Nghiên cứu biến tính ống nano cacbon bằng 8-hydroxyquinolin để ứng dụng tách đồng (II) trong nước

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về biến tính ống nano cacbon (CNT) với 8-hydroxyquinolin (8-HQ) để ứng dụng trong việc tách đồng (II) ra khỏi nước. Các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại IR, phân tích nhiệt TGA, kính hiển vi điện tử quét SEM đã chứng minh sự thành công của quá trình biến tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu biến tính ống nano cacbon bằng 8-hydroxyquinolin để ứng dụng tách đồng (II) trong nướcHóa học và Kỹ thuật môi trường NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ỐNG NANO CACBON BẰNG 8-HYDROXYQUINOLIN ĐỂ ỨNG DỤNG TÁCH ĐỒNG (II) TRONG NƯỚC Nguyễn Thị Hoà1*, Nguyễn Mạnh Tường1, Đỗ Thị Thuỷ1, Nguyễn Văn Tuyến2 Tóm tắt: Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về biến tính ống nano cacbon (CNT) với 8-hydroxyquinolin (8-HQ) để ứng dụng trong việc tách đồng (II) ra khỏi nước. Các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại IR, phân tích nhiệt TGA, kính hiển vi điện tử quét SEM đã chứng minh sự thành công của quá trình biến tính. Khả năng tách ion đồng (II) ra khỏi dung dịch được nghiên cứu qua các đại lượng như: thời gian cân bằng hấp phụ, ảnh hưởng của pH, dung lượng hấp phụ cực đại, hấp phụ động. Quá trình hấp phụ đạt cân bằng sau 60 phút. Dung lượng hấp phụ cực đại đồng (II) của CNT biến tính với 8-HQ (CNT/8-HQ) và CNT biến tính với axit (CNT-a) lần lượt là 83 mg/g và 77 mg/g trong khoảng pH 6-7.Từ khóa: Ống nano cacbon, 8-hydroxyquinolin, Biến tính, Hấp phụ đồng. 1. MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây ống nano carbon (CNT) được coi là vật liệu có tiềmnăng lớn trong việc hấp thụ các ion kim loại nặng từ dung dịch nước. Tuy nhiên hiệuquả xử lý, mức độ chọn lọc và độ nhậy vẫn còn hạn chế. Việc sử dụng các ống nanocacbon biến tính là biện pháp quan trọng nhằm tăng cường hiệu quả xử lý, độ chọn lọccác kim loại nặng. Bề mặt của ống nano cacbon có thể được biến tính bằng nhiều cáchkhác nhau, chẳng hạn như hình thành liên kết hóa học giữa các chất biến tính với bềmặt CNT hoặc hấp phụ vật lý của các chất biến tính lên CNT [1]. Nhiều nghiên cứu đãtập trung vào việc xử lý các ion kim loại nặng bằng các ống nano carbon đã biến tínhnhư cadmium [2], nickel và strontium [3], chì [4], crom [5], uranium [6], đồng [7], vàcác ion đồng, kẽm, cadimi, nickel [8] trong nước. Các phân tử 8-hydroxyquinolin (8-HQ), còn được gọi là 8-quinolinol hoặcoxine, là một monoprotic, tác nhân chelating bidentate. Nó chứa một nguyên tửoxy và một nguyên tử nitơ có cặp electron tự do có thể vừa liên kết với các nguyêntử kim loại. Chất hấp phụ khác nhau trước đây đã được biến tính bởi 8-HQ để tăngcường sự hấp thụ và loại bỏ các ion kim loại nặng từ dung dịch nước. Ví dụ, Ozcanvà các đồng nghiệp đã nghiên cứu biến tính bentonite với 8-HQ nhằm hấp phụ ionPb2+ trong nước. Các kết quả chỉ ra rằng bentonite biến tính với 8-HQ có khả nănghấp phụ tốt các ion kim loại chì (II) trong dung dịch nước. Quá trình hấp phụ là vậtlý, tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. [9]. Ngoài ra 8-HQ còn đượcbiến tính với bentonit để hấp phụ các ion kim loại khác nhau [10] và được biến tính98 N.T.Hòa, N.M.Tường, Đ.T.Thủy, N.V.Tuyến, “Nghiên cứu biến tính … trong nước.”Nghiên cứu khoa học công nghệvới chitosan nhằm làm giàu và xác định ion kẽm [11]. 8-HQ còn được sử dụng chếtạo nano polymer dạng hình cầu nhằm loại bỏ chọn lọc urani ra khỏi nước của hồnước mặn Sambhar và trong nước ngầm [12]. Trong nghiên cứu này, ống nano cacbon chế tạo bởi nhóm nghiên cứu của ViệnHoá học - Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, trên cơ sở nhiệt phân khíhidrocacbon sử dụng xúc tác MgFeOx được biến tính với 8-HQ. Vật liệu sau biếntính được khảo sát bằng các phương pháp phân tích như kính hiển vi điện tử quét(SEM), phổ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt (TGA). Khả năng hấp phụ ion chì (II)trong nước của ống nano cacbon biến tính với 8-hydroxyquinolin (CNT/8-HQ)được nghiên cứu qua các yếu tố như thời gian cân bằng hấp phụ, dung lượng hấpphụ cực đại, ảnh hưởng của pH, nhiệt độ; khả năng hấp phụ ion đồng (II) của CNTaxit hoá (CNT-a) cũng được khảo sát để so sánh. 2. THỰC NGHIỆM2.1. Hoá chất Ống nano cacbon sử dụng để nghiên cứu được tổng hợp tại phòng Vật liệu nanocủa Viện hóa học-Vật liệu, theo phương pháp nhiệt phân khí PLG có mặt xúc táctrên thiết bị bán liên tục, có đường kính ngoài 20-40 nm, đường kính trong ~ 5-15nm. Các hoá chất khác 8-hydroxyquinolin, H2SO4, HNO3,... đều là hoá chất tinhkhiết.2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ2.2.1. Axit hoá ống nanocacbon Cân 3 g CNT vào 100 mL hỗn hợp axit H2SO4 và HNO3 với tỉ lệ 7:3. Khuấyhỗn hợp trong 3 giờ ở khoảng nhiệt 90-100 °C. Sau đó làm nguội hỗn hợp ở nhiệtđộ phòng. Tiến hành lọc, rửa bằng nước cất đến khi pH =7, sấy khô ở 100 °C, thuđược ống nano cacbon đã được axit hóa.2.2.2. Biến tính ống nanocacbon với 8-hydroxyquinolin Cho từ từ 1,5 g 8-HQ vào 400 mL nước cất, khuấy đều trong 12 giờ. Sau đólọc bỏ phần chưa tan nhằm thu được dung dịch 8-hydroxyquinolin bão hòa màuvàng. Cho 4 g CNT đã axit hóa vào 400 mL dung dịch 8-HQ bão hòa, khuấy trong2 ngày. Sau đó, sản phẩm được lọc bằng giấy lọc, rửa sạch bằng nước cất để loạibỏ 8-HQ dư cho đến khi dịch lọc hết màu vàng. ...