Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp sản xuất bình ắc quy, pin chì, luyện kim, khai thác khoáng sản và hệ thống đường ống dẫn nước cũ không được bảo dưỡng định kỳ đã làm gia tăng nguy cơ phát tán kim loại nặng vào môi trường nước. Trong đó, chì ($\text{Pb}^{2+}$) là một trong những kim loại nặng có độc tính sinh học cao, không phân hủy sinh học và có khả năng tích lũy sinh học lâu dài trong cơ thể sinh vật. Theo các quy chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), nồng độ chì tối đa cho phép trong nước sinh hoạt chỉ dao động từ $0{,}010$ đến $0{,}015\text{ mg/L}$. Khi xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa hoặc da, chì gây ức chế quá trình tổng hợp hemoglobin khi nồng độ trong máu đạt từ $0{,}5\text{ ppm}$, dẫn đến thiếu máu, tổn thương hệ thần kinh trung ương, rối loạn chức năng thận, loãng xương, dị tật bẩm sinh và suy giảm trí tuệ ở trẻ em.
Trước thực trạng đó, nhiều giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm chì như kết tủa hóa học, đông tụ, thẩm thấu ngược, trao đổi ion và hấp phụ. Trong số này, phương pháp hấp phụ được đánh giá cao nhờ tính khả thi kinh tế, quy trình vận hành đơn giản và hiệu suất tách loại cao ở nồng độ thấp. Mặc dù các vật liệu truyền thống như than hoạt tính hay zeolite được sử dụng phổ biến, chúng vẫn bộc lộ hạn chế về dung lượng hấp phụ, tốc độ cân bằng chậm và khó biến tính kích thước lỗ xốp. Nhóm vật liệu khung hữu cơ - kim loại (Metal-Organic Frameworks - MOFs), đặc biệt là các cấu trúc mang tâm kim loại zirconium (Zr-MOFs hay Reo-MOFs), nổi lên như một giải pháp thay thế nhờ độ bền thủy phân, độ bền nhiệt cao (do liên kết mạnh giữa $\text{Zr}^{4+}$ và nguyên tử oxy) cùng diện tích bề mặt lớn. Nhằm gia tăng lực tương tác tĩnh điện với cation $\text{Pb}^{2+}$, chiến lược biến tính gắn nhóm chức sulfonic ($-\text{SO}_3\text{H}$) lên khung mạng hữu cơ là hướng đi tiềm năng để nâng cao dung lượng và tính chọn lọc hấp phụ.
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Kiều Vân Thương (ngành Sư phạm Khoa học tự nhiên, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, thực hiện năm 2024 dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Mỹ) tập trung giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu sau:
- Tổng hợp thành công cầu nối hữu cơ (linker) $4\text{-sulfonaphthalene-2,6-dicarboxylic acid}$ ($\text{H}_3\text{SNDC}$) và chế tạo vật liệu khung hữu cơ - kim loại Reo-MOF mang nhóm chức sulfonic bằng phương pháp nhiệt dung môi.
- Đặc trưng hóa cấu trúc, hình thái học, thành phần nguyên tố và độ bền nhiệt của vật liệu Reo-MOF thông qua các phương pháp vật lý - hóa học hiện đại (PXRD, FT-IR, TGA-DSC, EDX-mapping, SEM, TEM).
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ion $\text{Pb}^{2+}$ trong môi trường nước (giá trị pH, hàm lượng vật liệu hấp phụ, nồng độ ban đầu và thời gian tiếp xúc).
- Phân tích cơ chế hấp phụ thông qua việc mô hình hóa dữ liệu thực nghiệm theo các mô hình đẳng nhiệt (Langmuir, Freundlich, Temkin) và động học hấp phụ biểu kiến (bậc 1 và bậc 2).
