Ứng dụng các phương pháp phân tích quang phổ nghiên cứu đặc tính và cơ chế hấp phụ thuốc nhuộm trên vật liệu đá ong biến tính

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

PHẠM THU THẢO

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VÀ CƠ CHẾ HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM
TRÊN VẬT LIỆU ĐÁ ONG BIẾN TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2018


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

PHẠM THU THẢO

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VÀ CƠ CHẾ HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM
TRÊN VẬT LIỆU ĐÁ ONG BIẾN TÍNH

Chuyên ngành : Hóa học phân tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM TIẾN ĐỨC

Hà Nội - 2018

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Tiến Đức đã
giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo để em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa phân tích, các anh,
chị, em và các bạn trong phòng thí nghiệm Hóa phân tích đã luôn nhiệt tình giúp đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Em cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và những ngƣời thân yêu đã tạo
điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2018
Học viên

Phạm Thu Thảo


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1.

Giới thiệu về thuốc nhuộm Rhodamine B .....................................................3

1.1.1.

Giới thiệu chung về thuốc nhuộm Rhodamine B ...................................3

1.1.2.

Ứng dụng của Rhodamine B ...................................................................3

1.1.3.

Tác hại của nguồn nƣớc nhiễm RhB.......................................................4

1.2.

Một số phƣơng pháp xác định Rhodamine B ................................................5

1.2.1.

Các phƣơng pháp phân tích quang phổ ..................................................5

1.2.2.

Phƣơng pháp điện hóa ............................................................................6

1.2.3.

Phƣơng pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)....................................7

1.3.

Các phƣơng pháp xử lý RhB .........................................................................8

1.3.1.

Phƣơng pháp phân hủy quang học ..........................................................8

1.3.2.

Phƣơng pháp oxi hóa điện hóa................................................................9

1.3.3.

Phƣơng pháp keo tụ ..............................................................................10

1.3.4.

Phƣơng pháp hấp phụ ...........................................................................10

1.4.

Lý thuyết về phƣơng pháp hấp phụ .............................................................12

1.4.1.

Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ ..................................................12

1.4.2.

Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ ...................................................13

1.4.3.

Động học hấp phụ .................................................................................16

1.5.

Giới thiệu về vật liệu đá ong .......................................................................17

1.6.

Chất hoạt động bề mặt .................................................................................19

CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................21
2.1.

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ................................................................21

2.1.1.

Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................21

2.1.2.

Nội dung nghiên cứu.............................................................................21

2.2.

Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................22

2.2.1.

Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis................................22


2.2.2.

Phƣơng pháp phổ huỳnh quang phân tử ...............................................23

2.2.3. Các phƣơng pháp đánh giá cấu trúc, thành phần, đặc tính bề mặt vật
liệu........ ................................................................................. ............................24
2.2.

Hóa chất, dụng cụ và thiết bị .......................................................................28

2.2.1.

Hóa chất ................................................................................................28

2.2.2.

Dụng cụ .................................................................................................28

2.2.3.

Thiết bị ..................................................................................................29

2.3.

Pha chế các dung dịch .................................................................................30

2.4. Biến tính vật liệu và hấp phụ thuốc nhuộm trên vật liệu đá ong tự nhiên và
đá ong biến tính......................................................................................................30
2.4.1.

Hấp phụ SDS trên vật liệu đá ong tự nhiên ..........................................30

2.4.2.

Hấp phụ thuốc nhuộm RhB ..................................................................32

2.4.3.

Phân tích RhB bằng phƣơng pháp phổ huỳnh quang phân tử ..............33

2.5.

Chuẩn bị các mẫu vật liệu đo phổ hồng ngoại FT-IR .................................34

2.6.

Tái sử dụng vật liệu .....................................................................................34

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................36
3.1. Xác định nồng độ của Rhodamine B bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ phân
tử UV-Vis ..............................................................................................................36
3.1.1.

Lựa chọn bƣớc sóng ..............................................................................36

3.1.2.

Xây dựng đƣờng chuẩn .........................................................................37

3.1.3.

Đánh giá phƣơng trình hồi quy của đƣờng chuẩn ................................38

3.1.4.

Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) .......................38

3.2.

Phân tích thành phần và cấu trúc vật liệu ....................................................40

3.2.1.

Phân tích thành phần vật liệu ................................................................40

3.2.2.

Phân tích nhóm chức hoạt động dựa vào phổ hồng ngoại ....................40

3.2.3.

Ảnh chụp bề mặt vật liệu ......................................................................43

3.2.4.

Đánh giá vật liệu dựa vào diện tích bề mặt...........................................45

3.2.5.

Xác định điện tích bề mặt của vật liệu ..................................................46

3.3.

Khảo sát khả năng hấp phụ SDS trên vật liệu đá ong tự nhiên ...................48

3.3.1.

Ảnh hƣởng của pH ................................................................................48


3.3.2.

Ảnh hƣởng của lực ion..........................................................................49

3.4. Khảo sát khả năng hấp phụ Rhodamine B trên vật liệu đá ong và đá ong
biến tính .................................................................................................................51
3.4.1.

Ảnh hƣởng của pH ................................................................................51

3.4.2.

Ảnh hƣởng của nồng độ muối ..............................................................53

3.4.3.

Ảnh hƣởng của lƣợng vật liệu ..............................................................55

3.4.4.

Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ .........................................................57

3.5.

Khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt .......................................................................59

3.6.

Động học hấp phụ ........................................................................................61

3.7. Phân tích đánh giá hấp phụ RhB trên đá ong bằng phƣơng pháp huỳnh
quang phân tử.........................................................................................................63
3.8.

Cơ chế hấp phụ RhB trên vật liệu đá ong biến tính SDS ............................66

3.9.

