Investigating the red phenol absorption by multi-walled carbon nanotubes
- Ho Chi Minh University of Natural Resources and Environment, Vietnam
Abstract
Since the end of the 20th century, nanomaterials such as carbon nanotubes (CNTs) have been considered as one of the greatest achievements in the field of material science. Nowadays, further research on CNTs is still being conducted to unfold the full potential of this material. Generally, CNTs production methods have been extensively studied, specifically on CNTs synthesis route via liquefied hydrocarbon gas in the presence of a catalyst. From the synthesized material, further investigation including characterization and investigation of this nano size system’s effects on the physics, chemical, mechanical rules applied to macroscopic (bulk materials) and microscopic systems (atoms, molecules). In this present work, we demonstrated the research results of the synthesis of nano-carbon materials from a liquefied hydrocarbon gas (Liquefied Petroleum Gas: LPG) and its application to red phenol absorption in the liquid phase. CNTs used in this study were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) method with Fe /ℽ-Al2O3 as the catalyst. The research results demonstrated that CNTs synthesized from LPG in this work were reported to be multi-walled tubes (MWCNTs: Multi-Walled Carbon Nanotubes) with physical characteristics including average internal and external diameters were of 6 nm and 17 nm, respectively. The measured specific surface suggested by BET data was 200 m2/g. The experimental study of red phenol adsorption by MWCNTs showed that the adsorption process followed both Freundlich and Langmuir isotherm adsorption models with the maximum monolayer adsorption capacity of 47.2 mg/g. The research results again showed that it was possible to synthesize MWCNTs from hydrocarbon gas sources via the CVD method by utilizing catalysts. Additionally, red phenol absorption via such material had shown to follow both Freundlich and Langmuir isotherm model, which allow further characterization of this material using Raman, EDX, SEM, TEM, BET, in order to extend the library database on the characterization of the reported synthesized material.
GIỚI THIỆU
Carbon nano được phát hiện vào giữa thập niên 80 của thế kỷ XX. Đó là những mạng phân tử carbon được tạo thành từ các nguyên tử carbon có khả năng tạo nên các khung cầu kín. Nếu tiếp tục phát triển mạng phân tử này, có thể chuyển được từ dạng cầu hoặc gần cầu của chúng thành dạng gần hình ống, đó là carbon nano ống (CNTs). Các ống rỗng tạo thành từ các tấm graphite cuốn quanh nó và được đóng ở hai đầu bằng các bán cầu fullerene đã được phát hiện đầu tiên bởi Iijima bằng phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)1, 2, 3. Nói một cách ngắn gọn, CNTs là dạng cấu trúc nano carbon được tạo ra do các mặt cơ sở của graphite (graphen) cuộn tròn thành hình trụ hoặc hình ống.
CNTs thường có kích thước mao quản trung bình, đường kính trong 5 – 60 nm, đường kính ngoài 20 – 100 nm 4, trong khi đó vật liệu vi mao quản không tìm thấy ở CNTs mà chủ yếu có ở vật liệu than hoạt tính5, 6, 7, 8, 9.
Ở Việt Nam, có thể nói việc nghiên cứu vật liệu carbon nano đã bắt đầu 15 năm nay và thường tiến hành theo hai hướng: hướng thứ nhất là chế tạo vật liệu carbon nano trên cơ sở nguồn nguyên liệu sẵn có và khả thi; hướng thứ hai là tìm kiếm các ứng dụng hiệu quả của vật liệu carbon nano trong lĩnh vực vật liệu mới, công nghiệp hóa học và xử lý môi trường. Cụ thể, ứng dụng CNTs trong chất lỏng tản nhiệt đèn Led công suất cao của nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học vật liệu (năm 2015); ứng dụng vật liệu composite-CNTs trong chế tạo bộ hỗ trợ chiến đấu cho người lính, đạt giải thưởng Trần Đại Nghĩa năm 2019.. tuy nhiên các ứng dụng CNTs trong xử lý môi trường nói chung và hấp phụ nói riêng vẫn đang còn nhiều mới mẻ.
Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, các thành phần hữu cơ có trong nước thải thường được loại bỏ bằng phương pháp keo tụ, sinh học. Tuy nhiên, các hợp chất vòng như phenol và dẫn xuất của chúng có trong nước thải (quá trình luyện cốc, dệt nhuộm, chế biến gỗ, nước rỉ rác, hóa chất bảo vệ thực vật, chất tẩy rửa..) khó xử lý triệt để bằng các phương pháp nêu trên. E.Maranon và cộng sự (2008) đã công bố kết quả xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng hệ phản ứng sinh học hiếu khí theo mẻ với hiệu suất xử lý đạt 97%, nồng độ phenol sau xử lý dao động 1,7 - 5 mg/l10; nghiên cứu của Utkarsh Singh và cộng sự (2018) cho thấy hiệu quả xử lý phenol trong nước thải luyện cốc đạt 85% sau 50 giờ tiếp xúc với vi khuẩn cố định trên bụi gỗ, nồng độ sau xử lý còn lại là 108 mg/L11, cao hơn mức quy định cho phép (0,5 mg/L) đối với nước thải ngành sản xuất sắt thép12.
Hấp phụ - xúc tác là một trong những phương pháp hiệu quả loại bỏ phenol trong nước thải. Than hoạt tính dạng hạt (GAC), nhựa tổng hợp AP-246, OC-1074 đã được chứng minh khả năng hấp phụ phenol với dung lượng hấp phụ đạt lần lượt 0,45; 0,15; 0,04 mg/g trong nghiên cứu của Vázquez I. (2007) với nồng độ phenol ban đầu 5-15 mg/L, hiệu quả loại bỏ phenol đạt 70% sau hấp phụ bằng GAC13. Nguyễn Thị Hoa và Ngô Thị Mai Việt (2017) thử nghiệm quặng apatit Lào Cai làm vật liệu hấp phụ phenol đỏ trong nước cho thấy hấp phụ phenol tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, dung lượng hấp phụ phenol đỏ đạt cao nhất 2,76 mg/g với nồng độ phenol đỏ ban đầu 49,4 mg/L14. Các hạt oxide sắt phủ trên vật liệu carbon nano ống (FeO/CNTs) và carbon nano sợi (FeO/CNFs) đã được nghiên cứu hấp phụ phenol trong nước. Dung lượng hấp phụ cực đại đạt: 0,842; 1,684; 1,098; 2,778 mg/g tương ứng với các vật liệu CNFs, FeO/CNFs, CNTs, FeO/CNTs15. Nghiên cứu phân hủy phenol và dẫn xuất của phenol bằng xúc tác oxi-hóa trên nền vật liệu CNTs như hệ xúc tác O/FeMgO/CNT cho hiệu quả phân hủy phenol đạt: 98,4%, 17,1% tương ứng thời gian xử lý 4 giờ và 0,5 giờ, nồng độ phenol trung bình trước xử lý là 349 mg/l16.
Các nghiên cứu trên cho thấy vật liệu carbon nano bắt đầu được ứng dụng để phân hủy phenol và dẫn xuất của chúng trong nước bằng một số phương pháp như hấp phụ, oxy hóa ướt xúc tác cho hiệu quả khá tốt. Vật liệu CNTs có diện tích bề mặt lớn đã và đang trở thành họ chất mang mới hứa hẹn trong lĩnh vực điều chế chất hấp phụ- xúc tác. Trong nghiên cứu dưới đây, chúng tôi trình bày kết quả tổng hợp vật liệu CNTs và biến tính chúng để tăng hiệu quả hấp phụ của vật liệu CNTs.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Nguyên liệu, hóa chất
Các hóa chất, nguyên liệu sử dụng cho quá trình tổng hợp MWCNTs và hấp phụ phenol đỏ như sau: γ-AlO (Merck), Fe(NO).9HO, HNO đậm đặc, NaOH, phenol đỏ (Trung Quốc); khí hóa lỏng LPG với 18% propane và 82% butane, khối lượng 13 kg, áp suất 5,5 kg/cm (nhà máy lọc dầu Dung Quất - Quảng Ngãi); bình khí N và H khối lượng 47 kg, áp suất 200 kg/cm (Singapore).
Phương pháp chuẩn bị xúc tác
Chất mang thương mại với đường kính lỗ xốp trung bình 40 nm17, bề mặt riêng S = 120–190 m/g được tẩm đều bằng dung dịch Fe(NO). Sau đó, hỗn hợp rắn được sấy ở 100°C trong 12 giờ để tách nước, tiếp đến nung ở 450°C trong 2 giờ để phân hủy hoàn toàn muối nitrat sắt thành oxide sắt. Sau khi nung, hỗn hợp rắn được nghiền mịn và qua rây để thu được cỡ hạt từ 80 – 150 µm.