Đối tượng nghiên cứu là vật liệu Reo-MOF biến tính nhóm sulfonic và dung dịch chứa ion chì $\text{Pb}^{2+}$. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, khảo sát trong khoảng pH từ $1{,}0$ đến $5{,}5$, nồng độ chì từ $2$ đến $1000\text{ mg/L}$ ở nhiệt độ phòng ($25\ ^\circ\text{C}$).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình nghiên cứu
Nghiên cứu dựa trên nền tảng hóa học phối trí của vật liệu khung hữu cơ - kim loại (MOFs). MOFs được hình thành từ sự tự lắp ghép giữa các ion/cụm kim loại đóng vai trò là đơn vị xây dựng thứ cấp (Secondary Building Units - SBUs) và các phối tử hữu cơ đa càng (linkers) thông qua liên kết phối trí. Đối với hệ vật liệu Reo-MOF gốc zirconium, các cụm vô cơ $\text{Zr}_6(\mu_3\text{-O})_4(\mu_3\text{-OH})_4$ liên kết với cầu nối dicarboxylate mang nhóm thế sulfonic tạo thành mạng tinh thể ba chiều với hai hệ thống kênh mao quản trực giao có kích thước $9{,}0 \times 6{,}5\ \text{Å}$ (dọc trục Oy) và $23{,}1 \times 6{,}5\ \text{Å}$ (dọc trục Oz). Cơ chế lưu giữ $\text{Pb}^{2+}$ kết hợp giữa sự khuếch tán vào cấu trúc vi xốp và lực hút tĩnh điện/trao đổi điện tử cho - nhận giữa các nhóm chức âm $-\text{SO}_3^-$ trên bề mặt khung mạng với cation $\text{Pb}^{2+}$.
Để làm sáng tỏ bản chất nhiệt động học và tốc độ của quá trình hấp phụ, tác giả sử dụng các phương trình giải tích sau:
- Mô hình đẳng nhiệt Langmuir:
$$\frac{C_e}{q_e} = \frac{1}{q_m K_L} + \frac{C_e}{q_m}$$
(Trong đó $C_e$ là nồng độ cân bằng ($\text{mg/L}$), $q_e$ và $q_m$ lần lượt là dung lượng hấp phụ cân bằng và cực đại ($\text{mg/g}$), $K_L$ là hằng số Langmuir).
- Mô hình đẳng nhiệt Freundlich:
$$\ln q_e = \ln K_F + \frac{1}{n} \ln C_e$$
- Mô hình đẳng nhiệt Temkin:
$$q_e = B \ln K_T + B \ln C_e$$
- Mô hình động học biểu kiến bậc 1 (Lagergren):
$$\ln(q_e - q_t) = \ln q_e - k_1 t$$
- Mô hình động học biểu kiến bậc 2 (Ho & McKay):
$$\frac{t}{q_t} = \frac{1}{k_2 q_e^2} + \frac{t}{q_e}$$
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích công cụ
Quy trình nghiên cứu bao gồm các bước tổng hợp hóa học và phân tích hóa lý công cụ trên các thiết bị chuyên dụng:
| Phương pháp phân tích |
Thiết bị / Điều kiện đo |
Mục đích sử dụng trong nghiên cứu |
| Nhiễu xạ tia X dạng bột (PXRD) |
Máy Bruker D8 Advance, bức xạ $\text{Cu K}\alpha$ ($\lambda = 1{,}5418\ \text{Å}$), góc quét $2\theta = 3 - 50^\circ$ |
Xác định cấu trúc tinh thể, độ đơn pha và độ ổn định của mạng lưới MOF sau hoạt hóa và sau ngâm nước |
| Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) |
Máy JASCO FT/IR-6600, vùng số sóng $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$ (ép viên KBr) |
Nhận diện các nhóm dao động đặc trưng của $-\text{SO}_3^-$ và carboxylate ($\text{C=O}$) trên linker và vật liệu |
| Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA-DSC) |
Máy SETARAM Labsys Evo 1600 TGA-SETARAM |
Khảo sát độ bền nhiệt và các giai đoạn mất khối lượng từ nhiệt độ phòng đến $600\ ^\circ\text{C}$ |
| Hiển vi điện tử quét & phổ tán xạ năng lượng (SEM-EDX) |
Kính hiển vi Hitachi FESEM S-4800 kết hợp đầu dò EDX EMAX Horiba H-7593 (thế gia tốc $20\text{ kV}$) |
Quan sát hình thái bề mặt, kích thước hạt và lập bản đồ phân bố các nguyên tố C, O, Zr, S |
| Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) |
Máy JEOL 1010-Hitachi |
Khảo sát hình thái học vi cấu trúc ở độ phóng đại cao |
| Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) |
Máy Thermo Scientific iCE 300 Series, bước sóng vạch phổ chì $217\text{ nm}$ |
Định lượng nồng độ ion $\text{Pb}^{2+}$ trước và sau hấp phụ dựa trên đường chuẩn tuyến tính ($2 - 20\text{ mg/L}$) |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Tổng quan
Chương này trình bày hệ thống tài liệu tổng quan về vật liệu khung hữu cơ - kim loại (MOFs) kể từ công trình khởi đầu của Tomic năm 1965 đến các thế hệ MOFs bền vững mang tâm kim loại zirconium do Cavka và cộng sự phát triển (tiêu biểu là UiO-66). Tác giả so sánh ưu - nhược điểm của các phương pháp tổng hợp MOFs phổ biến:
- Phương pháp nhiệt dung môi (Solvothermal): Kiểm soát tốt độ kết tinh và hình thái học nhưng tiêu tốn thời gian ($12 - 48\text{ giờ}$) và lượng dung môi lớn.
