Nghiên Cứu Quá Trình Hấp Phụ Ion Hg2+ Bằng Vật Liệu ZIF-67/rGO

• Tác giả: Phạm Thị Thanh Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thắng Nguyên
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Khoa Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Hấp Phụ Ion Hg2+ Bằng Vật Liệu ZIF-67/rGO
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Cấu trúc của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Graphit, graphit oxit/ graphen oxit và graphen oxit dạng khử
• 1.1.1. Graphit
• 1.1.2. Graphit oxit/ graphen oxit
• 1.1.3. Graphen oxit dạng khử (reduced graphene oxide: rGO)
• 1.1.4. Graphen oxit dạng khử/ Coban MOF (rGO/ZIF 67)
• 1.2. Tổng quan về ion kim loại nặng Hg2+
• 1.3. Các phương pháp xử lí ion kim loại nặng trong nước
• 1.3.1. Phương pháp kết tủa hóa học
• 1.3.2. Phương pháp trao đổi ion
• 1.3.3. Phương pháp điện hóa
• 1.3.4. Phương pháp sinh học
• 1.3.5. Phương pháp hấp phụ
• 1.3.5.1. Tổng quan phương pháp hấp phụ
• 1.3.5.2. Khái niệm hấp phụ - giải hấp
• 1.3.5.3. Hấp phụ trong môi trường nước
• 1.3.5.4. Động học của quá trình hấp phụ
• 1.3.5.5. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất và dụng cụ
• 2.2. Tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Tổng hợp vật liệu ZIF-67
• 2.2.2. Tổng hợp graphene oxide dạng khử (rGO)
• 2.2.3. Tổng hợp ZIF-67/rGO
• 2.3. Đặc trưng vật liệu
• 2.3.1. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu
• 2.3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD)
• 2.3.1.2. Phương pháp chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy, SEM)
• 2.3.1.3. Phương pháp đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR)
• 2.3.1.4. Phương pháp tán xạ Raman
• 2.3.2. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu
• 2.4. Xây dựng đường chuẩn của Hg(II)
• 2.5. Thử khả năng hấp phụ Hg(II) của vật liệu
• 2.5.1. Khảo sát quá trình hấp phụ Hg(II) của vật liệu ZIF-67/rGO
• 2.5.1.1. Ảnh hưởng của pH dung dịch
• 2.5.1.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ
• 2.5.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu
• 2.5.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ
• 2.5.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.5.2. Giải hấp và tái sử dụng vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả xác định đặc trưng vật liệu
• 3.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.1.2. Phổ hồng ngoại chuyển hóa fourier (FT-IR)
• 3.1.3. Phổ tán xạ Raman
• 3.1.4. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
• 3.1.5. Kết quả đo diện tích bề mặt bằng phương pháp BET
• 3.1.6. Kết quả xác định điểm đẳng điện
• 3.2. Xây dựng đường chuẩn của Hg(II)
• 3.3. Thử khả năng hấp phụ Hg(II) của các loại vật liệu
• 3.4. Khảo sát quá trình hấp phụ Hg(II)
• 3.4.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.4.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Hg(II)
• 3.4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu hấp phụ
• 3.4.4. Ảnh hưởng của nồng độ
• 3.4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.5. Tái sử dụng vật liệu
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về quá trình hấp phụ ion Hg2 bằng ZIF 67 rGO

Quá trình hấp phụ ion kim loại nặng, đặc biệt là ion Hg2+, đang trở thành một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học môi trường. Vật liệu ZIF-67/rGO, kết hợp giữa khung kim loại hữu cơ và graphene oxit dạng khử, đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc loại bỏ ion Hg2+ khỏi nước. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

1.1. Tại sao ion Hg2 là mối nguy hiểm cho môi trường

Ion Hg2+ là một trong những kim loại nặng độc hại nhất, có khả năng tích lũy sinh học và gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Việc xác định và loại bỏ ion này khỏi môi trường nước là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1.2. ZIF 67 rGO Vật liệu hấp phụ tiềm năng

ZIF-67/rGO là một vật liệu hấp phụ mới, kết hợp giữa cấu trúc khung kim loại hữu cơ và graphene oxit dạng khử. Vật liệu này không chỉ có diện tích bề mặt lớn mà còn có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng hiệu quả, đặc biệt là Hg2+.

II. Thách thức trong việc hấp phụ ion kim loại nặng

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng, nhưng việc tìm kiếm vật liệu hấp phụ hiệu quả vẫn là một thách thức lớn. Các phương pháp truyền thống như kết tủa hóa học hay trao đổi ion thường gặp khó khăn trong việc loại bỏ hoàn toàn ion Hg2+ khỏi nước. Do đó, nghiên cứu về vật liệu hấp phụ mới như ZIF-67/rGO là rất cần thiết.

2.1. Các phương pháp xử lý ion kim loại nặng hiện tại

Các phương pháp như kết tủa hóa học, điện hóa và hấp phụ đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế riêng, như hiệu suất thấp hoặc chi phí cao.

2.2. Tìm kiếm vật liệu hấp phụ mới

Việc phát triển các vật liệu hấp phụ mới, đặc biệt là những vật liệu có khả năng hấp phụ cao và thân thiện với môi trường, là một trong những ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu hiện nay.

III. Phương pháp tổng hợp ZIF 67 rGO hiệu quả

Tổng hợp ZIF-67/rGO là một quá trình quan trọng để tạo ra vật liệu hấp phụ có hiệu suất cao. Phương pháp tổng hợp này bao gồm việc sử dụng các hóa chất và điều kiện tối ưu để đảm bảo chất lượng và tính năng của vật liệu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng axit ascorbic làm tác nhân khử là một lựa chọn an toàn và hiệu quả.

3.1. Quy trình tổng hợp ZIF 67

Quy trình tổng hợp ZIF-67 bao gồm các bước như hòa tan các hóa chất trong dung môi và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp. Điều này giúp tạo ra cấu trúc tinh thể ổn định và có tính dẫn điện tốt.

3.2. Khử graphene oxit thành rGO

Quá trình khử graphene oxit thành rGO có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp khử hóa học với axit ascorbic được đánh giá cao về tính hiệu quả và an toàn.

IV. Khả năng hấp phụ ion Hg2 của ZIF 67 rGO

Khả năng hấp phụ ion Hg2+ của vật liệu ZIF-67/rGO đã được khảo sát qua nhiều thí nghiệm. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng hấp phụ cao, với tốc độ hấp phụ nhanh và hiệu suất tốt trong các điều kiện khác nhau. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xử lý nước thải.

4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ

Nghiên cứu cho thấy pH của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ ion Hg2+. Ở pH tối ưu, hiệu suất hấp phụ đạt mức cao nhất.

4.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ

Thí nghiệm cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ của ZIF-67/rGO là rất ngắn, cho thấy vật liệu này có khả năng hấp phụ nhanh chóng ion Hg2+.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về quá trình hấp phụ ion Hg2+ bằng vật liệu ZIF-67/rGO đã chỉ ra tiềm năng lớn của vật liệu này trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả hơn trong tương lai.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả cho thấy ZIF-67/rGO có khả năng hấp phụ ion Hg2+ cao, với nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ. Điều này chứng tỏ vật liệu này có tiềm năng ứng dụng lớn trong xử lý nước.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính chất của vật liệu ZIF-67/rGO và khảo sát khả năng hấp phụ của nó đối với các ion kim loại nặng khác.