(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng các phương pháp phân tích quang phổ hiện đại nghiên cứu đặc tính hấp phụ bề mặt của thuốc nhuộm mang điện trên vật liệu nano nhôm oxit biến tính

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

CHU THỊ PHƯƠNG MINH

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
QUANG PHỔ HIỆN ĐẠI NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ
BỀ MẶT CỦA THUỐC NHUỘM MANG ĐIỆN TRÊN
VẬT LIỆU NANO NHÔM OXIT BIẾN TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


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

CHU THỊ PHƯƠNG MINH

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
QUANG PHỔ HIỆN ĐẠI NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ
BỀ MẶT CỦA THUỐC NHUỘM MANG ĐIỆN TRÊN
VẬT LIỆU NANO NHÔM OXIT BIẾN TÍNH

Chun ngành: Hóa phân tích
Mã số

: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ THANH SƠN
TS. PHẠM TIẾN ĐỨC

Hà Nội – 2019


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Thanh Sơn
và TS. Phạm Tiến Đức đã giao đề tài và tận tình hướng 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 phịng thí nghiệm Hóa phân tích đã ln nhiệt tình giúp đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Em cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người
thân yêu đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận
văn.

Hà Nội, ngày

tháng năm 2019

Học viên

Chu Thị Phương Minh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 3

1.1. Giới thiệu về nhôm oxit .......................................................................... 3
1.1.1. Cấu tạo của nhơm oxit .................................................................... 3
1.1.2. Tính chất của nhơm oxit ................................................................. 3
1.1.3. Các thành phần pha của Al2O3 ....................................................... 4
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano nhôm oxit ..................... 5
1.1.5. Ứng dụng của nhôm oxit ................................................................ 7
1.2. Giới thiệu về thuốc nhuộm mang điện Rhodamine B ............................ 8
1.2.1. Thuốc nhuộm Rhodamine B và tính chất ....................................... 8
1.2.2. Ứng dụng của Rhodamine B .......................................................... 9
1.2.3. Tác hại của RhB ............................................................................. 10
1.2.4. Phương pháp xác định RhB ................................................................. 11
1.2.5. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm RhB .................................... 13
1.3. Tổng quan về hấp phụ ............................................................................ 17
1.3.1. Giới thiệu hấp phụ .......................................................................... 17
1.3.2. Hấp phụ đẳng nhiệt......................................................................... 19
1.3.3. Động học hấp phụ........................................................................... 21
1.4. Chất hoạt động bề mặt ............................................................................ 22
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 25
2.1. Mục tiêu nghiên cứu và nội dung nghiên cứu ........................................ 25
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................... 25
2.1.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................... 25
2.2. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất ..................................................................... 26
2.2.1. Thiết bị............................................................................................ 26
2.2.2. Dụng cụ .......................................................................................... 26
2.2.3 Hóa chất ........................................................................................... 26
2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 27
2.3.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano nhơm oxit ............................ 27
2.3.2. Biến tính nano Al2O3 bằng chất hoạt động bề mặt ......................... 28

2.3.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, thành phần, đặc tính bề mặt
của vật liệu ................................................................................................ 30
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu hấp phụ .................................................. 33
2.3.5. Phương pháp UV-Vis ..................................................................... 33
2.3.6. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý RhB trong mẫu nước thải dệt nhuộm 34
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................. 35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 38
3.1. Đánh giá phương pháp xác đinh RhB bằng UV–Vis ............................. 38
3.1.1. Chọn bước sóng đo phổ .................................................................. 38
3.1.2. Khảo sát khoảng tuyến tính ............................................................ 39
3.1.3. Xây dựng đường chuẩn .................................................................. 39
3.1.4. Đánh giá phương trình hồi quy ...................................................... 41
3.1.5. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của đường
chuẩn......................................................................................................... 41
3.2. Đặc tính cấu trúc bề mặt của nano Al2O3 ............................................... 41
3.2.1. Vật liệu nung ở 6000C .................................................................... 41
3.2.2. Vật liệu nung ở 12000C .................................................................. 44
3.3. Khảo sát điều kiện hấp phụ RhB trên vật liệu nano Al2O3 tổng hợp ..... 46
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ RhB ............................. 46
3.3.2. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ RhB....................... 47
3.3.3. Khảo sát lượng vật liệu................................................................... 50
3.3.4. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ.............................................. 52
3.4. Hấp phụ đẳng nhiệt ................................................................................. 54
3.5. Động học hấp phụ ................................................................................... 58
3.6. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính và khơng biến tính ..... 61
3.7. Cơ chế hấp phụ ....................................................................................... 62
3.8. Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu ................................................... 64
3.9. Xử lý mẫu thực ....................................................................................... 65
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 70

PHỤ LỤC ................................................................................................................. 78


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký hiệu viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BET

Brunauer - Emmett - Teller

Phương pháp BET

CHĐBM

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 lượng

MB

Methylene Blue

Xanh metyelen

RhB

Rhodamine B

Rhodamin B

SDS

Sodium Dodecyl Sulfate

Natri dodecyl sufphat

SEM

Scanning Electron Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

Transmission Electron

Kính hiển vi điện tử

Microscope

truyền qua

TEM

UV-Vis

Ultral Violet – Visible

Phổ hấp phụ phân tử vùng
tử ngoại, khả kiến


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. So sánh giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ..................................... 18
Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang khi xác định RhB ở các nồng độ khác nhau ở bước
sóng 554nm .............................................................................................................. 40
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ........................................................ 46

Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion .................................................. 48
Bảng 3.4A. Kết quả khảo sát lượng vật liệu γ-Al2O3 ............................................... 50
Bảng 3.4B. Kết quả khảo sát lượng vật liệu α-Al2O3............................................... 51
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ .......................................... 52
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng RhB ban đầu tới khả năng hấp phụ
RhB lên vật γ-M1 ở các nồng độ muối NaCl ........................................................... 54
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng RhB ban đầu tới khả năng hấp phụ
RhB lên vật α-M1 ở các nồng độ muối NaCl .......................................................... 55
Bảng 3.8. Các thông số sử dụng trong mô hình 2 bước hấp phụ mơ tả hấp phụ RhB
lên vật liệu nano Al2O3 biến tính bằng SDS ............................................................. 58
Bảng 3.9. Thơng số của mơ hình động học giả bậc 1 và bậc 2 mô tả hấp phụ RhB
lên vật liệu nano Al2O3 biến tính bằng SDS ............................................................. 61
Bảng 3.10. Kết quả hấp phụ xử lý RhB trong mẫu nước thải dệt nhuộm bằng vật
liệu α-M0 và α-M1 ................................................................................................... 67