- Phương pháp siêu âm (Sonochemical): Rút ngắn thời gian kết tinh nhờ hiệu ứng tạo bọt khí sinh điểm nóng cục bộ ($5000\text{ K}$, $1000\text{ bar}$), áp dụng thành công trên MOF-5 và HKUST-1.
- Phương pháp nghiền cơ hóa học (Mechanochemical): Thân thiện với môi trường do không dùng dung môi hữu cơ nhưng độ đồng nhất tinh thể thấp hơn.
Đồng thời, chương 1 phân tích các ứng dụng nổi bật của MOFs trong lưu trữ khí ($\text{H}_2, \text{CO}_2, \text{CH}_4$), chất mang dẫn thuốc và xúc tác dị thể (phản ứng este hóa acid béo tổng hợp biodiesel xúc tác bởi UiO-66). Phần cuối chương điểm lại thực trạng ô nhiễm chì tại các làng nghề, khu công nghiệp ở Việt Nam và tổng kết các công trình xử lý chì bằng vật liệu MOFs tương tự, như VNU-23 biến tính acid đạt dung lượng hấp phụ $617{,}3\text{ mg/g}$, UiO-DMP đạt $296\text{ mg/g}$, cũng như các dòng vật liệu MIL-101(Cr) và Tb-MOFs.
Chương 2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
Chương 2 mô tả chi tiết hóa chất, dụng cụ và các bước tiến hành thực nghiệm:
- Tổng hợp linker $\text{H}_3\text{SNDC}$: Đun hồi lưu $1{,}0\text{ g}$ $2,6\text{-naphthalenedicarboxylic acid}$ ($\text{H}_2\text{NDC}$) trong $5\text{ mL}$ hỗn hợp $\text{H}_2\text{SO}_4\ 98%$ và oleum (tỉ lệ thể tích $3:1$) ở $130\ ^\circ\text{C}$ trong $24\text{ giờ}$. Sau khi làm nguội, dung dịch được hòa tan trong $100\text{ mL}$ nước cất, acid hóa bằng $50\text{ mL}\ \text{HCl}\ 37%$ trong $24\text{ giờ}$, lọc thu kết tủa trắng và sấy khô ở $80\ ^\circ\text{C}$ trong $4\text{ giờ}$.
- Tổng hợp Reo-MOF: Phối trộn $0{,}042\text{ g}\ \text{ZrOCl}_2\cdot 8\text{H}_2\text{O}$ và $0{,}036\text{ g}\ \text{H}_3\text{SNDC}$ trong $6\text{ mL}\ \text{DMF}$ và $1{,}5\text{ mL}\ \text{HCOOH}$ (chất điều hòa). Gia nhiệt hỗn hợp trong nồi cát ở $120\ ^\circ\text{C}$ trong $24\text{ giờ}$.
