Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HÓA HỌC
Hoàng Thị Chi
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT GRAPHEN
OXIT/MnO2 VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60440120
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN MẠNH TƢỜNG
PGS.TS. NGUYỄN VĂN NỘI
Hà Nội – Năm 2016
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..............................................................................................................
1
Chương 1. Tổng quan...........................................................................................
3
1.2.2. Cấu trúc của graphen ..................................................................................
8
1.2.3. Tính chất vật lý của graphen ......................................................................
10
1.2.4. Phương pháp tổng hợp graphen .................................................................
10
1.2.5. Graphen với xử lý môi trường ...................................................................
12
1.3. Giới thiệu chung về oxit graphen ..................................................................
13
1.3.1. Tổng hợp oxit graphen ...............................................................................
13
1.3.2. Tâm hoạt động của graphen và oxit graphen .............................................
14
1.3.3. Vật liệu dựa trên cơ sở graphen .................................................................
23
2.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ..................................................
24
2.2.3. Phương pháp phân tích thành phần Energy-Dispersive-XraySpectroscopy……………………………………………………………………. 24
2.2.4. Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) ........................
25
2.2.5. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại nặng ......................................
26
2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu ...................................................
27
2.4.Nghiên cứu khả năng tái sử dụng của vật liệu tổ hợp đã tổng hợp.................
27
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
2
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Kết
quả
phân
tích
ảnh
SEM 29
.......................................................................
3.1.2. Khảo sát kích thước hạt của vật liệu .............................................................. 30
3.1.3.
Kết
quả
phân
tích
phổ 32
IR............................................................................
3.1.4.
bằng
hấp
phụ 39
.........................................................
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ ion Pb2+..............
42
3.2.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với 43
Pb2+,Cu2+,Ni2+
3.2.6. So sánh khả năng cạnh tranh hấp phụ của chì, đồng và niken 50
...................
3.3. Bước đầu nghiên cứu khả năng tái sử dụng của vật liệu tổ hợp GO/MnO2...
52
KẾT LUẬN ..........................................................................................................
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 55
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
3
Bảng 3.5. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với Ni2+...............
42
Bảng 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Pb2+......................
43
Bảng 3.7. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Pb2+...................
44
Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Cu2+..................
46
Bảng 3.9. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Ni2+...................
47
Bảng 3.10. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Pb2+,Cu2+ và Ni2+.........
49
Bảng 3.11. Sự hấp phụ cạnh tranh của Pb2+, Cu2+ và Ni2+ lên vật liệu GO/MnO2.......
51
Bảng 3.12. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu GO/MnO2 tại pH = 2..............
Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị tổng hợp GO............................................................................
20
Hình 2.2. Một số hình ảnh khi điều chế Graphene Oxit a) làm lạnh hệ b) bắt đầu gia
nhệt c) pha loãng hỗn hợp.............................................................................................
21
Hình 2.3. Sơ đồ tổng hợp GO........................................................................................
21
Hình 2.4. Sơ đồ tổng hợp MnO2....................................................................................
22
Hình 2.5. Sơ đồ tổng hợp GO/MnO2..............................................................................
23
Hình 2.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir............................................................
26
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf.........................................................................
26
Hình 3.1: Ảnh SEM của MnO2 (a), GO (b) và GO/MnO2 (c,d)....................................
5
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
-------------------------------------------------------------------------------------------2+
Hình 3.8. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Pb , Cu2+ và Ni2+
38
Hình 3.9. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với Pb2+..............
40
Hình 3.10. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với Cu2+...........
41
Hình 3.11. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với Ni2+............
42
Hình 3.12. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Pb2+....................
43
Hình 3.13. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của GO, MnO2, GO/MnO2 đối với
Pb2+.................................................................................................................................
45
Hình 3.20. Sơ đồ quá trình hấp phụ - giải hấp của liệu tổ hợp GO/MnO2....................
52
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
6
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát
từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu. Các số liệu
có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong luận văn
được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực chưa từng được ai công bố
trước đây.
Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2016
Tác giả luận văn
Hoàng Thị Chi
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
7
Khoa Hóa Học
-------------------------------------------------------------------------------------------MỞ ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đã đi kèm với tình trạng ô
nhiễm môi trường gia tăng, đặc biệt là ô nhiễm do kim loại nặng. Môi trường nước
ở Việt Nam đang xuống cấp một cách cục bộ. Nước thải ở nhiều cơ sở sản xuất
chỉ được xử lý sơ bộ, thậm trí chưa được xử lý đã thải ra môi trường. Hậu quả là
môi trường nước ở nhiều nơi đang bị ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Ni, Pb, Cd, Fe,
Zn,…)[3].