Tái sử dụng vật liệu .....................................................................................68

KẾT LUẬN ...............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................71


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký hiệu viết tắt
BET

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Brunauer - Emmett - Teller

Tổng diện tích bề mặt

Surfactant

Chất hoạt động bề mặt

HPLC

High Performance Liquid
Chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

LOD

Limit Of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit Of Quantity

Giới hạn định lƣợng

MB

Methylene Blue

Xanh methylen

RhB

Rhodamine B

Rhodamin B

SDS

Sodium Dodecyl Sulfate

Natri dodecyl sufphat

SEM

Scanning Electron Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

Ultral Violet - Visible

Phổ hấp phụ phân tử UVVis

CHĐBM

UV-Vis

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học...................................12
Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang khi xác định RhB ở các nồng độ khác nhau tại bước
sóng 554 nm ..............................................................................................................37
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của đá ong tự nhiên ................................................40
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH lên dung lượng hấp phụ SDS trên vật
liệu đá on g ................................................................................................................48
Bảng 3 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion lên quá trình hấp phụ SDS trên
vật liệu đá ong ...........................................................................................................50
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý RhB trên hai vật
liệu M0 và M1 ...........................................................................................................52
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu suất xử lý RhB
trên hai vật liệu M0 và M1 ........................................................................................54
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu suất xử lý RhB
trên hai vật liệu M0 và M1 ........................................................................................56
Bảng 3. 8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ
RhB trên vật liệu M0 và M1 ......................................................................................56
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ lên hiệu suất xử lý
RhB trên vật liệu M1 .................................................................................................58
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của RhB tới khả năng hấp
phụ của vật liệu M1 ở các nồng độ muối NaCl.........................................................59
Bảng 3.11. Các thông số sử dụng trong mô hình 2 bước hấp phụ mô tả hấp phụ RhB
trên vật liệu M1 .........................................................................................................61
Bảng 3.12. Bước sóng phát xạ và bước sóng kích thích của RhB trước và sau khi
hấp phụ ......................................................................................................................64
Bảng 3.13. Cường độ huỳnh quang RhB sau khi hấp phụ trên vật liệu M1 tại các
nồng độ muối và pH khác nhau.................................................................................65

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của RhB ........................................................................3
Hình 1.2. Mặt cắt đá ong tự nhiên ............................................................................18
Hình 1. 3. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt mang điện âm SDS .........20
Hình 3.1. Phổ hấp phụ phân tử UV-Vis của RhB với nồng độ 10-5 M .....................36
Hình 3.2. Đường chuẩn xác định RhB bằng phương pháp UV-Vis ..........................37
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của vật liệu M0 ...............................................................41
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của vật liệu M1 ...............................................................42
Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của vật liệu M1 sau hấp phụ RhB ...................................43
Hình 3.6. Bề mặt vật liệu đá ong tự nhiên (M0) .......................................................44
Hình 3.7. Bề mặt vật liệu M1 ....................................................................................44
Hình 3.8. Bề mặt vật liệu M1 sau khi hấp phụ RhB ..................................................44
Hình 3.9. Đường biểu diễn đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp N2 trên đá ong ...........45
Hình 3.10. Thế zeta của vật liệu M0 tại các pH từ 4 đến 11 trong nền muối NaCl 1
mM và 10 mM............................................................................................................46
Hình 3.11. Thế zeta của hai vật liệu M0 và M1 tại pH 4 trong nền muối NaCl 1 mM
và 10 mM ...................................................................................................................47
Hình 3.12. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của pH tới dung lượng hấp phụ SDS trên
vật liệu đá ong ...........................................................................................................49
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lực ion lên sự hấp phụ SDS trên vật liệu
đá ong ........................................................................................................................50
Hình 3.14. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý RhB trên vật
liệu M0 và M1 ...........................................................................................................52
Hình 3.15. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nồng độ muối lên hiệu suất xử lý RhB
trên hai vật liệu M0 và M1 ........................................................................................54
Hình 3.16. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lượng vật liệu lên hiệu suất xử lý
RhB trên hai vật liệu M0 và M1 ................................................................................57

Hình 3.17. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của thời gian hấp phụ lên hiệu suất xử lý
RhB trên vật liệu M1 .................................................................................................58
Hình 3.18. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của RhB trên vật liệu M1 tại các nồng độ
muối khác nhau. Các điểm là thực nghiệm, đường là kết quả thu được từ mô hình 2
bước hấp phụ .............................................................................................................60
Hình 3.19. Đường động học theo mô hình giả bậc 1 của quá trình hấp phụ RhB trên
vật liệu M1 tại các nồng độ RhB khác nhau .............................................................62
Hình 3.20. Đường động học theo mô hình giả bậc 2 của hấp phụ RhB trên vật liệu
M1 tại các nồng độ RhB khác nhau ..........................................................................63
Hình 3.21. Biểu đồ biểu diễn cường độ huỳnh quang của RhB sau khi hấp phụ trên
vật liệu M1 tại các nồng độ muối và pH khác nhau .................................................65
Hình 3.22. Kết quả đo thế ζ của vật liệu M1 sau hấp phụ RhB ................................67
Hình 3.23. Biểu đồ thể hiện khả năng tái sử dụng vật liệu M1.................................68