- Quy trình hoạt hóa và proton hóa: Bột sản phẩm được rửa lặp lại bằng DMF trong 3 ngày để loại bỏ tiền chất dư; ngâm trong dung dịch $\text{HCl}\ 1\text{M}$ (hệ dung môi $\text{MeOH}:\text{H}_2\text{O} = 4:1$) trong 2 ngày để loại bỏ cation dimethylammonium ($\text{DMA}^+$ sinh ra do sự phân hủy DMF) và proton hóa hoàn toàn nhóm $-\text{SO}_3^-$; rửa bằng $\text{MeOH}:\text{H}_2\text{O}\ (4:1)$ đến $\text{pH} = 5{,}0$; ngâm trao đổi dung môi trong MeOH 2 ngày và sấy chân không ở $80\ ^\circ\text{C}$ trong $12\text{ giờ}$.
- Quy trình khảo sát hấp phụ $\text{Pb}^{2+}$: Thiết lập đường chuẩn AAS cho chì trong khoảng $2 - 20\text{ mg/L}$; tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH ($1{,}0 - 5{,}5$), lượng chất hấp phụ ($0{,}005 - 0{,}03\text{ g}$), nồng độ chì ban đầu ($100 - 1000\text{ mg/L}$) và thời gian tiếp xúc ($3 - 60\text{ phút}$).
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Chương 3 tập trung thảo luận hai nội dung lớn:
Kết quả và đóng góp
Số liệu thực nghiệm và thông số mô hình hóa
Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số hóa lý, nhiệt động học và động học chính của vật liệu Reo-MOF trong quá trình xử lý ion $\text{Pb}^{2+}$ trích xuất từ văn bản:
| Hạng mục thông số |
Giá trị xác định trong nghiên cứu |
Ý nghĩa khoa học / Kết luận |
| Kích thước hạt (SEM/TEM) |
$50 - 100\text{ nm}$ |
Cấu trúc dạng lăng trụ nano, phân bố kết tụ |
| Kích thước lỗ xốp (Oy / Oz) |
$9{,}0 \times 6{,}5\ \text{Å}$ và $23{,}1 \times 6{,}5\ \text{Å}$ |
Hệ mao quản kép phù hợp cho ion $\text{Pb}^{2+}$ khuếch tán |
| Độ bền nhiệt giới hạn (TGA) |
Lên đến $450\ ^\circ\text{C}$ |
Cấu trúc khung phối trí $\text{Zr-O}$ có độ ổn định nhiệt cao |
| pH tối ưu cho quá trình hấp phụ |
$\text{pH} = 5{,}5$ |
Nhóm $-\text{SO}_3^-$ phân ly hoàn toàn, tránh kết tủa $\text{Pb(OH)}_2$ |
| Khối lượng chất hấp phụ tối ưu |
$0{,}02\text{ g}$ / $100\text{ mL}$ dung dịch |
Đạt trạng thái bão hòa tâm hoạt động ($77%$ ở $50\text{ mg/L}$) |
| Thời gian đạt cân bằng động học |
$30\text{ phút}$ |
Tốc độ bắt giữ ion nhanh (tăng vọt trong 10 phút đầu) |
| Mô hình đẳng nhiệt tối ưu |
Langmuir ($R^2 = 0{,}9952$) |
Hấp phụ đơn lớp trên bề mặt đồng nhất |
| Dung lượng hấp phụ cực đại ($q_{max}$) |
$1060{,}4\text{ mg/g}$ (thực nghiệm) / $1112{,}18\text{ mg/g}$ (Langmuir) |
Dung lượng bắt giữ ion $\text{Pb}^{2+}$ vượt trội |
| Mô hình động học tối ưu |
Biểu kiến bậc 2 ($R^2 = 0{,}9915$) |
Quá trình hấp phụ hóa học kiểm soát tốc độ |
| Dung lượng cân bằng động học ($q_e$) |
$861{,}43\text{ mg/g}$ (thực nghiệm) / $909{,}09\text{ mg/g}$ (lý thuyết bậc 2) |
Độ chính xác và tương quan cao giữa mô hình và thực nghiệm |
Đóng góp học thuật và giải pháp đề xuất
- Đóng góp so với các nghiên cứu trước: Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu Reo-MOF mang nhóm chức sulfonic với dung lượng hấp phụ chì đạt $1060{,}4\text{ mg/g}$, vượt trội đáng kể so với nhiều vật liệu MOF đã công bố trước đây như VNU-23 biến tính acid ($617{,}3\text{ mg/g}$) hay UiO-DMP ($296\text{ mg/g}$).
