Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng trong môi trường nước của vật liệu khung cơ kim trên cơ sở Fe (III)

Bài viết trình bày một phương pháp phân hủy nhiệt đơn giản để chế tạo MIL-Fe và xác định đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp SEM, XRD và BET. Các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu MIL-Fe.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng trong môi trường nước của vật liệu khung cơ kim trên cơ sở Fe (III)Hóa học & Kỹ thuật môi trường NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA VẬT LIỆU KHUNG CƠ KIM TRÊN CƠ SỞ Fe (III) Nguyễn Thị Hoài Phương1*, Lê Thanh Bắc1, Ninh Đức Hà1, Nguyễn Hữu Trọng2 Tóm tắt: Vật liệu khung cơ kim được tạo thành bởi các ion kim loại hoặc các cụm ion kim loại và các chất liên kết hữu cơ, đã trở thành một họ vật liệu xốp quan trọng do các tính chất độc nhất về cấu trúc cũng như ứng dụng của chúng. Vật liệu khung cơ kim trên cơ sở Fe (III) là một trong những vật liệu khung quan trọng nhất trong các lĩnh vực ứng dụng như tích trữ khí, tách phân tử cũng như vật liệu xúc tác hoặc hấp phụ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi báo cáo một phương pháp phân hủy nhiệt đơn giản để chế tạo MIL-Fe và xác định đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp SEM, XRD và BET. Các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu MIL-Fe. Kết quả cho thấy rằng đây là vật liệu rất có tiềm năng trong việc loại bỏ có hiệu quả các ion kim loại nặng trong môi trường nước.Từ khóa: MOF; MIL; Ion kim loại nặng; Hấp phụ; Môi trường. 1. MỞ ĐẦU Việt Nam là quốc gia đang phát triển, đi đôi với sự phát triển các ngành côngnghiệp, nông nghiệp… thì vấn đề giải quyết môi trường không kém phần quantrọng. Trong đó, việc xử lý nước thải và nguồn nước ngầm bị ô nhiễm đang trở nêncần thiết và cấp bách. Các nhà khoa học đã nghiên cứu rất nhiều phương pháp đểxử lý nước, trong đó, các phương pháp hóa lý được ứng dụng phổ biến như hấpphụ, keo tụ, oxi hóa…[1-3]. Trong những năm qua, xu hướng nghiên cứu các vậtliệu tiên tiến có kích thước nano hoặc vật liệu mao quản có diện tích bề mặt riênglớn làm chất hấp phụ và xúc tác để xử lý các chất gây ô nhiễm nước được quan tâmvà ứng dụng rộng rãi [4, 5]. Bên cạnh các vật liệu mao quản truyền thống như than hoạt tính, vật liệu zeolitđã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hấp phụ, tách chất, xúc tác,một loại vật liệu mới - vật liệu khung hữu cơ kim loại đã được điều chế và đangthu hút nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu khám phá những ứng dụngvượt trội của chúng trong các lĩnh vực hấp phụ, xúc tác [6-9]. Vật liệu khung kim loại - hữu cơ (Metal Organic Frameworks - MOFs) là loạivật liệu cấu trúc nano, được kết tinh từ kim loại và các hợp chất hữu cơ: gồm cácion hoặc cluster kim loại liên kết với nhau bởi các cầu nối hữu cơ như phosphonat,cacboxylate hoặc sulfonate tạo thành một cấu trúc không gian ba chiều với nhữnglỗ xốp có kích thước ổn định. MIL-Fe (MIL: Material Institute Lavoisier) là mộttrong nhiều họ của vật liệu MOFs. Vật liệu MIL-Fe có diện tích bề mặt khá lớn:1820 m2/g (theo BET), thể tích lỗ xốp đạt 0,85 cm3/g [10]. Với diện tích bề mặtriêng rất lớn, đồng thời, có thể tích lỗ xốp cao là cơ sở để đưa vật liệu MIL-100(Fe) ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như hấp phụ khí, lưu trữ khí, hấpphụ chất hữu cơ, xúc tác, làm chất mang… [10, 11]. Trong nghiên cứu này, chúngtôi đưa ra một số kết quả nghiên cứu về đặc trưng vật liệu tổng hợp từ Fe (III) vớiaxit benzentricacboxylic và khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môitrường nước.204 N. T. H. Phương, L. T. Bắc, …, “Nghiên cứu khả năng hấp thụ… trên cơ sở Fe (III).”Nghiên cứu khoa học công nghệ 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, dụng cụa. Hóa chất - Axit 1,3,5-benzentricacboxylic (H3BTC). - Dung môi: etanol C2H5OH, N,N-dimetyl formamid HCON(CH3)2 (DMF), - Muối Fe(NO3)3.9H2O, Pb(CH3COO)2.3H2O, Na2HAsO4.7H2O,Cr(NO3)3.9H2O.b. Dụng cụ - Bình autoclave dung tích 100 ml. - Tủ ổn nhiệt Ketong 300oC. - Máy ly tâm Hettich zentifugen EBA21. - Máy hút chân không Vacsound.2.2. Tổng hợp và đánh giá đặc trưng vật liệua. Tổng hợp vật liệu - Hỗn hợp phản ứng được chuẩn bị theo tỷ lệ 5,183g Fe(NO3)3.9H2O, 2,625gH3BTC và 90ml nước cất, khuấy đều trong 30 phút. - Hỗn hợp được cho vào autoclave kín, sau đó được đặt vào tủ ổn nhiệt gianhiệt đến 150oC trong 8 giờ. - Hỗn hợp dung dịch sau phản ứng được lọc lấy kết tủa, ngâm rửa với DMFtrong 6 giờ ở 80oC để loại bỏ axit dư và muối dư. Sau đó ngâm rửa nhiều lần bằngnước cất để loại bỏ dung môi DMF. - Sấy sản phẩm trong tủ sấy ở 120oC, bảo quản trong bình thủy tinh kín.b. Đánh giá đặc trưng vật liệu - Xác định thành phần hóa học của vật liệu bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X (EDX)trên thiết bị Pro X’Pert. - Xác định hình thái học của vật liệu bằng phương pháp hiển vi điện tử quétSEM trên thiết bị Hitachi S-4600. - Xác định diện tích bề mặt thông qua phương pháp hấp phụ - giải hấp khí N2theo phương trình BET trên thiết bị NOVA station B.2.3. Đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại nặng ...