MỞ ĐẦU
Thuốc nhuộm là một trong những chất thải nguy hại đối với môi trƣờng, đặc
biệt là môi trƣờng nƣớc. Nhiều ngành công nghiệp liên quan đến dệt, sơn và vecni,
mực, nhựa, bột giấy và giấy, mỹ phẩm, thuộc da,... có thể thải thuốc nhuộm ra môi
trƣờng nƣớc [10]. Nhiều loại thuốc nhuộm độc hại có thể gây ảnh hƣởng xấu thực
vật, sức khỏe của động vật và con ngƣời [52]. Rhodamine B (RhB), một loại thuốc
nhuộm cation (mang điện dƣơng), đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động
công nghiệp. Tuy nhiên, RhB là một nhuộm hữu cơ độc hại khi thải ra môi trƣờng
nƣớc. Do đó, việc xử lý (loại bỏ) RhB khỏi môi trƣờng nƣớc là rất quan trọng trong
công nghệ môi trƣờng. Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc xử lý RhB để bảo vệ và
nâng cao chất lƣợng nƣớc [20-22, 26, 56]. Trong số các kỹ thuật xử lý RhB, hấp
phụ là một trong số những phƣơng pháp hiệu quả nhất và phù hợp cho các nƣớc
đang phát triển nhƣ Việt Nam khi sử dụng chất hấp phụ rẻ tiền, sẵn có nhƣ các vật
liệu tự nhiên.
Đá ong tự nhiên là một loại khoáng sét phổ biến ở Việt Nam. Trong môi

trƣờng axit hoặc trung tính, đá ong thƣờng có điện tích bề mặt dƣơng vì thành phần
của đá ong có mặt của nhiều oxit kim loại [47]. Do đó, đá ong có thể đƣợc sử dụng
để loại bỏ các anion (mang điện âm) trực tiếp. Tuy nhiên, đối với các thuốc nhuộm
mang điện dƣơng, nhƣ RhB, hấp phụ trực tiếp là rất kém. Vì vậy, việc biến tính bề
mặt của đá ong để nâng cao hiệu quả xử lý là cần thiết. Khi bề mặt đƣợc biến tính
bởi chất hoạt động bề mặt dạng anion, đá ong sẽ mang điện âm do đó thuận lợi cho
việc hấp phụ thuốc nhuộm cation. Natri dedocyl sulfat (SDS) là một chất hoạt động
bề mặt anion thân thiện với môi trƣờng. Hiện nay, việc sử dụng vật liệu hấp phụ
đƣợc biến tính bề mặt bởi SDS để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ đã đƣợc
nghiên cứu khá nhiều trên thế giới [50]. Tuy nhiên, nghiên cứu hấp phụ xử lý RhB
sử dụng đá ong biến tính bề mặt với SDS chƣa đƣợc công bố trong và ngoài nƣớc.
Để nghiên cứu đặc tính, cơ chế hấp phụ RhB trên đá ong biến tính bằng SDS,
các phƣơng pháp phân tích quang phổ nhƣ phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), phổ

1


huỳnh quang phân tử (MFS), và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) có ý
nghĩa quan trọng, do đó cần đƣợc ứng dụng một cách hiệu quả và hệ thống.
Vì vậy, luận văn này nghiên cứu sử dụng đá ong biến tính bề mặt bằng chất
hoạt động bề mặt mang điện âm SDS để hấp phụ của RhB trong nguồn nƣớc thải.
“Ứng dụng các phƣơng pháp phân tích quang phổ nghiên cứu đặc tính và cơ chế
hấp phụ thuốc nhuộm trên vật liệu đá ong biến tính”.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về thuốc nhuộm Rhodamine B

1.1.1. Giới thiệu chung về thuốc nhuộm Rhodamine B
Rhodamine B (RhB) là thuốc nhuộm tổng hợp, thuộc nhóm Rhodamine, có
gốc Xanthene. Năm 1887, RhB đƣợc tổng hợp đầu tiên bởi Maurice Ceresole [18],
RhB là một trong những hóa chất đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp in, dệt,
nhuộm và các thí nghiệm sinh, hóa học.
Rhodamine B có tên quốc tế theo IUPAC là [9-(2-carboxyphenyl)-6(diethylamino)xanthen-3-ylidene]-diethylazanium chloride (Hình 1.1), với công
thức phân tử C28H31ClN2O3, khối lƣợng phân tử 479,017 g/mol. Tinh thể RhB là
màu xanh lá cây hoặc màu tím đỏ, tan tốt trong nƣớc và methanol. RhB có tính bền
cao, khó bị tác động bởi các tác nhân oxi hóa mạnh.

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của RhB
1.1.2. Ứng dụng của Rhodamine B
RhB là thuốc nhuộm màu hồng/ hồng tím, RhB đƣợc sử dụng rộng rãi trong
nhiều ứng dụng công nghiệp nhƣ thực phẩm, dệt may, thuốc và mỹ phẩm. Tuy
nhiên, một số quốc gia đã khuyến cáo về độc tính của RhB và cấm sử dụng RhB
trong một số lĩnh vực, ví dụ nhƣ màu thực phẩm [53] .

3


RhB là một chất phát huỳnh quang. Do đó, nó đƣợc ứng dụng rộng rãi trong
các ứng dụng công nghệ sinh học nhƣ kính hiển vi huỳnh quang, quang phổ huỳnh
quang hay Enzyme – linked immunosorbent assay (ELISA)[14] .
Bên cạnh đó, RhB cũng đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu sự phân bố nhiệt
độ trong các mẫu mô sinh học. Trong lĩnh vực mô học, sự thay đổi nhiệt độ hay
phân bố nhiệt độ của mô có thể cung cấp thông tin về tình trạng bệnh lý của mô nhƣ
tình trạng viêm hay chuyển hóa tế bào bất thƣờng. Cƣờng độ phát quang của RhB
phụ thuộc vào nhiệt độ. Do đó, RhB có tiềm năng sử dụng trong việc đo sự thay đổi

