CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1.1 Lich sử nghiên cứu về DES Hệ dung môi sâu (Deep eutectic solvent - DES) là một lĩnh vực nghiên cứu đang phát trién nhanh chóng trong lĩnh vực hoá học và ứng dụng công nghiệp. Vào năm 2001 trong nghiên cứu của (Abbott et al.), họ đã sử dụng chat choline chloride va urea dé tao ra loại dung môi được xem la DES đầu tiên. Đây được coi là một bước đột phá trong nghiên cứu DES và đã khởi đầu sự phát triển của lĩnh vực này. Dung môi eutectic là chất tương tự của chất lỏng ion chứa hai hoặc nhiều hợp chất thường bao gdm mudi amoni bậc bon hoặc mudi phosphonium halide làm chất nhận liên kết hydro và amine, carbohydrate, rượu hoặc cacboxylic acid làm chất cho liên kết hydro.
Nghiên cứu nảy nêu rõ tính chất tương tự của DES với chất lỏng ion (IL), nhưng với tính chất thân thiện hơn đối với môi trường như không làm ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng rất ít đến sinh vật trong môi trường thực hiện việc tách chiết ion kim loại nặng. Công bỗ này đã mở ra rat nhiều hướng nghiên cứu hay ứng dung DES trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống như tách chiết một số hợp chất sinh học từ thực vật ứng dụng vào y học và được phẩm. Trong nghiên cứu của (D. Smith et al., 2014) đã sử dụng DES dé tách chiết chiết chất phenolic từ cây có, mở ra cơ hội cho việc sản xuất chất chống oxi hoá tự nhiên có triển vọng ứng dụng vào một số loại thuốc hay thực phẩm chức nang giúp làm chậm quá trình lão hoá cho con người.
DES cũng có tiềm năng trong năng lượng và điện tử như nghiên cứu của (Sun ct al., 2015) đã sử dụng DES làm dung môi cho việc sản xuất các vật liệu bán dẫn có tính ôn định hoá học cao, có thé ứng dụng trong công nghệ điện tử và pin mặt trời. Tại Việt Nam trong vai năm trở lại đây cũng đã có nghiên cứu vẻ điều che và ứng dụng DES trong xúc tác, chọn lọc hiệu quả sản phẩm tông hợp hữu cơ của (Sơn ct al, 2022) cho thấy có sự hình thành tương tác liên kết hydrogen liên phân tử giữa L-proline và acid para-toluenesulfonic. Xúc tác điều chế có thé sử dụng 4 lan mà không thay đỗi hoạt tính đáng kể sau mỗi lan sử dụng. DES điều chế cũng cho thấy sự chọn lọc khi ưu đãi hình thành sản phẩm benzimidazole the hai lần so với benzimidazole thé một lần.
14 Xử lý chất thải là nội dung chính mà nghiên cứu về DES hướng đến bao gồm khả năng tách chiết một số ion kim loại nặng đã được nghiên cứu và công bố trong các bai báo trước đây. Trong một nghiên cứu của (Abbott et al.), DES được sử dụng dé ly tâm hay tách chiết, hap phụ kim loại nặng khỏi nước thải công nghiệp, giúp làm giảm tác động xấu lên môi trường. Từ đây đã có rất nhiều những nghiên cứu về ting dụng DES trong xử lí chất thải. Trong nghiên cứu của (Wen et al., 2015) và các cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng cúa DES đến khả năng phân hủy sinh học của chất trong môi trường nghiên cứu cũng như độc tính của DES.