Qui trình tổng hợp MWCNTs
MWCNTs được tổng hợp theo phương pháp ngưng tụ hóa học pha hơi (CVD) trên xúc tác Fe/-AlO trong thiết bị phản ứng. Xúc tác sử dụng với lượng là 0,2g được đặt trong thuyền sứ và đưa vào trung tâm của ống phản ứng quartz có đường kính là 42 mm và chiều dài là 1600 mm. Thiết bị phản ứng sẽ được đuổi không khí trong vòng 15 phút bằng dòng N. Sau đó, mở van H đồng thời gia nhiệt lò phản ứng lên 450C. Thời gian khử xúc tác là 1 giờ. Tiếp tục cho hỗn hợp khí LPG, H qua thiết bị phản ứng đảm bảo vận tốc dòng khí ổn định. Nâng dần nhiệt độ đến nhiệt độ tổng hợp là 710C với tốc độ nâng nhiệt là 10C/phút. Phản ứng khử oxide sắt bằng H và lắng đọng trên xúc tác tạo carbon nano theo các phản ứng rút gọn sau:
Sau 2 giờ tổng hợp, carbon nano hình thành trong ống quart được làm nguội trong dòng khí N đến nhiệt độ phòng. Sản phẩm carbon sau khi tổng hợp được đánh giá qua các phương pháp phổ Raman, phổ tán sắc EDX, kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và đo bề mặt riêng theo BET.
Figure 1 mô tả về chế độ tổng hợp, nguồn nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của quá trình tổng hợp MWCNTs.
Sơ đồ tổng hợp MWCNTs theo phương pháp CVD.
Qui trình biến tính MWCNTs
Với cấu trúc và tính chất đặc biệt, MWCNTs được nghiên cứu và ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, do MWCNTs sau khi tổng hợp có sức căng bề mặt lớn, không phân tán trong nước nên để có thể ứng dụng vào thực tiễn, MWCNTs cần được biến tính và phân tán được trong các môi trường nước, dung môi và hóa chất khác nhau.
Có nhiều phương pháp biến tính MWCNTs, trong điều kiện cho phép chúng tôi đã tiến hành biến tính MWCNTs theo phương pháp oxy hóa bằng acid mạnh với mục đích gắn nhóm carboxyl–COOH (Figure 2).
Biến tính MWCNTs bằng HNO3.
Cho 2 gam MWCNTs và 20 mL acid HNO đậm đặc có nồng độ 65% trộn lẫn nhau trong cốc thủy tinh và khuấy trên bếp từ gia nhiệt ở 60C trong 6 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được làm nguội từ từ đến nhiệt độ phòng. Sau đó, pha loãng hỗn hợp bằng nước khử ion và lọc rửa lại với nước cất nhiều lần thu được carbon nano ống đa tường biến tính (MWCNT).
Qui trình thao tác hấp phụ phenol đỏ trong pha lỏng bởi MWCNT
Quá trình hấp phụ phenol đỏ CHOS trên MWCNT được thực hiện ở nhiệt độ 40C, thời gian hấp phụ 150 phút với 4 giá trị nồng độ khác nhau của phenol đỏ là 50 mg/L, 70 mg/L, 90 mg/L và 100 mg/L. Cho 100 mL dung dịch phenol đỏ (pH = 6,5), có nồng độ xác định vào bình cầu 3 cổ, dung tích 500 mL lắp trên máy khuấy từ với tốc độ khuấy khoảng 300 vòng/phút. Điều chỉnh nhiệt độ đến giá trị mong muốn và chờ khoảng 30 phút để đạt cân bằng nhiệt. Sau đó, thêm 0,2g MWCNT vào dung dịch và bấm giờ để tính thời gian hấp phụ. Sau những khoảng thời gian nhất định dung dịch phenol đỏ được trích ra khỏi hỗn hợp phản ứng. Mỗi lần lấy 5 mL dung dịch đo độ hấp thụ quang trên máy LIUV-310S UV-Vis Spectrophotometer, từ đó xác định nồng độ phenol đỏ.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Tổng hợp MWCNTs theo phương pháp CVD
Từ quy trình tổng hợp MWCNTs ở (Figure 1), với điều kiện tổng hợp tối ưu LPG là 31,2%; vận tốc dòng khí trong hệ là 3,2 cm/phút hay 44,32 mL/phút (tương ứng với tốc độ thể tích là 227 phút) và nhiệt độ tổng hợp là 710C 18, khối lượng MWCNTs tạo thành là nhiều nhất, gấp 12,2 lần so với lượng xúc tác Fe/γ-AlO và 72 lần so với xúc tác tính theo nguyên tử Fe. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của nhóm tác giả J. Amadou và cộng sự19.