- Giải pháp giải hấp và tái sinh: Tác giả đề xuất phương án thu hồi và tái sử dụng vật liệu sau hấp phụ bằng cách giải hấp ion $\text{Pb}^{2+}$ thông qua việc rửa với dung dịch acid $\text{HNO}_3\ 1%$, cho phép tái tạo lại nhóm chức hoạt động để xử lý theo chu kỳ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Quá trình khảo sát dung lượng và động học hấp phụ chỉ mới thực hiện trên dung dịch chì nhân tạo đơn cấu tử, chưa đánh giá mức độ ảnh hưởng của các ion kim loại cạnh tranh phổ biến trong nước thải thực tế ($\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Cd}^{2+}, \text{Cu}^{2+}, \text{Fe}^{3+}$).
- Các hạt tinh thể Reo-MOF sau tổng hợp nhiệt dung môi có hiện tượng kết tụ không đồng đều với dải kích thước $50 - 100\text{ nm}$.
- Nghiên cứu chưa hoàn thành chuỗi thử nghiệm thực tế về số chu kỳ tái sinh - giải hấp liên tiếp để kiểm chứng độ suy giảm dung lượng của vật liệu.
Hướng phát triển tiếp theo
- Khảo sát thực nghiệm chi tiết khả năng tái sinh của vật liệu Reo-MOF qua nhiều chu kỳ hấp phụ - giải hấp liên tiếp bằng dung dịch $\text{HNO}_3\ 1%$.
- Mở rộng nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tương tác phân tử và tính toán hóa học lượng tử giữa tâm kim loại $\text{Zr}$, nhóm $-\text{SO}_3^-$ với ion kim loại nặng.
- Thử nghiệm mở rộng khả năng xử lý của Reo-MOF trên các ion kim loại nặng độc hại khác trong môi trường nước ($\text{Cd}^{2+}, \text{Hg}^{2+}, \text{Cr}^{3+/6+}$).
Giá trị tham khảo
Bản khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành:
- Hóa học vô cơ và Hóa học vật liệu: Cung cấp chi tiết quy trình thực nghiệm tổng hợp linker hữu cơ sulfonate hóa ($\text{H}_3\text{SNDC}$) và kỹ thuật tổng hợp Reo-MOF bằng phương pháp nhiệt dung môi, kèm theo phương pháp loại bỏ gốc $\text{DMA}^+$ trong mao quản bằng dung dịch $\text{HCl}\ 1\text{M}$.
- Kỹ thuật Môi trường và Xử lý nước thải: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về quy trình xây dựng đường chuẩn AAS, tối ưu hóa các thông số pH, khối lượng chất hấp phụ, cũng như phương pháp xử lý số liệu đẳng nhiệt (Langmuir, Freundlich, Temkin) và động học hấp phụ biểu kiến (bậc 1, bậc 2).
- Sư phạm Khoa học tự nhiên: Tài liệu mẫu chuẩn mực về cấu trúc trình bày một khóa luận thực nghiệm hóa học, kết hợp hài hòa giữa tổng hợp vật liệu nano và ứng dụng xử lý môi trường.
Câu hỏi thường gặp
1. Phối tử hữu cơ $\text{H}_3\text{SNDC}$ được tổng hợp từ tiền chất nào và điều kiện phản ứng ra sao?
Phối tử $\text{H}_3\text{SNDC}$ ($4\text{-sulfonaphthalene-2,6-dicarboxylic acid}$) được tổng hợp từ $1{,}0\text{ g}$ $2,6\text{-naphthalenedicarboxylic acid}$ ($\text{H}_2\text{NDC}$) phản ứng với $5\text{ mL}$ hỗn hợp $\text{H}_2\text{SO}_4\ 98%$ và oleum theo tỉ lệ thể tích $3:1$. Hỗn hợp được siêu âm, sau đó khuấy từ và đun hồi lưu ở $130\ ^\circ\text{C}$ trong $24\text{ giờ}$, tiếp tục acid hóa bằng $50\text{ mL}\ \text{HCl}\ 37%$ trong $24\text{ giờ}$ và sấy khô ở $80\ ^\circ\text{C}$ trong $4\text{ giờ}$.