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của nhơm oxit ............................................................... 3
Hình 1.2. Sơ đồ mơ tả q trình chuyển pha của nhơm oxit theo nhiệt độ .............. 4
Hình 1.3. So sánh cấu trúc tinh thể của α-Al2O3 và γ-Al2O3 .................................. 4
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử của Rhodamine B ......................................................... 9
Hình 1.5. Hình họa mơ tả phân tử CHĐBM trên bề mặt phân cách
nước-khơng khí ........................................................................................................ 22
Hình 1.6. Hình ảnh minh họa Phân tử CHĐBM và Mixen của CHĐBM ............... 23
Hình 1.7. Cơng thức cấu tạo của SDS ...................................................................... 24
Hình 2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu nano-Al2O3 .................................................. 28
Hình 2.2. Biến tính bề mặt Al2O3 bằng SDS ............................................................ 29
Hình 2.3. Thiết bị UV-1650PC, Shimadzu, Nhật Bản ............................................. 34
Hình 3.1. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB .............................................................. 38

Hình 3.2. Khảo sát khoảng tuyến tính của phương pháp UV-Vis
xác định RhB ............................................................................................................ 39
Hình 3.3. Đường chuẩn xác định RhB bằng UV-Vis .............................................. 40
Hình 3.4. Phổ XRD của vật liệu nano Al2O3 nung ở 6000C .................................... 42
Hình 3.5. Phổ FT-IR của vật liệu nano Al2O3 nung ở 6000C ................................... 42
Hình 3.6. Ảnh TEM của vật liệu nano Al2O3 nung ở 6000C .................................... 43
Hình 3.7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 của vật liệu nano Al2O3
nung ở 6000C ............................................................................................................ 43
Hình 3.8. Phổ XRD của vật liệu nano Al2O3 nung ở 12000C .................................. 44
Hình 3.9. Phổ FT-IR của vật liệu nano Al2O3 nung ở 12000C ................................. 44
Hình 3.10. Ảnh TEM của vật liệu nano Al2O3 nung ở 12000C ................................ 45
Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 của vật liệu nano Al2O3
nung ở 12000C .......................................................................................................... 45
Hình 3.12. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ RhB .......... 47
Hình 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion đến


hiệu suất hấp phụ RhB ............................................................................................ 49
Hình 3.14. Kết quả khảo sát lượng vật liệu .............................................................. 51
Hình 3.15. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ......................................... 53
Hình 3.16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ RhB trên vật liệu nano Al2O3 biến tính với
SDS tại các nồng độ muối khác nhau. Các điểm là thực nghiệm, đường là kết quả
thu được từ mơ hình 2 bước hấp phụ: A.γ-M1; B.α-M1 .......................................... 56
Hình 3.17. Đường động học theo mơ hình giả bậc 1 của quá trình hấp phụ RhB trên
vật liệu nano-Al2O3 biến tính với SDS tại các nồng độ RhB khác nhau: A. γ-M1 và
B. α-M1 .................................................................................................................... 59
Hình 3.18. Đường động học theo mơ hình giả bậc 2 của q trình hấp phụ RhB trên
vật liệu nano-Al2O3 biến tính với SDS tại các nồng độ RhB khác nhau: A. γ-M1 và
B. α-M1 .................................................................................................................... 60
Hình 3.19. So sánh khả năng hấp phụ RhB của các pha vật liệu

nano Al2O3................................................................................................................ 61
Hình 3.20. Thế ζ của vật liệu nano γ-Al2O3 tổng hợp, sau khi biến tính với SDS và
sau khi hấp phụ RhB trong dung dịch NaCl 1mM (pH = 4,0) ................................. 62
Hình 3.21A. Phổ FT-IR của vật liệu γ-M1 .............................................................. 63
Hình 3.21B. Phổ FT-IR của vật liệu γ-M1sau hấp phụ RhB .................................. 64
Hình 3.22.Kết quả khảo sát tái sử dụng vật liệu ...................................................... 64
Hình 3.23. Kết quả xử lý RhB trong mẫu nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu α-Al2O3
biến tính và khơng biến tính bằng SDS A. Mẫu M1; B. Mẫu M2 và M2 thêm 10-5M
RhB; C. Mẫu M3 và M3 thêm 10-5M RhB………………………………………..66


MỞ ĐẦU
Cơng nghiệp hóa-hiện đại hóa đã và đang đem lại nhiều thành tựu cho phát
triển kinh tế, nâng cao chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, nguy cơ ô nhiễm nguồn
nước bởi các chất thải hữu cơ từ các ngành cơng nghiệp cũng ngày càng cao. Vì
vậy, xử lý chất gây ô nhiễm trong nước rất quan trọng trong việc bảo vệ mơi trường
sống. Thuốc nhuộm tổng hợp có nguồn gốc hữu cơ được sử dụng phổ biến trong các
ngành công nghiệp như: dệt vải, thuộc da, giấy, cao su, nhựa, thực phẩm,…để tạo
màu. Nước thải công nghiệp chứa thuốc nhuộm hữu cơ là mối đe dọa lớn đối với
sức khỏe của hệ sinh thái vì chứa nhiều hóa chất độc hại và chất rắn lơ lửng [9, 26],
có thể gây ung thư và đột biến gen [13]. Hiện nay, nhiều phương pháp xử lý nước
thải chứa thuốc nhuộm hữu cơ đã được nghiên cứu như: keo tụ [39, 46], màng lọc
[22], phương pháp phân hủy quang xúc tác [65], điện hóa [2, 4] và hấp phụ [29, 42].
Trong đó, hấp phụ là một trong số các phương pháp hiệu quả để xử lý thuốc nhuộm
mang điện tích trong mơi trường nước. Phương pháp hấp phụ rất phù hợp đối với
các nước đang phát triển khi sử dụng các vật liệu hấp phụ sẵn có, rẻ tiền [62]. Các
oxit kim loại là thành phần chính của vật liệu hấp phụ tự nhiên giá rẻ.
Vật liệu nano đã phát triển mạnh mẽ trong thập kỷ qua. Ưu điểm nổi trội của
vật liệu hấp phụ nano so với vật liệu hấp phụ thơng thường là kích thước hạt rất
nhỏ, diện tích bề mặt lớn hơn, dễ hoạt hóa thay đổi điện tích bề mặt và đặc biệt dễ

