp nhất.
­ Đã sử dụng các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi  
điện tử quét (SEM), diện tích bề mặt riêng (BET) ... để xác định đặc trưng vật liệu. 
Kết quả cho thấy Fe 3O4 được phân tán tốt với chitosan, do đó vật liệu có khả  năng  
lắng tốt hơn vật liệu chitosan thông thường. Thời gian lắng để  đạt độ  đục thấp 
hơn 10 NTU là 1 phút.
­ Đã khảo sát điều kiện và tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM­
31 đối với phẩm màu azo ít tan trong nước là Methyl đỏ. Kết quả cho thấy thời gian  
đạt cân bằng hấp phụ  là 60 phút; khoảng pH phù hợp là pH = 2 ­ 6; tải trọng hấp  
phụ cực đại là 2 mg/g.
­ Đã khảo sát điều kiện và tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM­
31 đối với phẩm màu azo dễ  tan trong nước là Alizarin vàng G. Kết quả  cho thấy 
thời gian đạt cân bằng hấp phụ  là 180 phút; khoảng pH phù hợp là pH = 2 ­ 4; tải  
trọng hấp phụ cực đại là 86 mg/g.
Như  vậy, các kết quả  nghiên cứu cho thấy đã tổ  hợp được vật liệu hấp phụ 
có từ tính và khả năng ứng dụng khá tốt. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo cần đi  
sâu đánh giá, lí giải và khảo sát các yếu tố   ảnh hưởng đến cơ  chế  hấp phụ, khả 
năng tái sử dụng cũng như từng bước hoàn thiện điều kiện chế tạo vật liệu nhằm 
nâng cao hiệu quả hấp phụ của vật liệu.

21