Có rất nhiều phương pháp để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước như trao đổi
ion, thẩm thẩu ngược, lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ... Trong đó hấp phụ là một
trong những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác vì vật
liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền,
thân thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm [2].
Gần đây, graphen và vật liệu trên cơ sở graphen nhận được sự quan tâm đặc
biệt bởi những đặc tính hấp dẫn như diện tính bề mặt lớn, độ ổn định hoá học cao và
tính đàn hồi tốt đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới ghi nhận [15]. Graphen và
các dẫn xuất của nó đang được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực ứng dụng quan
trọng công nghệ điện tử, máy tính như tích trữ năng lượng, pin mặt trời, transistors,
xúc tác cảm biến, đặc biệt là chúng được làm vật liệu hấp phụ trong xử lý môi
trường. Graphen oxit là chất nền lí tưởng cho việc gắn các oxit kim loại để nâng cao
hiệu suất hấp phụ vật liệu [17].
Trong những năm gần đây, một số oxit kim loại như MnO2, Fe2O3, TiO2,
Al2O3, ZnO,... đã được nghiên cứu về khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng trong
nước và nước thải. Tuy nhiên việc sử dụng độc lập các oxit kim loại còn gặp nhiều
khó khăn bởi các hạt oxit dễ dàng kết dính lại với nhau và phân tán kém trong dung
dịch. Nano MnO2 có nhiều ứng dụng như để sản xuất pin khô, là chất xúc tác, dùng
trong sản xuất đồ gốm,… Với diện tích bề mặt riêng lớn nên Nano MnO2 có ứng
dụng làm chất hấp phụ xử lý môi trường[5].
1.1.1 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại nặng có khối lượng riêng lớn hơn
5g/cm3[3]. Hầu hết các kim loại nặng ở dạng vết là các nguyên tố dinh dưỡng
cần thiết cho sự phát triển của sinh vật.
Bảng 1.1. Nồng độ giới hạn của một số kim loại nặng trong nước thải công
nghiệp và nước cấp sinh hoạt theo Tiêu Chuẩn Quốc TCVN 5945:2010
STT
Giá trị giới hạn (mg/l)
(TCVN 5945:2010)
Tên chỉ tiêu
1
Hàm lượng Cadimi
Nƣớc cấp sinh hoạt
0,1
Nƣớc thải công nghiệp
0,2
2
Hàm lượng chì
0,1
0,5
2
7
Hàm lượng kẽm
3
3
Tuy nhiên, khi hàm lượng của chúng vượt quá giới hạn cho phép, chúng lại
thường có độc tính cao.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước
là nước thải chứa các ion kim loại nặng từ các khu công nghiệp, khu chế xuất thải
ra môi trường. Một số hợp chất kim loại nặng khi thải ra môi trường bị tích tụ
và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dưới tác động của
nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán
rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại nặng thường
xâm nhập vào cơ thể theo chu trình thức ăn. Ngoài ra còn thông qua con đường hô
hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và sinh vật [3].
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
3
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
nhiệt tốt nên nó là một trong những kim loại chủ yếu của kĩ thuật điện. Đồng được
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
4
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
sử dụng nhiều để sản xuất mô tơ điện, động cơ điện, máy thu thanh, vô tuyến
truyền hình, các thiết bị điện tử, các đồ dùng gia dụng. Trong các ngành thuộc da,
thuốc nhuộm, y học,... Ngoài ra đồng còn là nguyên tố vi lượng quan trọng, cần
thiết đối với thực vật và động vật. Với thực vật, nếu thiếu đồng, hàm lượng diệp
lục tố ít đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra hoa quả và có thể chết. Ở người và động vật
khi thiếu đồng, hoạt tính của hệ men giảm đi, quá trình trao đổi protein bị chậm lại,
do đó các mô xương chậm phát triển, thiếu máu, suy nhược… Nhu cầu hàng ngày
của người lớn khoảng 0,033 – 0,050 mg/kg thể trọng. Tuy nhiên nếu hàm lượng
đồng trong cơ thể lớn thì cơ thể sẽ bị nhiễm độc và có thể gây một số bệnh về thần
kinh, gan, thận; lượng lớn đồng hấp thụ qua đường tiêu hóa có thể gây tử vong.
c. Tình trạng ô nhiễm và độc tính của chì
Chì là một trong bảy kim loại mà con người đã biết từ thời cổ đại. Ba bốn
ngàn năm trước công nguyên, người cổ Ai cập đã dùng chì để đúc tiền, đúc tượng
và những vật dụng khác. Quặng chì quan trọng nhất là galenit (PbS), ngoài ra còn
gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3)[5,8].