điều chỉnh đặc tính về hình thái, kích thước, lỗ xốp,..làm tăng hiệu quả xử lý các
chất ô nhiễm trong môi trường nước [28].
Nhôm oxit (Al2O3) được biết đến là một vật liệu oxit kim loại được ứng dụng
phổ biến làm vật liệu hấp phụ trong kỹ thuật mơi trường. Al2O3 có nhiều pha cấu
trúc khác nhau như: α, β, γ, η, θ, κ, and χ [34]. Vật liệu Al2O3 có diện tích bề mặt
lớn, cấu trúc xốp, đặc biệt có thể chế tạo được ở kích thước nano rất phù hợp làm
vật liệu hấp phụ xử lý hiệu quả các thuốc nhuộm mang điện. Tuy nhiên, tỷ trọng
điện tích của vật liệu Al2O3 ở pH trung tính khơng cao, nên khả năng xử lý trực tiếp
thuốc nhuộm mang điện tích dương thấp. Vì vậy, việc biến tính bề mặt vật liệu
Al2O3 để nâng cao hiệu suất xử lý là cần thiết. Natri dedocyl sulfat (SDS) là một

1


chất hoạt động bề mặt mang điện âm (anion) thân thiện với môi trường. SDS đã
được sử dụng để biến tính bề mặt Al2O3 xử lý chất gây ơ nhiễm hữu cơ và vô cơ
trong nước [10, 48]. Rhodamine B (RhB) là một thuốc nhuộm mang điện tích
dương (cation), được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động công nghiệp. RhB có
khả năng gây ung thư, được tìm thấy trong nhiều nguồn nước thải [20, 63]. Đã có
nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu xử lý RhB bằng một số loại vật liệu hấp phụ.
Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào sử dụng vật liệu nano Al2O3 với các thành phần
pha khác nhau được biến tính bề mặt bằng SDS để xử lý RhB.
Để nghiên cứu đặc tính, cơ chế hấp phụ RhB trên nano Al2O3 biến tính bằng
SDS, các phương pháp phân tích quang phổ hiện đại như: phổ hấp thụ phân tử (UVVis), phổ nhiễu xạ tia X (XRD), và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và
phép đo thế zeta là công cụ đắc lực cần được sử dụng linh hoạt.
Trên cơ sở đó, chúng tơi lựa chọn đề tài: “Ứng dụng các phương pháp phân
tích quang phổ hiện đại nghiên cứu đặc tính hấp phụ bề mặt của thuốc nhuộm
mang điện trên vật liệu nano nhôm oxit biến tính”. Với mục tiêu nghiên cứu là
tổng hợp nano Al2O3 với hai pha tinh thể gamma (γ) và anpha (α) Al2O3. Ứng dụng
các phương pháp phân tích vật lý hiện đại nghiên cứu đặc tính của vật liệu tổng hợp

cũng như đặc tính hấp phụ, cơ chế hấp phụ của thuốc nhuộm mang điện dương RhB
trên vật liệu nano Al2O3 biến tính bề mặt bằng SDS.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nhôm oxit
1.1.1. Cấu tạo của nhôm oxit
Nhôm oxit là hợp chất của nhôm và oxi với cơng thức hóa học Al2O3 (Hình
1.1). Nhơm oxit thường được gọi là: nhôm oxit, aloxit hay alundum tùy thuộc vào
cấu tạo hình học và ứng dụng cụ thể. Nhôm oxit xuất hiện trong tự nhiên ở dạng đa
tinh thể α-Al2O3 như khoáng corundum, các dạng tạo thành đá q và ngọc bích
q.

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của nhơm oxit
1.1.2. Tính chất của nhơm oxit
Nhơm oxit là một chất cách điện nhưng khả năng dẫn nhiệt tương đối cao
trong các vật liệu gốm (30 Wm−1K−1). Nhôm oxit khơng bị hịa tan trong nước.
Dạng tinh thể thường xuất hiện nhiều nhất là corundum hoặc α-nhơm oxit.
Nhơm oxit đóng vai trị bảo vệ nhơm kim loại khơng bị oxi hóa. Nhơm kim
loại là chất hoạt động hóa học mạnh, phản ứng với oxi trong khí quyển, tạo thành
một lớp mỏng nhôm oxit (độ dày 4 nm) trên bề mặt. Lớp này bảo vệ nhơm kim loại
khỏi q trình oxy hóa thêm nữa. Độ dày và tính chất của lớp oxit có thể được tăng
cường bởi q trình anot hóa. Một số hợp kim, chẳng hạn như đồng thau nhôm,
được chế tạo bằng cách cho thêm một lượng nhỏ nhôm vào hợp kim của đồng
và thiếc để tăng tính chống ăn mòn [18].

3

1.1.3. Các thành phần pha của Al2O3
Nano-Al2O3 tồn tại trong tự nhiên ở nhiều pha tinh thể khác nhau như
(α,χ,η,δ,κ,θ,γ,ρ)-Al2O3. Trong đó, α-Al2O3 là pha bền vững nhất và xuất hiện nhiều
nhất trong tự nhiên.
Sự khác nhau trong cấu trúc của Al2O3 là do sự chuyển tiếp và phát sinh
trong q trình nhiệt phân nhơm hidroxit trong các khoảng nhiệt độ khác nhau. Sự
chuyển pha này là không thuận nghịch và thường xảy ra tại một khoảng nhiệt độ
nhất định (Hình 1.2) [34].