nhiệt độ bức xạ tần số vô tuyến trong các mẫu sinh học, hƣớng tới ứng dụng xét
nghiệm bệnh lý sau này [19] .
Ngoài ra, RhB cũng đƣợc sử dụng để định hƣớng và xác định lƣu tốc của
dòng chảy [14].
1.1.3. Tác hại của nguồn nƣớc nhiễm RhB
Các loại thuốc nhuộm nhƣ RhB đƣợc sử dụng trong các ngành công nghiệp
in ấn, sơn màu và đặc biệt là dệt may là một trong những tác nhân nguy hại gây ảnh
hƣởng tiêu cực tới môi trƣờng [12]. Nhiều nghiên cứu chỉ ra khoảng 1-20% lƣợng
thuốc nhuộm bị phát thải ra môi trƣờng qua các quá trình sử dụng và xử lý. Tuy
nhiên, chỉ với hàm lƣợng phát thải nhƣ vậy, các loại thuốc nhuộm có thể gây ảnh
hƣởng lớn tới nguồn nƣớc, gây mất thẩm mỹ. Ngoài ra, nhiều loại thuốc nhuộm còn
gây ra sự phú dƣỡng tác động xấu tới quần thể thủy sinh vật hoặc tạo ra các sản
phẩm độc hại thông qua các quá trình oxy hóa, thủy phân và các phản ứng hóa học
khác diễn ra trong nƣớc thải [12].
Tại Tân Cƣơng, Trung Quốc, nhiều mẫu bột ớt bị phát hiện có chứa hàm
lƣợng RhB cao. Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra nguyên nhân xuất phát từ sự ô
nhiễm RhB. RhB bị thải ra môi trƣờng, gây ô nhiễm nguồn nƣớc và ngấm một phần
vào đất. Trong quá trình sinh trƣởng, những cây ớt ở khu vực này hấp thụ một phần
RhB, gây ra sự tích lũy RhB khi tạo quả [33]. Do đó, RhB ảnh hƣởng không chỉ tới
hệ thực vật mà còn tác động tiêu cực có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp tới nhiều loài

4


động vật sống phụ thuộc vào thủy vực hay sử dụng những loài thực vật nhiễm RhB
làm thức ăn.
RhB còn gây nhiều tác động xấu tới sức khỏe con ngƣời. Theo cơ quan
nghiên cứu ung thƣ quốc tế (International Agency for Researcg on Cancer – IARC),
RhB đƣợc cho là chất có khả năng gây ung thƣ [24]. Ngoài ra, RhB cũng có thể gây
kích ứng đối với mắt và da với triệu chứng sƣng, đau, tấy đỏ. Đối với đƣờng hô hấp,

ngƣời hít phải RhB thƣờng bị ho, đau họng, thở dốc và đau ngực. Nếu nuốt phải,
RhB còn gây kích ứng đƣờng tiêu hóa [56]. Vì những lý do trên, việc sử dụng RhB
trong công nghiệp thực phẩm bị cấm tại nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam [24].
1.2.

Một số phƣơng pháp xác định Rhodamine B

1.2.1. Các phƣơng pháp phân tích quang phổ
1.2.1.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis dựa trên những tín hiệu bức xạ điện
từ và tƣơng tác giữa bức xạ điện từ với chất nghiên cứu. Một chất khi hấp thụ năng
lƣợng phù hợp thì các điện tử hóa trị trong các liên kết (σ, π, n) sẽ hấp thụ năng
lƣợng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lƣợng cao hơn. Nguyên
tắc xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch trong môi
trƣờng thích hợp khi đƣợc chiếu bởi chùm sáng [4, 5].
Ƣu điểm của phƣơng pháp là cho phép xác định nhanh nồng độ các chất ở
khoảng 10-5 – 10-7 M với giới hạn phát hiện cỡ 0,1-0,01 ppm. Phƣơng pháp quang
phổ hấp thụ phân tử UV-Vis cũng là một trong những phƣơng pháp đƣợc sử dụng
phổ biến trong các phòng thí nghiệm hóa học. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng
pháp là độ chọn lọc không cao. Các nguyên tố có khả năng tạo phức với thuốc thử
cũng gây ảnh hƣởng lớn tới phƣơng pháp do đó cần quá trình tách chiết hoặc che
ion cản trở khá phức tạp.
Tác giả Mustafa Soylak và cộng sự đã phát triển một phƣơng pháp chiết pha
rắn sử dụng hạt nhồi Sepabeads SP 70, sau đó RhB sẽ đƣợc rửa giải với 5 ml
axetonitril. Thuốc nhuộm RhB sau đó đƣợc xác định bằng phƣơng pháp UV-Vis ở

5


bƣớc sóng 556 nm. Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp là 3,14 μg/L. Độ lệch

chuẩn tƣơng đối là 5%. Quy trình đã đƣợc áp dụng thành công để xác định hàm
lƣợng RhB trong các mẫu nƣớc ngọt, thực phẩm, son môi và nƣớc thải công nghiệp
[54].
1.2.1.2. Phương pháp huỳnh quang phân tử (MFS)
Phƣơng pháp huỳnh quang dựa trên nguyên tắc khi chiếu một chùm tia sáng
thích hợp (bức xạ kích thích) vào một số chất, các chất này bị kích thích và có khả
năng phát ra những bức xạ có bƣớc sóng xác định tùy thuộc từng chất và có cƣờng
độ phụ thuộc vào hàm lƣợng của chúng.
Hai tác giả Almojtaba Abd Bakheet và Xia Shi Zhu đã phát triển kĩ thuật chiết
pha rắn kết hợp với phƣơng pháp phổ huỳnh quang phân tử để xác định hàm lƣợng
RhB trong mẫu thực phẩm [15]. Các chất lỏng ion (Ion Liquid - IL) 1-octyl-3methylimidazole hexafluorophosphate ([OMIM] PF6) đƣợc chọn từ ba IL, cùng với
(1-butyl-3-methylimidazole hexafluorophosphate ([BMIM] PF6), 1-hexyl-3-metyl imidazole hexafluoro-phosphate ([HMIM] PF6) đƣợc lựa chọn để chế tạo cột chiết.
Sau đó, cột chiết pha rắn đƣợc chuẩn bị bằng cách phủ lên các chất lỏng ion các hạt
nano Fe3O4@SiO2 với cấu trúc lõi-vỏ, cột chiết này đƣợc gọi là Fe3O4@SiO2@
[OMIM] PF6. Thuốc nhuộm RhB sau khi hấp phụ lên cột tách sẽ đƣợc rửa giải
bằng etanol và sau đó đƣợc phân tích bằng phƣơng pháp phổ huỳnh quang. Trong
các điều kiện tối ƣu, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), hệ số tƣơng quan
(R2) và độ lệch chuẩn tƣơng đối (RSD) của phƣơng pháp lần lƣợt là 0,40-140,00
µg/L; 0,06 µg/L; 0,9993 và 0,45% (với n = 3, nồng độ RhB là 10,00 µg/L). Phƣơng
pháp đã đƣợc áp dụng thành công để xác định RhB trong một số mẫu thực phẩm.
1.2.2. Phƣơng pháp điện hóa
Phƣơng pháp điện hóa định lƣợng dựa trên sự thay đổi các tính chất điện của
chất phân tích khi thiết lập hệ điện hóa. Một số kỹ thuật phân tích điện hóa thƣờng
đƣợc sử dụng để phân tích chất màu hữu cơ nhƣ von ampe sóng vuông, von ampe
hòa tan hấp phụ. Đây là phƣơng pháp phân tích có độ nhạy khá cao, cho phép xác