Ngày càng có nhiều thách thức đối với việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người nói riêng cũng như các loài sinh vật sống nói chung ma 6 nhiễm ion kim loại nặng trong nguôn nước là một trong các nguy cơ hàng dau cần phải có biện pháp xử li. Đi kèm với các tiền bộ khoa học công nghệ chính là các van đề về môi trường sống. Lam sao dé vừa phát triển về khoa học và công nghệ vừa bảo vệ môi trường chính là một câu hỏi lớn can rất nhiều nghiên cứu đề có thé ôn định và phát triển bền vững. DES là một giải pháp tiềm năng và đáng dé chúng ta nghiên cứu cũng như mở rộng khả năng tách chiết các ion kim loại trong nguồn nước nói chung vốn ngày cảng được phát hiện nhiều trong nguồn nước từ các hoạt động khai khoảng hay công nghiệp nặng nói chung.
Một ví dụ điền hình khác là nghiên cứu của (Karimi et al., 2015, 2016), trong đó họ sử dụng DES đề tách chiết ion cadmium và chì trong đầu ăn, giúp giảm độ độc hại của nước và đầu thải ra chứa cadmium vốn được xem là một trong những nguyên tổ kim loại có hại với cơ thé sinh vật song nói chung. Ngoài ra ở quy mô rộng hơn vẻ đỗi tượng tách chiết trong nghiên cứu của (Shishov et al., 2022) họ đã tiên hành tách một loạt các ion kim loại nặng (Ag, Al, B, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sn, Ti, V va Zn) từ mẫu va cho kết quả tương đối kha quan trong hiệu suất tách các kim loại này ở dạng hoà tan trong mẫu phân tích với việc khảo sát ảnh hưởng của chất cho liên kết hydrogen (HBD) và chất nhận liên kết hydrogen (HBA) trong hệ dung môi DES. Việc có điểm đông đặc thấp hơn cũng là một lợi thé cơ bản của hệ dung môi này so với 15 các dụng môi hữu cơ thông thường vì chúng có thẻ tách chiết ion kim loại nặng trong một khoảng nhiệt độ rộng hơn. Nhìn chung việc tách chiết được ion kim loại nặng của các loại DES khác nhau chủ yếu dựa vào khả năng tạo thành phức hoặc bao phủ các ion kim loại nặng nảy trong môi trường có chứa các ion kim loại nặng thông qua các liên kết hydrogen.
Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong tách chiết các kim loại nặng khỏi môi trường pha long nhờ thành các thành phan cơ bản có trong DES là một chat Hydrogen bond donor (HBD) và một chat Hydrogen bond acceptor (HBA).1 Một số HBA, HBD điền hình từ bài báo của (Yuan et al., 2022a) Cơ chế của DES trong tách chiết kim loại nặng có ưu điềm vượt trội so với dung môi hữu cơ thông thường là có thẻ điều chỉnh dựa trên điều kiện tách chiết cụ thể cho từng loại ion kim loại khác nhau. Bằng cách thay đôi thành phần của DES hoặc điều kiện nhiệt độ và áp suất, DES có thé được điều chỉnh dé có thé tách tốt hơn với các loại ion kim loại cụ thể và cải thiện được hiệu suất tách. 16 Việc thu hồi lại DES sau quá trình tách chiết cũng được quan tâm nghiên cứu. Chang hạn nghiên cứu của (Yuan et al., 2022) đã nghiên cứu một phương pháp với LICoO: được hoà tan trong ChCl : EG (1 : 2) là một loại DES thông qua quá trình oxy hoá đồng thời EG và khử cobalt ở 220 °C trong thời gian 24 giờ.
Trong quá trình kết tủa, người ta thu được hỗn hợp CoCOs, Co(OH)¿ và Co:O¿ khi thêm dung dịch NaCOs. Khoảng 74% cobalt có thê được thu hôi dưới dạng Co:Ox sau khi nung ở 500°C trong 6 giờ, điều này rất hữu ích trong việc tạo ra các LIB mới. Hay có thé ké đến quá trình chiết DES và lắng đọng điện tích hợp vốn đã được coi là một phương pháp day hứa hẹn dé thu hỏi kim loại với ưu điểm là độ hoà tan cao của mudi kim loại, cho phép hoà tan chọn lọc và lắng đọng điện tiếp theo của kim loại. Ngoài ra, có thé điều chỉnh quá trình lắng đọng với DES làm chất điện phan, đặc biệt nhờ vào độ bên của các dung môi này bằng cách thay đôi HBA, HBD hoặc tỷ lệ mol của chúng.