Hình 1.2. Sơ đồ mơ tả q trình chuyển pha của nhôm oxit theo nhiệt độ
Trong các pha cấu trúc tinh thể của nhơm oxit thì α-Al2O3 và γ-Al2O3 là hai
pha tinh thể quan trọng nhất. Pha α-Al2O3 ổn định ở nhiệt độ cao, đại diện cho cấu
trúc khối của corundum, trong khi đó γ-Al2O3 có hoạt tính cao và có diện tích bề
mặt riêng lớn. Hình 1.3 minh họa cấu trúc của 2 pha tinh thể α-Al2O3 (a) và γ-Al2O3
(b) [24].

Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của α-Al2O3 và γ-Al2O3

4


Hai pha tinh thể γ-Al2O3 và α-Al2O3 được tập trung nghiên cứu trong luận
văn này.
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano nhơm oxit
Các phương pháp hóa học tổng hợp vật liệu nano Al2O3 bao gồm: phương
pháp sol-gel và phương pháp thủy nhiệt.
1.1.4.1. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gel dựa trên sự biến đổi của sol thu được từ kim loại alkoxit
hoặc tiền chất organometallic. Quá trình sol-gel thường được gọi là q trình sa

lắng dung dịch hóa học, có nhiều ứng dụng trong khoa học vật liệu và gốm sứ. Q
trình gồm các bước sau [56]:
• Tạo sol ổn định bằng cách sử dụng tiền chất
• Tạo gel bằng cách thêm thuốc thử thích hợp
• Ủ để gel phát triển, già hóa thành khối rắn
• Làm khơ gel
• Nung gel trong lò ở nhiệt độ cao
Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với
nhau theo một tỷ lệ thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất và điều kiện pH
thích hợp. Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối
lượng lớn vật liệu.
Quy trình do Rodica và cộng sự đề xuất sử dụng 2 tiền chất nhôm clorua
(AlCl3) và nhôm triisopropylate (C3H7O)3Al. Đối với tiền chất AlCl3: thêm từ từ
dung dịch NH3 28% vào dung dịch AlCl3 0,1M trong dung môi ethanol để tạo gel;
gel được ủ trong 30 giờ ở nhiệt độ phòng và sấy khô ở 1000 C trong 24 giờ. Đối với
tiền chất là (C3H7O)3Al: thêm từ từ dung dịch NH3 28% vào dung dịch (C3H7O)3Al
0,1M trong dung môi ethanol lắc nhẹ ở 900 C trong 10 giờ để tạo gel; gel được ủ
trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng và sấy khô ở 1000 C trong 24 giờ. Các gel thu được
được nung trong lò nung trong 2 giờ ở nhiệt độ 10000 C và 12000C. Hạt nano thu
được có kích thước hạt lớn và được ứng dụng trong y tế như một công cụ sinh học
[53]. Để thay đổi kích thước hạt nano như mong muốn trong q trình tổng hợp, có

5


thể sử dụng thêm các chất hoạt động bề mặt như polyethylene glycol, polyvinyl
alcohol [36].
1.1.4.2. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt là một quá trình tổng hợp vật liệu đơn giản, an tồn
và nhanh chóng, trong đó ưu điểm chính là tiết kiệm năng lượng và thời gian. Hạt

vật liệu có các kích cỡ từ nhỏ đến rất nhỏ.
Trong nghiên cứu của Dinesh và cộng sự [40], phương pháp thủy nhiệt đã
được ứng dụng với nguyên liệu ban đầu là muối nhôm nitrat (Al(NO)3) và Urê để
tổng hợp hạt nano Al2O3 vì khả năng tổng hợp được các hạt có kích thước rất nhỏ
với chi phí thấp. Quy trình tổng hợp tiến hành qua các bước: Đồng nhất (vật liệu thô
(Al(NO)3) và Urê tỷ lệ mol 1:1) trong dung dịch nước. Dung dịch sau khi đã đồng
nhất được sấy khơ trong lị nung ở nhiệt độ 1100 C thu được bột nhão. Bột nhão thu
được, được nung ở 250 - 5000 C. Bột sau khi nung được ủ ở điều kiện mơi trường.
Bột sau khi ủ, được hịa tan trong nước và được rung siêu âm để phân tán hạt nano
trong chất lỏng (nanofluid). Bước cuối cùng là kiểm tra độ phân tán của hạt. Để cải
thiện sự phân tán tốt hơn của các hạt nano, chất hoạt động bề mặt đã được thêm vào
dung dịch. Hạt nano Al2O3 thu được theo phương pháp này có diện tích bề mặt
riêng đo theo phương pháp BET lên đến 274,01 (m2/g) và kích thước hạt là 5,52nm.
Tác giả K.M. Parida và cộng sự [47] cũng đã tổng hợp thành công γ-Al2O3
với kích thước nano bằng phương pháp thủy nhiệt từ việc tạo kết tủa có kiểm sốt
với ngun liệu ban đầu là dung dịch nhôm nitrat (Al(NO3)3) 0,066M và dung dịch
amoni bicarbonate (NH4HCO3) 0,125M và nước deion, pH dung dịch sau kết tủa là
7,5, làm già hóa kết tủa trong 3 giờ. Lọc kết tủa, sấy khô và nung ở 5500C trong 5
giờ. Kích thước hạt nano thu được có kích thước rất nhỏ từ 4,7-5,7 nm, diện tích bề
mặt riêng 190 m2/g.
Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào tổng hợp đồng thời cả hai pha vật liệu
γ,α-Al2O3 được công bố. Vì vậy, luận văn này, nghiên cứu tổng hợp nano Al2O3 với
hai thành phần pha γ-Al2O3 và α-Al2O3 bằng phương pháp thủy nhiệt.