6


định chất ở hàm lƣợng nhỏ, thời gian phân tích ngắn. Tuy nhiên, phƣơng pháp này

có độ chọn lọc không cao.
Yu và cộng sự đã sử dụng phƣơng pháp quét thế vòng CV (Cyclic
Voltammetry) kết hợp với phƣơng pháp Von-Ampe xung vi phân sử dụng điện cực
than gƣơng. Sau khi tối ƣu hóa các điều kiện thí nghiệm, trong dung dịch đệm pH =
4, phƣơng pháp cho thấy độ lặp lại tốt, với giới hạn phát hiện LOD là 2,93 μg/L.
Ngoài ra, phƣơng pháp đã xác định thành công RhB trong một số mẫu trái cây và
sản phẩm từ trái cây với độ tin cậy cao [63].
1.2.3. Phƣơng pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là kỹ thuật tách chất trong đó xảy ra quá
trình các chất tan chuyển dịch trong cột tách chứa vật liệu nhồi kích thƣớc nhỏ (pha
tĩnh); chất tan chuyển dịch với tốc độ khác nhau trong dòng dung môi phù hợp (pha
động), phụ thuộc vào hệ số phân bố của mỗi chất. Các chất nhồi cột có kích thƣớc
đủ nhỏ để đáp ứng hiệu quả tách sắc ký tốt. Thành phần pha động có thể thay đổi để
đạt đƣợc lực rửa giải phù hợp nhất. Sau khi chất tan di chuyển tới cuối cột tách sẽ
đƣợc chuyển tới detector để phát hiện. Tùy vào bản chất của chất cần phân tích mà
dùng các loại detector khác nhau.
Trên thế giới, phƣơng pháp HPLC đã đƣợc sử dụng rộng rãi để xác định hàm
lƣợng RhB trong thực phẩm và trong các loại mẫu khác nhau. Đây là phƣơng pháp
chiếm ƣu thế so với các phƣơng pháp khác do HPLC là phƣơng pháp tách, có độ
chính xác, độ nhạy và độ lặp lại cao. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp là
hóa chất và dung môi phải có độ tinh khiết cao, thiết bị đắt tiền.
Năm 1996, các tác giả L. Gagliardi và D. De Orsi đã sử dụng phƣơng pháp
HPLC để xác định hàm lƣợng RhB trong các mẫu mỹ phẩm [25]. Mẫu mỹ phẩm
đƣợc chiết bằng dung dịch axit photphoric trong nƣớc hoặc dimethyl furan (DMF)
(tùy thuộc vào loại mỹ phẩm), sau đó đƣợc hấp phụ trên cột polyamide, trƣớc khi
rửa giải với nƣớc và methanol. Dịch chiết đƣợc làm sạch bằng cột pha đảo C-18, và
cuối cùng RhB đƣợc giải hấp bằng dung môi metanol-nƣớc (8: 2). Dung dịch rửa

7

giải cuối cùng đƣợc định lƣợng bằng HPLC sử dụng detector mảng diot (PDA).
Phƣơng pháp này có độ thu hồi trên 90%.
Một phƣơng pháp phân tích nhanh, đơn giản với độ nhạy cao đƣợc tác giả
Ping Qi và cộng sự phát triển để định lƣợng chính xác hàm lƣợng RhB trong các
mẫu thực phẩm có chứa ớt [49]. RhB sẽ đƣợc chiết khỏi mẫu ớt bằng metanol sau
đó đƣợc xác định bằng phƣơng pháp HPLC sử dụng detector huỳnh quang (FLD)
mà không cần phải làm sạch thêm. Kết quả cho thấy, phƣơng pháp có độ lặp cao, độ
thu hồi đạt đƣợc trong khoảng 98-103%.
1.3.

Các phƣơng pháp xử lý RhB
Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xử lý RhB trong nƣớc.