So với các phương pháp tái chế khác như thủy luyện kim và luyện kim hoa, quy trình chiết DES và lắng đọng điện tích hop có ưu điểm là cặn có độ tinh khiết cao, vận hành dé dang và có khả năng giảm chi phí. Như trong một nghiên cứu của (Chen et al., 2013) họ đã tông hợp được tinh thẻ nano từ tính FesOs hình cầu (FesOs-DES) có kích thước tỉnh thé trung bình được tong hợp bằng cách đồng kết tủa các ion Fe** và Fe** trong dung môi eutectic sâu choline clorua/urea lần đầu tiên. So với Fc:O: tạo ra trong nước, tinh thé nano Fe:O;-DES cho thay khả năng hap phụ của Cu** được cải thiện đáng ké sau khi biến tính bề mặt bằng EDTA (28,0 so với 21.g! FeaO¿) và dé dang thu hồi bằng nam châm bên ngoải. Vi vậy trong dé tài này FesOs sẽ được kết hợp với các loại DES được điều chế đẻ tạo thành vật liệu mới và khảo sát kha năng hap phụ ion Pb** và Cu?* với các ưu điềm kì vọng như dé thu hỏi, hiệu suất hap phụ cao và có khả năng tái sử dụng nhiều lần.2 Cac phuong phap phan tich 1.1 Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu 1.1 Phương pháp quang phổ hong ngoại (Fourier transform infrared Specfroscopy-F T-IR) Phương pháp FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) là kỹ thuật phan tích hoa hoc duge str dung đề xác định thành phần hoá học và cầu trúc của các chất.
Nguyên lý cơ bản của FT-IR là đo sự hap thụ tia hồng ngoại (IR) bởi mẫu. Khi mẫu hap thụ tỉa IR, nó sẽ gây ra các đao động của liền kết hoá học trong phân tử. FT-IR sử dụng biến thẻ của phép biến đổi Fourier để chuyên đôi tín hiệu hong ngoại thành phô, giúp xác định các nhóm chức va cau trúc phân tử của chat, 1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray diffraction - XRD) Phương pháp XRD (X-ray Diffraction) là một kỹ thuật phân tích cấu trúc tinh thé của vật liệu. Nguyên lý của XRD dựa trên hiện tượng tán xạ tia X khi chúng tương tác với mang tinh thé của mẫu.
Khi tia X chiếu vào mẫu, chúng bị tán xạ theo các hướng nhất định do cau trúc tinh thé của vật liệu. Phân tích góc tan xa va cường độ của tia X cho phép xác định cau trúc tinh thẻ, kích thước hạt, và các đặc trưng khác của mẫu. XRD thường được sử dụng đẻ nghiên cứu các vật liệu rắn, như khoáng vật, kim loại, và polymer. Phương trình Scherrer Từ phương trình Scherrer trong X-ray nhiễu xạ và tỉnh thê học với độ mở rong của một đỉnh trong một mô hình nhiều xạ nó có thẻ được sử dụng dé xác định kích thước của tinh thé ở dang bột.
Phương trình này kha dung trong phạm vi kích thước tinh thé khoảng đưới micromet(10 “m). Phương trình Scherrer có dạng: KÀ D= (nm) (1) 8cos(8) 18 Trong đó: D là kích thước tinh thé (nm). K là hằng số Scherrer, có giá trị là 0,9 và không có thứ nguyên. Lambda (A) là bước sóng của nguồn phát tia X, có giá trị 0.
B là bẻ rộng (FWHM) tại nửa độ cao của peak cực đại(radian).