2. Tại sao cần thực hiện bước ngâm vật liệu trong dung dịch $\text{HCl}\ 1\text{M}$ sau khi tổng hợp Reo-MOF?
Trong quá trình tổng hợp nhiệt dung môi, dung môi DMF bị phân hủy tạo ra các cation dimethylammonium ($\text{DMA}^+$). Các ion $\text{DMA}^+$ này liên kết mạnh với nhóm $-\text{SO}_3^-$ nằm bên trong lỗ xốp của Reo-MOF. Việc ngâm vật liệu trong dung dịch $\text{HCl}\ 1\text{M}$ (pha trong hệ $\text{MeOH}:\text{H}_2\text{O} = 4:1$) nhằm trao đổi ion với $\text{H}^+$, loại bỏ hoàn toàn $\text{DMA}^+$ và proton hóa các nhóm sulfonate, giải phóng các tâm hoạt động để vật liệu có thể hấp phụ ion kim loại.
3. Điều kiện tối ưu về pH và khối lượng vật liệu để Reo-MOF hấp phụ ion $\text{Pb}^{2+}$ là bao nhiêu?
Điều kiện thực nghiệm tối ưu được xác định là giá trị $\text{pH} = 5{,}5$ và khối lượng chất hấp phụ là $0{,}02\text{ g}$ (trong $100\text{ mL}$ dung dịch chì). Tại $\text{pH} = 5{,}5$, các nhóm sulfonic phân ly hoàn toàn thành ion âm $-\text{SO}_3^-$, tạo tương tác tĩnh điện mạnh nhất với $\text{Pb}^{2+}$ mà không làm phát sinh hiện tượng kết tủa $\text{Pb(OH)}_2$.
4. Quá trình hấp phụ $\text{Pb}^{2+}$ của Reo-MOF tuân theo mô hình đẳng nhiệt và mô hình động học nào?
Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir ($R^2 = 0{,}9952$) và mô hình động học biểu kiến bậc 2 ($R^2 = 0{,}9915$). Điều này chứng minh quá trình hấp phụ chì diễn ra đơn lớp trên các tâm hoạt động đồng nhất, bản chất là quá trình hấp phụ hóa học có sự trao đổi điện tử cho - nhận giữa nhóm chức $-\text{SO}_3^-$ và cation $\text{Pb}^{2+}$.
5. Dung lượng hấp phụ $\text{Pb}^{2+}$ cực đại của Reo-MOF đạt được là bao nhiêu và đạt trạng thái cân bằng trong bao lâu?
Vật liệu Reo-MOF đạt dung lượng hấp phụ chì cực đại theo thực nghiệm là $1060{,}4\text{ mg/g}$ (tính toán theo mô hình Langmuir là $1112{,}18\text{ mg/g}$). Tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh trong $10\text{ phút}$ đầu tiên và đạt trạng thái cân bằng hoàn toàn sau $30\text{ phút}$.
Kết luận
Khóa luận của tác giả Kiều Vân Thương đã tổng hợp thành công vật liệu khung hữu cơ - kim loại Reo-MOF mang nhóm chức sulfonic có độ kết tinh cao, bền nhiệt đến $450\ ^\circ\text{C}$ và có khả năng hoàn nguyên cấu trúc tốt trong môi trường nước. Vật liệu thể hiện hiệu năng xử lý chì vượt trội với dung lượng hấp phụ cực đại đạt $1060{,}4\text{ mg/g}$ tại điều kiện tối ưu $\text{pH} = 5{,}5$, đạt cân bằng nhanh chỉ sau $30\text{ phút}$. Cơ chế hấp phụ được xác định là quá trình hấp phụ hóa học đơn lớp, tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình động học biểu kiến bậc 2, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong công nghệ xử lý kim loại nặng trong nước thải.