Việc sử dụng rộng rãi chì làm nảy sinh một số vấn đề lớn là sự ô nhiễm độc
chất chì trong môi trường sinh thái, đặc biệt là môi trường nước. chì là kim loại
nặng có tính độc hại cao, khi xâm nhập vào cơ thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến
Hấp phụ vật lý
Hấp phụ hóa học
Lực Vanderwalls : liên kết Liên kết hóa học : liên kết
yếu và dễ bị phá vỡ
ion, cộng hóa trị,…
Có thể là hấp phụ đơn lớp
Chỉ là hấp phụ đơn lớp
hoặc đa lớp
Xảy ra nhanh do không đòi Xảy ra chậm do đòi hỏi sự
hỏi sự hoạt hóa phân tử
hoạt hóa phân tử
Thấp
Cao
Lượng nhiệt tỏa ra trong Lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn 22
khoảng 2-8 kcal/mol
kcal/mol
Quá trình hấp phụ thường gồm 3 giai đoạn sau :
Nhiệt hấp phụ
- Khuếch tán ngoài : quá trình di chuyển chất cần hấp phụ từ dung dịch tới bề
mặt chất hấp phụ.
- Quá trình giữ (liên kết) tạp chất trên bề mặt chất hấp phụ.
- Khuếch tán trong: di chuyển các chất vào bên trong các lỗ mao quản.
Hấp phụ là một trong những phương pháp được đánh giá cao bởi chi phí
thấp, cách sử dụng đơn giản, hiệu quả và thân thiện với môi trường.
Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ. Các chất có
tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân ly, tích điện âm, dương hoặc trung
hoà. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp
phụ do sự phân ly các nhóm chức.
Tính chọn lọc và cạnh tranh của quá trình hấp phụ trong môi trường nước bị
ảnh hưởng bởi tính tương đồng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Một qui luật
thường gặp là các chất phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, còn các chất không
phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt không phân cực. Tính chọn lọc và tính cạnh tranh
còn phụ thuộc vào kích thước phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Khi giảm kích
thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dịch thường tăng lên
nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thước của mao quản không cản trở sự đi vào của
chất hấp phụ. Nếu kích thước mao quản bé hơn kích thước của phân tử hấp phụ thì sự
hấp phụ sẽ bị cản trở.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
7
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
Tóm lại hấp phụ trong môi trường nước có cơ chế phức tạp do yếu tố hấp phụ
hỗn hợp, sự biến đổi bản chất hoá học của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ vào môi
trường.
So với các phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có các
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
Về mặt cấu trúc màng graphen được tạo thành từ các nguyên tử cacbon sắp
xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng, hay còn gọi là cấu trúc tổ ong.
Trong đó, mỗi nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử cacbon gần nhất bằng
liên kết π-π, tương ứng với trạng thái lai hóa sp2. Khoảng cách giữa các nguyên tử
cacbon gần nhất là 0,142nm, chiều dày mỗi tấm graphen là 0,35 – 1,0 nm. Theo
nguyên lý Pauli, lai hóa sp2 sẽ đặc trưng cho mức độ bền vững trong cấu trúc phẳng
của màng graphen. Vân đạo p còn lại nằm vuông góc với cấu trúc phẳng của màng,
xen phủ bên hình thành liên kết π, và mức năng lượng này chưa được lấp đầy nên
gọi là các vân đạo không định xứ, chính nó đã đóng vai trò quan trọng hình thành
nên các tính chất điện khác thường của graphen. Graphen được xem như vật liệu
mỏng nhất trong vũ trụ. Graphen cũng là cấu trúc cơ bản để hình thành các vật liệu
khác như graphit, ống nano cacbon, fullerene[26].