Phổ biến nhất là các phƣơng pháp phân hủy quang học, oxy hóa điện hóa, keo tụ và
phƣơng pháp hấp phụ.
1.3.1. Phƣơng pháp phân hủy quang học
Phƣơng pháp phân hủy quang học (Photodegradation) sử dụng tác nhân ánh
sáng nhằm mục đích phân hủy chất ô nhiễm với sự góp mặt của một số chất xúc tác,
điển hình nhƣ titan oxit (TiO2). Quá trình này tạo ra các gốc có tính oxy hóa rất
mạnh, có khả năng oxi hóa các chất hữu cơ khó bị phân hủy nhƣ thuốc nhuộm hay
các hóa chất bảo vệ thực vật. Phƣơng pháp phân hủy quang học có nhiều ƣu điểm
nhƣ là sử dụng nguồn năng lƣợng sạch, có sẵn và gần nhƣ vô tận là năng lƣợng mặt
trời; sử dụng các chất xúc tác thân thiện với môi trƣờng, phản ứng có thể diễn ra
trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thƣờng. Đặc biệt, phƣơng pháp này có thể phân
hủy các chất hữu cơ mà không tạo ra các nguồn ô nhiễm thứ cấp [12]. Tuy nhiên,
nhƣợc điểm chính của phƣơng pháp này chính là giá thành các chất xúc tác khá cao
và phân hủy các chất không chọn lọc. Một số nghiên cứu điển hình sử dụng phƣơng
pháp phân hủy quang học xử lý RhB đƣợc giới thiệu dƣới đây.
Hai tác giả Patrick Wilhelm và Dietmar Stephan sử dụng phƣơng pháp phân

hủy quang học xử lý RhB trong nƣớc, sử dụng xúc tác là các hạt nano SiO2 phủ
TiO2. Thí nghiệm đã phân hủy đƣợc hoàn toàn lƣợng RhB trong 100 ml mẫu nƣớc

8


có nồng độ 10-5 mol/l RhB sau 4h chiếu sáng với cƣờng độ ánh sáng 550W/m2
(tƣơng đƣơng cƣờng độ mặt trời vào buổi trƣa tại các vùng xích đạo) và lƣợng xúc
tác là 1,5.10-3 % SiO2 phủ TiO2 [59].
Weifeng Yao và cộng sự [61] trong một nghiên cứu khác đã sử dụng phƣơng
pháp phân hủy quang học xử lý thuốc nhuộm xanh methylene (MB) và RhB. Các
tác giả chế tạo chất xúc tác bằng cách phủ các hạt nano Ag3PO4 lên bề mặt TiO2
giúp tăng diện tích bề mặt riêng và tạo các lỗ trống electron giúp tăng hoạt động
quang xúc tác. Với lƣợng vật liệu 0,05 g Ag3PO4/ TiO2 tác dụng với 100 ml dung
dịch MB hoặc RhB có nồng độ 20 mg/l dƣới ánh sáng khả kiến cƣờng độ 140
mW/cm2 cho hiệu quả phân hủy khoảng 90% MB và RhB sau 6 phút chiếu sáng.
1.3.2. Phƣơng pháp oxi hóa điện hóa
Phƣơng pháp oxi hóa điện hóa (electrochemical oxidation hoặc electrooxidation) là một trong những biện pháp phổ biến để xử lý các hợp chất hữu cơ
trong nƣớc thải trong đó có thuốc nhuộm màu. Phƣơng pháp oxi hóa điện hóa có thể
ứng dụng trong xử lý nƣớc thải nhờ hai cơ chế oxi hóa chính [37]:


Xảy ra phản ứng oxi hóa trực tiếp trên bề mặt anot (hoặc chuyển

electron trực tiếp sang anot). Quá trình này có hiệu quả xử lý kém.


Trong quá trình điện hóa xảy ra phản ứng oxi hóa gián tiếp trong dung

dịch thông qua gốc oxi hóa mạnh nhƣ OH*. Quá trình này có hiệu quả xử lý các

chất ô nhiễm với hiệu suất cao.
Tại Việt Nam, một số nghiên cứu đã sử dụng phƣơng pháp điện hóa để xử lý
các chất thải dệt nhuộm. Cụ thể, tác giả Bùi Quang Cƣ và cộng sự khảo sát hiệu
năng của phƣơng pháp oxi hóa điện hóa nhằm xử lý thuốc nhuộm Orange II[1]. Các
tác giả đã sử dụng điện cực trong bình inox, với 3 cặp điện cực (3 anot, 3 catot). Sau
20 phút điện phân ở hiệu điện thế 10 V, chỉ số COD của thuốc nhuộm giảm chỉ còn
50%, phƣơng pháp tạo ra sản phẩm là các axit hữu cơ đơn giản, có thể phân hủy
tiếp bằng hệ vi sinh vật ngoài tự nhiên. Tác giả Nguyễn Thị Lan Phƣơng và cộng sự
cũng áp dụng phƣơng pháp oxi hóa điện hóa với điện cực anot thép 304 trong việc

9


phân hủy 3 loại thuốc nhuộm Yellow 145, Red 198 và Blue 21, đồng thời khảo sát
các điều kiện tối ƣu cho phản ứng điện hóa. Kết quả cho thấy với các điều kiện tối
ƣu bao gồm pH = 6, nền điện ly NaCl 0,25 g/l, mật độ dòng điện 30 mA/cm2, nhiệt
độ 25oC và thời gian xử lý 6 phút, các nhóm azo và vòng thơm của thuốc nhuộm đã
bị phân hủy thành các hợp chất đơn giản, các thuốc nhuộm bị mất màu và giảm độc
tính [7].
1.3.3. Phƣơng pháp keo tụ
Phƣơng pháp keo tụ (coagulation/flocculation) là phƣơng pháp sử dụng các
hóa chất/ vật liệu nhằm ổn định các hạt lơ lửng trong dung dịch (thay đổi trạng thái
vật lý của chất rắn hòa tan và các hạt lơ lửng), thúc đẩy quá trình sa lắng giúp cho
xử lý chất thải dễ dàng hơn. Tuy nhiên, phƣơng pháp này có một số hạn chế nhƣ tạo
ra lƣợng bùn thải lớn, hiệu quả xử lý màu đối với một số loại thuốc nhuộm không
đƣợc cao [47].
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đƣợc công bố đã sử dụng phƣơng pháp keo
tụ để xử lý thuốc nhuộm. Ví dụ nhƣ nghiên cứu sử dụng bùn chứa FeCl3 nhằm loại
bỏ thuốc nhuộm axit đỏ 119 (Acid Red 119-AR119). Nhờ các hạt keo mang điện có
thể trung hòa các điện tích âm ở các phân tử thuốc nhuộm của vật liệu bùn, các