6


1.1.5. Ứng dụng của nhôm oxit
Nhôm oxit là một vật liệu quan trọng nhờ tính chất điện mơi và khả năng chịu
nhiệt rất tốt. Nhờ tính chất cơ học độc đáo, nhôm oxit được ứng dụng rộng rãi trong

công nghệ môi trường, kỹ thuật, xúc tác và y học.
1.1.5.1. Ứng dụng trong kỹ thuật
Nhờ có độ bền về mặt hóa học, nhôm oxit được ưa chuộng làm chất độn cho
nhựa. Nhôm oxit là một thành phần khá phổ biến trong một số mỹ phẩm.
Nhờ độ cứng và độ bền mà nhôm oxit được sử dụng rộng rãi như một chất
mài mịn, và có vai trị thay thế ít tốm kém cho kim cương nhân tạo. Nhiều loại giấy
nhám sử dụng tinh thể nhơm oxit. Ngồi ra, do khả năng chịu nhiệt rất tốt mà nhôm
oxit được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động mài, đặc biệt là các công cụ cắt. Bột
nhôm oxit được sử dụng trong một số bộ dụng cụ đánh bóng và sửa chữa đầu đĩa
CD/DVD. Nhôm oxit cũng được sử dụng trong kem đánh răng.
Nhôm oxit cũng được sử dụng trong một vài vật liệu sợi như: Fiber FP,
Nextel 610, Nextel 720 [45]. Sợi nano nhôm oxit trở thành một vật liệu rất được
quan tâm trong kỹ thuật.
Nhơm oxit có thể được bọc như một lớp phủ trên nhơm kim loại nhờ q
trình anốt hóa hoặc oxy hóa điện phân. Độ cứng và đặc tính chống mài mòn của lớp
phủ này là nhờ độ bền cao của nhôm oxit, độ xốp của lớp phủ được tạo ra bằng các
quy trình anot hóa trực tiếp [43].
1.1.5.2. Xúc tác
Nhôm oxit là chất xúc tác được sử rộng rãi trong công nghiệp. Trong ứng
dụng này, nhôm oxit là chất xúc tác trong quá trình Claus để chuyển đổi khí thải
hydrogen sulfide thành lưu huỳnh nguyên tố trong các nhà máy lọc dầu. Nhơm oxit
đóng vai trị như là một chất hỗ trợ cho nhiều chất xúc tác công nghiệp, chẳng hạn
như những chất được sử dụng trong khử lưu huỳnh hydro và một số trùng hợp
Ziegler Natta.

7


1.1.5.3.Ứng dụng trong y học
Dựa trên các nghiên cứu sinh học y học, nhơm oxit ít độc hại cho con người

và không ảnh hưởng đến chức năng của hệ thần kinh trung ương, gan, thận, sự trao
đổi protein và chất béo. Nhôm oxit không được vận chuyển bằng phản ứng điện hóa
vào các hạch bạch huyết và các bộ phận khác của cơ thể, không gây ra sự suy giảm
hệ miễn dịch và khơng dẫn đến khử khống mơ xương. Tính chất sinh học này của
nhơm oxit cùng với tính trơ, bao gồm chống ăn mòn và độ cứng đặc trưng của nhơm
oxit mà nó ứng dụng chính của nó trong y học là cấy ghép, phẫu thuật và dụng cụ y
tế [33].
1.1.5.4. Ứng dụng trong công nghệ môi trường
Nhôm oxit là một vật liệu có nhiều ứng dụng trong công nghệ kỹ thuật xử lý
môi trường.
Shafqat và cộng sự [12] đã đề xuất một quy trình tổng hợp γ-Al2O3 để xử lý
thuốc nhuộm xanh metylen từ nước thải công nghiệp bằng cách sử dụng dung dịch
nhôm nitrat, formadehyt và Tween 80. Kích thước của các hạt nano nằm trong
khoảng từ 30 – 50 nm, kích thước lỗ xốp tối đa là 4,13 nm và diện tích bề mặt riêng
là 112,9 m2/g. Vật liệu nano là chất hấp phụ hiệu năng cao để hấp phụ xử lý (loại
bỏ) thuốc nhuộm cation xanh metylen trong mơi trường nước.
Nhóm nghiên cứu của TS. Phạm Tiến Đức cũng đã sử dụng vật liệu α-Al2O3
biến tính với chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) natri dodecyl sunfat (SDS) để hấp
phụ xử lý amoni (NH4+) trong môi trường nước. Trong điều kiện hấp phụ tối ưu,
hiệu suất hấp phụ xử lý amoni trong hai mẫu nước nông nghiệp khá cao lần lượt là
99,5% và 96,5% [48].
Tuy nhiên, sử dụng SDS để biến tính bề mặt nano nhôm oxit với thành phần
pha khác nhau để hấp phụ xử lý thuốc nhuộm trong môi trường nước chưa được
công bố trong nước và quốc tế.
1.2. Giới thiệu về thuốc nhuộm mang điện Rhodamine B
1.2.1. Thuốc nhuộm Rhodamine B và tính chất
Rhodamine B (RhB) là một loại thuốc nhuộm tổng hợp, tinh thể có màu tím
đỏ [55]. RhB được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dệt may, nhuộm,

8

len, da, bông đay. Tuy nhiên, RhB là chất rất độc có thể gây ung thư, quái thai và
ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe cộng đồng [20].
Hình 1.4 mơ tả cơng thức cấu trúc hóa học của Rhodamine B.

Hình1.4. Cấu trúc phân tử của Rhodamine B

Rhodamine B có cơng thức phân tử là C28H31N2O3Cl.
Khối lượng phân tử là 479,02 g/mol (Rhodamine B, 1996).
RhB nóng chảy ở 210oC (410oF, 4830K) đến 2110C,
Độ hòa tan trong nước là khoảng 0,78 g/100 mL (20oC), độ hòa tan trong
ethanol là 1,49 g/100g, độ tan trong dung dịch methanol 30% thể tích cao hơn rất
nhiều khoảng 400 g/L.
Dung dịch RhB trong nước và trong ethanol có màu đỏ, ánh xanh, phát
quang mạnh, đặc biệt là trong các dung dịch pha loãng, pH của dung dịch trong
khoảng từ 1,5 đến 2,5. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB có cực đại hấp thụ ở bước
sóng 554 nm
1.2.2. Ứng dụng của Rhodamine B
RhB về cơ bản là một cation thường được sử dụng như một thuốc nhuộm
đánh dấu trong nước để xác định tốc độ và hướng của dịng chảy và vận chuyển.
RhB có khả năng phát huỳnh quang mạnh và có thể phát hiện dễ dàng bằng quang
phổ huỳnh quang. RhB được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cơng nghệ sinh
học như kính hiển vi huỳnh quang, đo đếm dòng chảy, quang phổ huỳnh quang và
ELISA (xét nghiệm miễn dịch liên kết enzyme) [11].