Hình 1.1. Cấu trúc của graphen
Hình 1.2. Các hình thái của graphen
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
9
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
Hoàng Thị Chi
10
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
Trong cấu trúc của graphite, các lớp graphen liên kết với nhau bằng lực
Vander Wall. Do khoảng cách giữa các lớp rất nhỏ (0,34nm) nên lực này tương tác
đáng kể khiến cho việc tách các lớp rất khó khăn. Hai phương pháp chủ yếu để chế
tạo graphen là:
a. Phương pháp đi từ trên xuống (top down)
Đây là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn
hơn. Bằng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô
thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất
hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng
làm vật liệu kết cấu).
Hình 1.3. Kỹ thuật chế tạo graphen từ graphit, phân tán graphen oxit (a), dung
dịch graphen oxit (b), tấm graphen oxit (c).
Đi từ than chì Graphit:
1.
Tách cơ học: dùng lực cơ học tách lớp Graphit.
2.
Dùng sóng siêu âm tách các lớp graphit trong dung dịch.
--------------------------------------------------------------------------------------------
b. Phương pháp từ dưới lên (bottom up)
Đây là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử. Nguyên lý của
phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Bao gồm:
1.
Phương pháp lắng đọng hơi hóa học CVD.
2.
Phương pháp phóng điện hồ quang.
3.
Phương pháp epitaxy phát triển trên đế SiC.
Hình 1.4. Kỹ thuật chế tạo graphen từ CVD
Phương pháp đi từ dưới lên cho graphen tinh khiết hơn nhưng hàm lượng
graphen thu được theo phương pháp này là rất thấp. Hơn nữa giá thành sản xuất rất
cao nên phương pháp đi từ trên xuống thường được sử dụng trong các lĩnh vực
không đòi hỏi quá cao về độ tinh khiết của graphen. Đây là phương pháp mang lại
nhiều hiệu quả ở quy mô phòng thí nghiệm.
1.2.5. Graphen với xử lý môi trường
Graphen được quan tâm nghiên cứu rất nhiều do đặc điểm cấu trúc độc đáo
và tính chất vượt trội. Hơn nữa. chi phí để sản xuất graphen thấp hơn so với vật liệu
nano cacbon khác. Vì thế, graphen ngày càng được quan tâm nghiên cứu trong các
lĩnh vực khác nhau như linh kiện điện tử, vật liệu cảm ứng, vật liệu xúc tác, xúc tác
quang học, tế bào năng lượng mặt trời, tăng cường tia Raman, tổng hợp hình ảnh
Để oxi hóa graphit, sử dụng các chất oxi hóa mạnh với điều kiện, thời gian
tiến hành phản ứng thích hợp, graphite có thể bị oxi hóa ở các mức độ khác nhau.
Khi graphite bị oxi hóa, các nối đôi C=C dần bị thay thế bởi các nhóm chức phân
cực như –OH, -COOH, -CHO, nhóm epoxy… Hệ liên hợp của graphit bị phá hủy
nên graphit có màu nhạt hơn graphit ban đầu. Tùy theo phương pháp và loại graphit
sử dụng mà màu sắc graphit oxit khác nhau (tỉ lệ C/O lớn dung dịch có màu đen
nâu, tỉ lệ C/O nhỏ dung dịch có màu vàng). Sau khi oxi hóa, các tính chất của
graphit giảm đáng kể như tính dẫn điện, dẫn nhiệt…Các tác nhân oxi hóa thường
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
13
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
dùng là H2SO4 đặc, HNO3, KMnO4, KNO3,…Có ba phương pháp chủ yếu để điều
chế graphit oxit: phương pháp Brodie, phương pháp Staudenmeier, phương pháp
Hummers. Trong đó phương pháp Hummers được dùng khá phổ biến.
a. Phương pháp Brodie
Đây là phương pháp cổ điển ra đời sớm nhất vào năm 1859 bằng cách thêm
kali clorat để tạo dạng bùn của than chì với axit nitric đậm đặc[27].
Ưu điểm: đơn giản dễ thực hiện.
Nhược điểm: hao tốn nhiều hóa chất để rửa sản phẩm.
b. Phương pháp Staudenmeier
Năm 1898, Staudenmeier đã cải thiện phương pháp trên bằng cách sử dụng
hỗn hợp axit sulfuric đặc và axít nitric đặc. Sau đó thêm từ từ kali clorat vào hỗn
Với những ưu điểm nêu trên phương pháp Tour được lựa chọn để điều chế
GO trong báo cáo này.