phân tử thuốc nhuộm bị bẫy lại và sa lắng. Kết quả xử lý thuốc nhuộm có hiệu suất
lên tới 96,53% trong một số điều kiện tối ƣu về pH, lƣợng thuốc nhuộm và lƣợng
bùn sử dụng [40] .
1.3.4. Phƣơng pháp hấp phụ
Trong các phƣơng pháp xử lý RhB, hấp phụ là phƣơng pháp đƣợc sử dụng
phổ biến nhất do có những ƣu điểm nhƣ quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý
không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp và vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ
các nguồn nguyên liệu tự nhiên, các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp sẵn có và
dễ kiếm, quá trình xử lý không đƣa thêm vào môi trƣờng các hóa chất độc hại.
Bản chất của quá trình hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa
hai pha (rắn – lỏng, rắn – khí). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất
hấp phụ, chất đƣợc tích lũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ. Quá trình ngƣợc với

10


hấp phụ khi chất đi ra khỏi bề mặt là sự giải hấp. Hấp phụ hóa học đƣợc tạo thành
từ lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ với bề mặt của chất bị hấp phụ.
Liên kết này thƣờng bền, khó bị phá vỡ
Hiện nay, các nhà khoa học đang hƣớng tới nghiên cứu sử dụng các chất hấp
phụ rẻ tiền, phổ biến và hiệu quả trong xử lý nguồn nƣớc thải bị ô nhiễm thuốc
nhuộm.
Hongxia Huang và cộng sự đã nghiên cứu quá trình hấp phụ của RhB trong
nƣớc sử dụng vật liệu đất nâu vàng ở miền Trung Trung Quốc. Kết quả nghiên cứu
cho thấy, hiệu suất xử lý RhB giảm từ 94,37% xuống còn 28,53% khi pH tăng trong
khoảng từ 2,32 đến 10,96. Cơ chế hấp phụ RhB trên vật liệu đƣợc mô tả tốt bởi mô
hình đẳng nhiệt Freundlich (R2> 0,999) và mô hình động học giả bậc hai (R2> 0,99).
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cơ chế hấp phụ RhB đƣợc kiểm soát bởi lực tƣơng tác
tĩnh điện, các lực liên kết hydro và liên kết hóa học [28].
B.Damiyine và A.Guenbour [21] đã nghiên cứu sử dụng đất sét tự nhiên và

đất sét biến tính làm chất hấp phụ để loại bỏ các loại thuốc nhuộm dệt để xử lý nƣớc
thải. Hiệu suất hấp phụ RhB cao nhất là 83,95% khi sử dụng vật liệu đất sét tự
nhiên và 90,10% khi sử dụng vật liệu hấp phụ là đất sét biến tính. Kết quả này cho
thấy, đất sét đã biến tính bề mặt có hiệu suất xử lý RhB tốt hơn đất sét tự nhiên.
Lili Ding và các cộng sự trong một công trình khác đã nghiên cứu quá trình
hấp phụ của RhB trên vật liệu than hoạt tính chế tạo từ vỏ trấu. Ảnh hƣởng của
nồng độ RhB ban đầu, nhiệt độ và pH đến hấp phụ thuốc nhuộm đã đƣợc khảo sát.
Nồng độ ban đầu của RhB và nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp
phụ này trong khi pH có ảnh hƣởng ít đến sự hấp thụ RhB. Kết quả cũng cho thấy
mô hình động học giả bậc hai và mô hình đẳng nhiệt Langmuir đã mô tả tốt cơ chế
hấp phụ của RhB trên than hoạt tính [23]

11


1.4.

Lý thuyết về phƣơng pháp hấp phụ

1.4.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ
1.4.1.1. Bản chất của quá trình hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa hai pha (rắn – lỏng, rắn
– khí). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, chất đƣợc tích
lũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ. Quá trình ngƣợc với hấp phụ khi chất đi ra
khỏi bề mặt là sự giải hấp [6]
1.4.1.2. Phân loại
Tùy theo bản chất của lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
ngƣời ta chia hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ vật lý: Đƣợc gây ra bởi lực Van Der walls giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.

- Hấp phụ hóa học: tạo thành lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ với
bề mặt của chất bị hấp phụ. Liên kết này rất bền, khó bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học đƣợc coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hóa
học. Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ngƣời ta đƣa ra một số tiêu
chuẩn đƣợc trình bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa
Yếu tố
Lƣợng chất hấp phụ
Nhiệt hấp phụ
Tốc độ hấp phụ
Tính đặc thù
Tính thuận nghịch

Hấp phụ vật lý
Hấp phụ đơn lớp hoặc đa lớp.
Lƣợng nhiệt tỏa ra từ 2-6
kcal/mol.
Xảy ra nhanh.
Ít phụ thuộc vào bản chất hóa
học bề mặt.

Hấp phụ hóa học
Chỉ hấp phụ đa lớp.
Lớn hơn 22 kcal/mol.
Xảy ra chậm.
Đòi hỏi phải có ái lực hóa
học.

Luôn là hấp phụ thuận nghịch, Tính thuận nghịch của
hay trạng thái cân bằng là cân hấp phụ hóa học phụ

bằng động.
thuộc vào đặc tính của
liên kết hấp phụ, có thể
thuận nghịch, có thể bất
thuận nghịch.