9


RhB đang được thử nghiệm để sử dụng làm chỉ thị sinh học của vắc xin bệnh

dại dạng uống cho động vật hoang dã chẳng hạn như gấu trúc, để xác định con vật
đã uống vắc-xin hay chưa [60]. Thuốc nhuộm RhB cũng được trộn với thuốc diệt
cỏ để hiển thị khu vực phun thuốc.
RhB cũng được dùng làm chất tạo màu trong thực phẩm. Một nghiên cứu
định tính và định lượng thuốc nhuộm Sudan và RhB trong 16 mẫu ớt và cà ri tại khu
vực phía tây của Mumbai, Ấn Độ được thực hiện năm 2017 bởi Singh và cộng sự
[59]. Trong 16 mẫu đã được phân tích theo phương pháp UV-Vis thì tỷ lệ mẫu phát
hiện có Sudan và RhB lần lượt là 37,5% và 50%. Điều này chứng minh Sudan và
RhB được sử dụng phổ biến trong các loại gia vị.
Tại Việt Nam, trong nhiều năm qua các đoàn kiểm tra liên ngành về an toàn
thực phẩm cũng phát hiện RhB được sử dụng làm chất tạo màu trong nhiều mẫu
thực phẩm như: hạt dưa, mắm tôm, bột ớt,…
1.2.3. Tác hại của RhB
RhB là thuốc nhuộm được sử dụng trong công nghiệp in, sơn màu, dệt may
là một trong những tác nhân gây ảnh hưởng nguy hại tới môi trường. Các nghiên
cứu chỉ ra tuy khoảng 1-20% lượng thuốc nhuộm bị thải ra mơi trường nhưng có thể
gây ảnh hưởng tới nguồn nước, gây mất thẩm mỹ, gây tác động xấu tới quần thể
thủy sinh vật hoặc tạo ra các sản phẩm độc hại thông qua các q trình oxy hóa,
thủy phân và các phản ứng hóa học khác xảy ra trong nước thải [27].
RhB rất độc, nếu nuốt phải có thể gây kích ứng da, mắt, hơ hấp [61]. Khi
RhB đi vào cơ thể nó có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc
hại hơn loại thường, gây ung thư và phát triển khối u tuyến giáp, gan, sản xuất tế
bào bạch huyết, khối u dạ dày. Tại đây RhB và các dẫn xuất của nó tác động mạnh
mẽ đến q trính sinh hóa của tế bào ung thư gan vì gan là cơ quan đầu tiên lọc chất
này[16].
Vì vậy, xử lý RhB trong mơi trường nước có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ
môi trường và bảo vệ sự sống.

10

1.2.4. Phương pháp xác định RhB
1.2.4.1.Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Thuốc nhuộm đã được phân tích bằng quang phổ huỳnh quang, phổ khối và
phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Trong đó, phổ UV-Vis được ứng dụng rộng rãi nhất
để xác định thuốc nhuộm vì sử dụng đơn giản, độ lặp lại tốt và giá thành thấp hơn
so với các phương pháp khác.
Tác giả Nebiye Ozkantar và cộng sự [44] đã phát triển một phương pháp
chiết siêu vi sử dụng dung môi phân tử tách RhB khỏi nước máy, son mơi và sơn
móng tay. Thuốc nhuộm RhB sau đó được xác định bằng phương pháp UV-Vis ở
bước sóng 558 nm. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp tương
ứng là 0,49 μg/L và 1,47 μg/L. Độ lệch chuẩn tương đối là 5,8%. Quy trình đã được
áp dụng thành công để xác định hàm lượng RhB trong các mẫu nước máy, son mơi
và sơn móng tay.
Phương pháp chiết pha rắn bằng cơ chế hấp phụ RhB trên nhựa Sepabeads
SP 70 đã được phát triển bởi Mustafa và cộng sự. RhB sau khi hấp phụ được rửa
giải bằng 5ml acetonitril trong cột sắc ký, để tách RhB trong các mẫu nước ngọt,
thực phẩm và nước thải công nghiệp. RhB sau đó được xác định bằng phương pháp
UV-Vis ở bước sóng 556nm. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 3,14μg/L [61].
1.2.4.2. Phương pháp phổ huỳnh quang phân tử (MFS)
Phương pháp phổ 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 bước sóng xác định tùy thuộc từng chất và có
cường độ phụ thuộc vào hàm lượng của chúng.
Năm 2017, hai tác giả Bakheet và Zhu [14] đã phát triển kĩ thuật chiết pha
rắn kết hợp với phương pháp phổ huỳnh quang phân tử để xác định hàm lượng RhB
trong mẫu thực phẩm. Các chất lỏng ion (Ion Liquid-IL) 1-octyl-3- methylimidazole
hexafluorophosphate ([OMIM] PF6) được chọn từ ba IL, cùng với (1-butyl-3methylimidazole hexafluorophosphate ([BMIM] PF6), 1-hexyl-3-metyl - imidazole
hexafluoro-phosphate ([HMIM] PF6) được lựa chọn để chế tạo cột chiết. Sau đó, cột