1.3.2. Tâm hoạt động của graphen và oxit graphen
Quá trình hấp phụ các ion kim loại trên oxit graphen thường không phụ thuộc
đến lực ion mà phụ thuộc nhiều vào dung dịch pH. Một mặt giá trị pH cao có lợi
cho việc ion hóa của các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt oxit graphen. Do điện tử
trên bề mặt oxit graphen là âm nên sự tương tác tĩnh điện giữa các ion kim loại và
oxit graphen trở nên mạnh hơn. Mặt khác, với giá trị pH cao, các hydroxit kim loại
có thể hình thành kết tủa hay nhóm anion sẽ chiếm ưu thế. Thật là khó để hấp phụ
các anion trên oxit graphen do sự tích điện bề mặt của oxit graphen là âm, vì vậy giá
trị pH cần lựa chọn một cách cẩn thận để có hiệu quả cao. Ngoài ra sự hấp phụ các
kim loại trên oxit graphen không chỉ phụ thuộc vào pH hay tồn tại ion kim loại mà
còn của các chất hữu cơ.
1.3.3. Vật liệu dựa trên cơ sở graphen
Graphen và oxit graphen có cấu trúc dạng tấm, diện tích bề mặt lớn có thể
kết hợp với nhiều thành phần khác nhau để tạo nên vật liệu composit có các tính
chất vô cùng đặc biệt, tạo điều kiện thiết kế và phát triển các thế hệ xúc tác tiếp
theo. Thông thường thành phần thứ hai là các kim loại, oxit kim loại, polime, hợp
chất hữu cơ, vật chất sinh học, khung kim loại hữu cơ, hoặc là các vật liệu nano[31].
a. Các hạt nano kim loại trên nền graphen
Các hạt nano kim loại được đính lên các tấm graphen thường là các hạt nano
kim loai như Pt, Pd, Ag, Fe, Cu, Ni, Co được sử dụng để tạo ra các vật liệu
composit kim loại/graphen. Để đưa các kim loại lên graphen ta cần chú ý đến kích
thước các hạt phân phối, bản chất, nồng độ, độ phân tán, thời gian và nhiệt độ lắng
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
15
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Luận văn thạc sĩ
Hoàng Thị Chi
16
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Hóa Học
--------------------------------------------------------------------------------------------
Graphen là chất bán dẫn không lỗ trống với diện tích bề mặt lớn, tính dẫn
điện tốt và các hạt electron di chuyển nhanh. Việc hợp nhất 2 thành phần (ví dụ như
oxit kim loại, các hạt nano kim loại) từ những tác động qua lại lẫn nhau và sắp xếp
dải đều trên graphen hay trên GO đã xuất hiện các tính chất đặc biệt, có thể sử dụng
làm chất xúc tác quang. Hiệu suất của các vật liệu tổng hợp dựa trên graphen được
cải thiện có thể làm tăng hiệu quả di chuyển của các electron cảm quang và làm
giảm sự kết hợp trở lại của electron.
1.4. Tổng quan về MnO2 và xử lý môi trƣờng
MnO2 là chất bột mầu đen, tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật
pirolusit. Pirolusit cũng như mangan đioxit nhân tạo có nhiều công dụng trong
thực tế. Ngoài việc dùng làm chất hấp phụ, mangan đioxit được dùng làm chất
xúc tác, công nghiệp đồ gốm, dùng để tạo mầu cho men. MnO2là vật liệu không
thể thiếu được của pin khô.. Do những quan tâm về môi trường ngày càng tăng,
MnO2 càng được chú ý hơn như một vật liệu xúc tác xử lý khí thải và oxy hoá hấp
phụ hữu hiệu trong xử lý môi trường. Shu-Guang Wang đã cố định MnO2 mang
trên nền CNT làm vật liệu hấp phụ Pb (II).
Trên thế giới đã có nhiều tác giả chế tạo được vật liệu oxit nano MnO2 bằng
các phương pháp sol-gel, đốt cháy tổng hợp, phản ứng oxi hóa khử...và đã nghiên
cứu khả năng hấp phụ của chúng với các ion kim loại nặng, các chất phẩm
Copyright: Tài liệu đại học ©