12


1.4.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Ảnh hƣởng của dung môi: Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh,
khi chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu và ngƣợc lại. Vì
vậy, đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi nƣớc sẽ tốt hơn dung
môi hữu cơ.
Ảnh hƣởng của pH: pH có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hấp phụ các
chất hay hợp chất mang điện, vì pH có ảnh hƣởng trực tiếp đến điện tích bề mặt của
vật liệu hấp phụ cũng nhƣ trạng thái mang điện của chất bị hấp phụ.
Ảnh hƣởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: Thông thƣờng các chất phân
cực dễ bị hấp phụ trên bề mặt phân cực, và các chất không phân cực dễ bị hấp phụ
trên bề mặt không phân cực. Ngoài ra, độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hƣớng tới
khả năng hấp phụ của vật liệu. Khi giảm kích thƣớc mao quản trong chất hấp phụ
xốp thì khả năng hấp phụ từ dung dịch thƣờng tăng lên nhƣng chỉ khi kích thƣớc
mao quản không cản trở sự đi vào của chất hấp phụ. Dung lƣợng hấp phụ cũng phụ
thuộc vào diện tích bề mặt riêng của vật liệu hấp phụ. Diện tích bề mặt riêng càng
lớn thì khả năng tiếp xúc giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ càng lớn, do đó khả
năng hấp phụ càng tăng. Ngoài ra, đối với hấp phụ các hợp chất mang điện, điện
tích tỉ trọng điện tích bề mặt đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch giảm
nhƣng ở mức độ thấp hơn so với hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với cấu tử có độ tan
hạn chế khi nhiệt độ tăng thì khả năng hấp phụ tăng lên vì nồng độ của nó trong

dung dịch tăng lên.
1.4.2. Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ
Với hệ hấp phụ rắn – lỏng, phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ là rất quan trọng
để mô tả đặc tính và cơ chế của quá trình hấp phụ [57].
1.5.1.4. Mô hình hấp phụ Langmuir
Mô hình hấp phụ Langmuir đƣợc khám phá ban đầu để mô tả sự hấp phụ của
các phân tử khí lên bề mặt kim loại. Phƣơng pháp hấp phụ Langmuir sau đó đã

13


đƣợc ứng dụng thành công cho nhiều quá trình hấp phụ đơn lớp khác nhau. Mô hình
hấp phụ của Langmuir giả thiết rằng các lực tƣơng tác giữa các phân tử giảm nhanh
với khoảng cách và do đó dự đoán sự tồn tại của lớp phủ đơn lớp của chất hấp phụ ở
bề mặt ngoài của chất hấp phụ. Phƣơng trình đẳng nhiệt tiếp tục giả thiết rằng sự
hấp phụ diễn ra tại các vị trí đồng nhất cụ thể bên trong chất hấp phụ. Sau đó, giả sử
rằng một khi phân tử thuốc nhuộm chiếm một vị trí, không có sự hấp thụ thêm nào
có thể xảy ra tại vị trí đó [60].
Phƣơng trình Langmuir có dạng:
(1.1)
Trong đó:
qe : Độ hấp phụ riêng, hay số mg chất bị hấp phụ trên 1 gam chất hấp phụ ở
thời điểm cân bằng (mg/g)
qmax : Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g)
Ce : Nồng độ chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L)
K

: Hằng số Langmuir (L/mg)

Từ thực nghiệm có thể tính đƣợc hằng số K và dung lƣợng hấp phụ cực đại

qmax.
1.4.2.1. Mô hình Frendlich
Mô hình Freundlich sử dụng một phƣơng trình thực nghiệm dựa trên sự phân bố
cân bằng của chất tan giữa các pha rắn và dung dịch nƣớc. Mô hình phù hợp để mô
tả sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất, có thể là hấp phụ đơn lớp hoặc đa lớp
[30], và đƣợc biểu thị bằng phƣơng trình:
(1.2)
Logarit hai vế của phƣơng trình trên ta đƣợc phƣơng trình bậc nhất có dạng y =
ax +b:

14


Trong đó:
qe : là độ hấp phụ riêng, số mg chất bị hấp phụ trên 1 gam chất hấp phụ
(mg/g)
Kf (mg1-nLn/g), n : hệ số thực nghiệm với n > 1
1.4.2.2. Mô hình hấp phụ hai bước
Để xây dựng các đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt, mô hình hấp phụ phổ biến nhƣ
Langmuir và Fruendlich thƣờng đƣợc sử dụng. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp
riêng ví dụ hấp phụ chất hoạt động bề mặt, mô hình Langmuir và Freundlich không
thể áp dụng. Với hấp phụ chất hoạt động bề mặt, một mô hình mới đƣợc sử dụng
thành công đó là mô hình hai bƣớc hấp phụ. Trong nghiên cứu này, mô hình hấp
phụ hai bƣớc đƣợc áp dụng để mô tả đặc tính hấp phụ của thuốc nhuộm trong nƣớc
lên bề mặt vật liệu đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt natri dodeyl sulfat
(SDS).
Mô hình hấp phụ hai bƣớc giả định rằng sự hấp phụ của chất hấp phụ trên bề
mặt vật liệu hấp phụ xảy ra theo hai bƣớc [65]. Ở bƣớc đầu tiên, các chất hấp phụ
hấp phụ trên bề mặt rắn bởi lực hút tĩnh điện. Trong bƣớc thứ hai, sự hấp phụ tăng
lên đáng kể vì sự có mặt của các mixen SDS trên bề mặt chất hấp phụ [64] .

Phƣơng trình cơ bản của mô hình hấp phụ hai bƣớc có dạng [45, 64]:
(

)

Trong đó:
Γ: Dung lƣợng hấp phụ (mg/g)
Γ∞ : Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g)
k1 (g/mg), k2 (g/mg)n-1 là hằng số cân bằng của bƣớc hấp phụ đơn lớp đầu tiên và
hấp phụ của n phân tử chất bị hấp phụ hoặc hấp phụ đa lớp.
C : Nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mol/L)

15