11


chiết pha rắn được chuẩn bị bằng cách phủ lên các chất lỏng ion lên các hạt nano
Fe3O4@SiO2 với cấu trúc lõi-vỏ, cột chiết này được gọi là Fe3O4@SiO2@ [OMIM]
PF6. Thuốc nhuộm RhB sau khi hấp phụ lên cột tách sẽ được rửa giải bằng etanol và
sau đó được phân tích bằng phương pháp phổ huỳnh quang. Trong các điều kiện tối
ưu, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), hệ số tương quan (R2) và độ lệch
chuẩn tương đối (RSD) của phương pháp lần lượt 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). Phương pháp đã được áp
dụng thành cơng để xác định RhB trong một số mẫu thực phẩm.
1.2.4.3. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là phương pháp hiệu quả để tách và phân
tích hỗn hợp các thuốc nhuộm. Sắc ký có khả năng tách chất dựa trên tương tác của
nó với pha tĩnh rắn và pha động là dung dịch lỏng. Khi các hợp chất di chuyển qua
cột ở các tốc độ khác nhau, chúng được tách thành các phân đoạn. Kỹ thuật này
được áp dụng rộng rãi, với nhiều pha tĩnh khác nhau (pha thường, pha đảo, trao đổi
ion) có thể sử dụng với các loại pha động khác nhau.
Chiye Tatebe và cộng sự [19] đã phát triển phương pháp HPLC xác định các
chất màu cơ bản như pararosaniline (PA), AuO và RhB trong nhiều loại thực phẩm
khác nhau. Giới hạn phát hiện (LOD) và định lượng (LOQ) của phương pháp lần
lượt là từ 0,0125 đến 0,05 μg/g và 0,025 đến 0,125 μg/g. Phương pháp đã được áp
dụng thành công để xác định chất màu cơ bản trong các loại thực phẩm chế biến
khác nhau như thực phẩm giàu chất béo (bột ca ri gà tandoori), các sản phẩm ớt
(gochujang và tương ớt), và các sản phẩm protein (bột tôm và súp bột).
1.2.4.4. Phương pháp điện hóa
Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dựa trên việc đo sự phụ thuộc các
đại lượng điện hóa vào nồng độ chất phân tích. Một số kỹ thuật phân tích điện hóa
được ứng dụng để xác định các hợp chất hữu cơ như vơn ampe sóng vng, vơn
ampe hịa tan hấp phụ. Ưu điểm của các kỹ thuật này là có độ nhạy khá cao, cho

phép xác định chất ở hàm lượng nhỏ, thời gian phân tích ngắn. Tuy nhiên, các kỹ
thuật này có độ chọn lọc khơng cao.

12


Năm 2013, Yu và cộng sự [66] đã phát triển phương pháp điện hóa để xác
định RhB sử dụng điện cực than thủy tinh. Von-ampe vòng và von-ampe xung vi
phân đã được sử dụng để nghiên cứu đặc tính điện hóa của RhB. Sau khi tối ưu hóa
các điều kiện thí nghiệm, dịng điện cực đại của RhB tuyến tính với nồng độ của nó
trong khoảng 4,78 của 956,1 g/L, và giới hạn của phát hiện là 2,93 g/L trong dung
dịch đệm pH 4,0. Phương pháp này đã được áp dụng thành công để phát hiện RhB
trong các mẫu nước ép trái cây và trái cây được bảo quản, cho kết quả có độ tin cậy
tốt.
1.2.5. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm RhB
1.2.5.1. Keo tụ
Keo tụ (coagulation/flocculation) là một trong những phương pháp được sử
dụng rộng rãi để loại bỏ thuốc nhuộm từ nước thải cơng nghiệp vì nó hiệu quả và
vận hành đơn giản [39]. Nguyên lý của phương pháp là sử dụng hóa chất/vật liệu
nhằm ổn định các hạt lơ lửng trong dung dịch (thay đổi trạng thái vật lý của các chất
rắn hòa tan và các hạt lơ lửng) thúc đẩy quá trình sa lắng. Ưu điểm chính của
phương pháp này là loại bỏ các phân tử thuốc nhuộm khỏi nước thải, và không phân
hủy thuốc nhuộm, nên không dẫn đến việc sản sinh ra các chất gây ơ nhiễm thứ cấp.
Hơn nữa, q trình này có thể được sử dụng trong quy mơ lớn, khả năng hoạt động
tương đối cao, hiệu quả và chi phí thấp. Một hạn chế của kỹ thuật này là một số
thuốc nhuộm phân tử nhỏ và cation có thể khơng được loại bỏ một cách hiệu quả.
Một hạn chế khác liên quan đến kỹ thuật này là tạo ra lượng bùn nhiều trong quá
trình keo tụ.
Các chất keo tụ phổ biến nhất đã được sử dụng để xử lý nước và nước thải là
các muối nhôm và sắt, như phèn, sắt clorua và sắt sunfat. Gần đây, việc sử dụng các

muối sắt và nhôm kết hợp với polyme đã được phát triển nhanh chóng và được áp
dụng rộng rãi, để xử lý nước và nước thải. Trong đó, polyaluminium chloride
(PAC) là một trong những loại điển hình và đã được áp dụng rộng rãi nhất.
Sanja Papic và cộng sự [46] đã nghiên cứu một quy trình xử lý thuốc nhuộm
Đỏ và Xanh bằng cách kết hợp chất keo tụ Al(III) và chất hấp phụ Cacbon hoạt tính.

13


Kết quả của quy trình xử lý là đã loại bỏ gần như toàn bộ (99,9%) cả hai thuốc
nhuộm từ nước thải.
1.2.5.2. Màng lọc (Membrane)
Nhiều nghiên cứu đã phát triển các công nghệ xử lý khác với công nghệ
màng. Damodar và cộng sự [22] chế tạo xúc tác màng (MPR) bằng cách tích hợp
màng polytetrafluoroethylene (PTFE) mới với hệ thống phản ứng xúc tác quang
TiO2/UV, cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ thuốc nhuộm trong nước thải
nhuộm màu đen (RB5).
Màng cacbon, như màng vô cơ xốp mới, thể hiện tiềm năng lớn trong nhiều
lĩnh vực cơng nghiệp. Nhìn chung, màng cacbon có thể được sản xuất bằng cacbon
hóa các vật liệu tiền chất carbonace, chẳng hạn như cellulose, polyimide, poly
(vinylidene chloride), và phenol formaldehyde,… trong khí trơ hoặc chân khơng
[32]. Ngồi ra, màng cacbon từ than khơng chỉ thể hiện hiệu suất tách đáng kể, mà
cịn có độ dẫn điện tốt, có thể kết hợp tách màng và sự giảm điện thế cho xử lý nước
thải. Ý tưởng này là cơng cụ rất hữu ích để xử lý nước thải RhB. Ở đây, màng
cacbon từ than được sử dụng khơng chỉ như màng lọc mà cịn là cực âm để xử lý
nước thải RhB khi dùng điện trường ngoài.
1.2.5.3. Phương pháp phân hủy quang xúc tác
Phương pháp phân hủy quang học (Photodegradation) sử dụng tác nhân ánh
sáng nhằm mục đích phân hủy chất ơ nhiễm với sự góp mặt của một số chất xúc tác,
điển hình là TiO2. Q trình này tạo ra các gốc tự do có tính oxy hóa rất mạnh, có

khả năng oxy hóa các chất hữu cơ khó bị phân hủy như thuốc nhuộm hay các hóa
chất bảo vệ thực vật. Phương pháp phân hủy quang học có nhiều ưu điểm như là sử
dụng nguồn năng lượng sạch, có sẵn và gần như vơ tận là năng lượng mặt trời; sử
dụng các chất xúc tác thân thiện với mơi trường, phản ứng có thể diễn ra trong điều
kiện nhiệt độ và áp suất thường. Đặc biệt, phương pháp này có thể phân hủy các
chất hữu cơ mà không tạo ra các nguồn ô nhiễm thứ cấp. Tuy nhiên, nhược điểm
chính của phương pháp này chính là giá thành các chất xúc tác khá cao và phân hủy
các chất không chọn lọc. Một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân hủy

14


quang học để xử lý RhB.
Hai tác giả Patrick Wilhelm và Dietmar Stephan [65] đã sử dụng phương
pháp phân hủy quang học để xử lý RhB trong nước, xúc tác sử dụng là hạt nano
SiO2 phủ TiO2. Kết quả thí nghiệm cho thấy, RhB trong 100 mL dung dịch RhB
10-5 mol/L được xử lý hoàn toàn sau 4 giờ chiếu sáng với cường độ 550 W/m2
(tương đương cường độ mặt trời vào buổi trưa ở xích đạo), lượng xúc tác sử dụng là
1,5.10-3 % SiO2 phủ TiO2.
Ruellas và cộng sự [54] sử dụng phương pháp phân hủy quang học để xử lý
RhB với xúc tác là hạt bán dẫn ZnO. Sau sáu lần tái sử dụng vật liệu hiệu suất xử lý
RhB vẫn đạt khoảng 89%.
1.2.5.4. Phương pháp oxi hóa điện hóa
Phương 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 nước thải trong đó có thuốc nhuộm màu. Phương pháp oxi điện hóa có ứng
dụng trong xử lý nước thải nhờ 2 cơ chế oxi hóa chính:
- Xảy ra phản ứng oxi hóa trực tiếp trên bề mặt anot (hoặc chuyển electron
trực tiếp sang anot). Q trình này có hiệu quả xử lý kém.
- Trong q trình điện hóa xảy ra phản ứng oxi hóa gián tiếp trong dung dịch
thơng qua gốc oxi hóa mạnh như OH*. Q trình này có hiệu quả xử lý các chất ô

nhiễm với hiệu suất cao.
Tại Việt Nam đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phương pháp
oxi hóa điện hóa xử lý thuốc nhuộm trong nước, nước thải. Tác giả Bùi Quang Cư
và cộng sự [2] đã nghiên cứu phương pháp điện hóa xử lý thuốc nhuộm Da cam II
trong nước. 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 10V, chỉ số COD của thuốc
nhuộm giảm chỉ còn 50%, phương 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 Phương và cộng sự [4] áp dụng thành cơng kỹ thuật
phương pháp oxi hóa điện hóa với điện cực anot bằng thép 304 để loại bỏ ba loại

15


thuốc nhuộm Vàng 145, Đỏ 198 và Xanh 21, đồng thời khảo sát các điều kiện tối ưu
cho phản ứng điện hóa. Kết quả cho thấy với các điều kiện tối ưu 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 ít độc, các thuốc nhuộm bị mất màu.
1.2.5.5. Phương pháp hấp phụ
Trong các phương pháp xử lý RhB, hấp phụ là phương pháp được sử dụng
phổ biến nhất do có những ưu điểm như quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý
khơng địi 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 nơng nghiệp, cơng nghiệp sẵn có và
dễ kiếm, q trình xử lý khơng đưa thêm vào mơi trường các hóa chất độc hại.
Hiện nay, các nhà khoa học trong nước và thế giới đang hướng tới nghiên
cứu các vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc từ thiên nhiên, phổ biến và hiệu quả
cao trong việc xử lý thuốc nhuộm trong nước.
Ahmed và cộng sự [21] đã nghiên cứu thành cơng quy trình tổng hợp vật liệu
phụ từ vỏ dừa để hấp phụ loại bỏ xanh metylene (MB), RhB và amoni trong nước.

Hiệu suất xử lý MB, RhB và Amoni lần lượt là 100%, 75% và 52%.
Jasmin Shah và cộng sự [58] nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm RhB từ dung
dịch nước bằng cách sử dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ quả óc chó được xử lý bằng các
phương pháp khác nhau. Các yếu tố ảnh hưởng như pH, lượng vật liệu hấp phụ, thời
gian hấp phụ, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và nhiệt độ tới khả năng hấp phụ RhB
đã được nghiên cứu. Quá trình hấp phụ phụ thuộc nhiều vào pH và sự hấp phụ tối
đa đạt được ở pH 3,0. Kết quả tính tốn từ đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir,
dung lượng hấp phụ tối đa là 2,292 mg/g.
Các ống nano poly (cyclotriphosphazene-co-4,40-sulfonyldipheno) (PZS)
được đánh giá là chất hấp phụ hiệu quả xử lý RhB. Sự hấp phụ phụ thuộc nhiều vào
nhiệt độ, nồng độ RhB ban đầu và lượng vật liệu hấp phụ. Ảnh hưởng của pH của
dung dịch ban đầu chỉ ra rằng sự hấp phụ có thể tiến hành trong cả mơi trường trung
tính và axit. Dung lượng hấp thụ cực đại ở 250C có thể đạt tới 35,58 mg/g với thời

16