Chất lượng sản phẩm MWCNTs sau khi tổng hợp được đánh giá (độ tinh khiết, hình thái cấu trúc, bề mặt riêng, các khuyết tật mạng graphite và tạp chất) qua phân tích phổ Raman, SEM, TEM, bề mặt riêng theo BET và phổ tán sắc EDX.
Phổ Raman của MWCNTs.
Kết quả đo phổ Raman (Figure 3) cho thấy, xuất hiện hai dải phổ chính đặc trưng cho cấu trúc của ống carbon nano: Dải G (≈ 1580 cm) ứng với cấu trúc trật tự trong mạng graphite cho biết sự sắp xếp của vòng liên kết sáu cạnh trong mạng lưới graphite, đặc trưng cho sự ổn định của carbon lai hóa sp trong ống carbon nano. Dải D (≈ 1340 cm) ứng với cấu trúc bất trật tự hay khuyết tật trong mạng graphite (ống xoắn, tạp chất, carbon vô định hình), khi đó cấu trúc lai hóa sp giảm và lai hóa sp tăng lên20. Tỷ số cường độ I/I để đánh giá mức độ khuyết tật của sản phẩm, tỷ số này càng nhỏ thì mức độ khuyết tật càng thấp và ngược lại. Tỷ số I/I của MWCNTs tính toán bằng 0,82 tương đồng với các nghiên cứu trong nước (0,96)21.
Ảnh SEM của MWCNTs với độ phóng đại 5000 lần.
Ảnh TEM của MWCNTs với độ phóng đại 25000 lần.
Kết quả khảo sát cấu trúc hóa học của MWCNTs thông qua ảnh SEM và TEM (Figure 4, Figure 5) cho thấy, sản phẩm tạo thành là carbon nano ống đa tường, có 9 lớp, đường kính trong và ngoài trung bình lần lượt là 6 nm và 15 nm, chiều dài từ 2-5 µm, có bề mặt riêng (BET) là 200 m/g.
Figure 6 trình bày kết quả khảo sát thành phần sản phẩm MWCNTs sau khi tổng hợp bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX).
Phổ tán sắc EDX của MWCNTs.
Sản phẩn MWCNTs sau khi tổng hợp có hàm lượng carbon cao, chiếm 92,3% theo khối lượng và 98,4% theo nguyên tử. Trong khi đó, hàm lượng Fe và Al (thành phần của xúc tác) lần lượt là 0,44% và 1,31% theo khối lượng; và 0,1% và 0,62% tính theo nguyên tử.
Biến tính MWCNTs bằng HNO
Quá trình oxy hóa sẽ làm đứt gẫy, mở vòng MWCNTs và đính thêm các gốc chứa oxygen (chủ yếu là nhóm hydroxyl -OH, carboxyl -COOH) tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tán MWCNTs trong dung dịch.
Phổ IR của MWCNTbt.
Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR của MWCNT cho thấy (Figure 7 ), có phổ dạng hình parabol rất rõ ở số sóng 3443 cm. Điều này chứng tỏ có nhóm hydroxyl –OH đính trên bề mặt ống carbon nano22. Bên cạnh đó, phổ ở 1640 cm chỉ ra dạng dao động biến dạng của nhóm –OH (δ). Phổ ở 1020 cm đặc trưng cho liên kết C–C của MWCNT.
Ảnh SEM của MWCNTbt.
Figure 8 là ảnh SEM của MWCNTs sau khi biến tính cho thấy các ống MWCNTs đã bị đứt đoạn, mở vòng.
Tiếp tục khảo sát thành phần MWCNT bằng phổ tán sắc EDX (Figure 9). Sản phẩm MWCNT sau khi biến tính có hàm lượng carbon cao hơn so với lúc chưa biến tính, chiếm 96,6% về khối lượng và 99% tính theo nguyên tử. Bên cạnh đó, hàm lượng Fe và Al cũng giảm lần lượt còn là 0,3% và 1,28% theo khối lượng; và 0,07% và 0,59% tính theo nguyên tử. Bề mặt riêng (BET) là 281 m/g.
Chất lượng sản phẩm MWCNTs sau tổng hợp và biến tính có độ tinh khiết tương đương với sản phẩm MWCNTs của hãng NanoLab, Inc. công bố.
Phổ tán sắc EDX của MWCNTbt.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol đỏ trong pha lỏng trên MWCNT
Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến quá trình hấp phụ
Từ thực nghiệm với các giá trị nồng độ phenol đỏ pha sẵn từ 50 mg/L đến 100 mg/L được hấp phụ trên 0,2g MNCNT cho thấy, dung lượng hấp phụ phenol đỏ trên MNCNT phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của phenol đỏ.
Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ đến dung lượng hấp phụ theo thời gian.
Figure 10 cho thấy, nồng độ phenol đỏ ban đầu càng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao. Thời gian bão hòa hấp phụ ứng với các mẫu nồng độ phenol đỏ vào khoảng 40 phút, sau thời gian trên dung lượng hấp phụ ít thay đổi.
Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu MWCNT
Việc nghiên cứu đường đẳng nhiệt hấp phụ sẽ cho phép xác định tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Hai mô hình thường được sử dụng để mô tả đường đẳng nhiệt hấp phụ là mô hình của Langmuir và Freundlich.
-
Mô hình đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình hấp phụ Freundlich là một phương trình kinh nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất23.
q = K.C (3)
trong đó:
q: dung lượng cân bằng hấp phụ của chất bị hấp phụ, mg/g;
C: nồng độ cân bằng của dung dịch, mg/l;
K, n: hằng số Freundlich đặc trưng dung lượng hấp phụ và cường độ (lực) hấp phụ.
Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich có thể viết lại như sau:
lgq = lgK + (1/n).lgC (4)
Tham số K và n có thể xác định thông qua đồ thị tương quan giữa lgq và lgC từ số liệu thực nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính.
Mối quan hệ giữa lgCe và lgqe
| Nồng độ phenol đỏC (mg/L) | Thể tích dd Vdd (mL) | qe(mg/g) | Ce (mg/L) | lgqe | lgCe |
| 50 | 100 | 20,78 | 8,43 | 1,318 | 0,926 |
| 70 | 100 | 27,19 | 15,19 | 1,434 | 1,181 |
| 90 | 100 | 32,34 | 25,32 | 1,510 | 1,403 |
| 100 | 100 | 34,41 | 27,80 | 1,537 | 1,444 |
Table 1 trình bày ảnh hưởng nồng độ phenol đỏ đến dung lượng cân bằng hấp phụ q và nồng độ cân bằng C.
Từ số liệu Table 1, đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của phenol đỏ trên vật liệu MWCNT được xác định theo phương trình hồi quy tuyến tính (Figure 11).
Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ phenol đỏ.
Figure 11 cho thấy các tham số hấp phụ đẳng nhiệt phenol đỏ trên MWCNT tuân theo phương trình Freundlich với hệ số tương quan R= 0,995. Kết hợp phương trình hồi qui tuyến tính (Figure 11) và phương trình (4), xác định được K = 8,74 và n = 2,44.
Dung lượng hấp phụ phenol đỏ trên MWCNT theo mô hình Freundlich được xác định theo phương trình như sau:
q = 8,74*C (5)
Vì đẳng nhiệt Freundlich áp dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất, để khẳng định thêm mức độ đồng nhất của bề mặt, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt Langmuir, vì đây là mô hình sử dụng khá rộng rãi cho quá trình hấp phụ đơn lớp.
-
Mô hình đẳng nhiệt Langmuir
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ chất tan trong dung dịch trên chất hấp phụ rắn có dạng sau23:
trong đó:
q: dung lượng cân bằng hấp phụ của chất bị hấp phụ, mg/g;
q: lượng chất bị hấp phụ cực đại đơn lớp trên một khối lượng chất bị hấp phụ, mg/g;
K: hằng số hấp phụ Langmuir, phụ thuộc vào bản chất hệ hấp phụ và nhiệt độ;
C: nồng độ cân bằng của dung dịch, mg/L.
Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir:
Dựa vào đồ thị tương quan giữa C/q và C thu được từ các số liệu thực nghiệm, xác định được các tham số q và K bằng phương pháp hồi quy tuyến tính.
Table 2, trình bày mối quan hệ giữa C và C/q của quá trình hấp phụ phenol đỏ trên vật liệu MWCNT từ số liệu thực nghiệm.
Mối quan hệ giữa Ce và Ce/qe
| Nồng độ phenol đỏC(mg/L) | Thể tích ddVdd (mL) | qe(mg/g) | Ce (mg/L) | Ce/qe (g/L) |
| 50 | 100 | 20,78 | 8,43 | 0,406 |
| 70 | 100 | 27,19 | 15,19 | 0,558 |
| 90 | 100 | 32,34 | 25,32 | 0,783 |
| 100 | 100 | 34,41 | 27,80 | 0,808 |
Từ Table 2, đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của phenol đỏ trên vật liệu MWCNT được xác định theo phương trình hồi qui tuyến tính (Figure 12).
Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ phenol đỏ.
Các tham số hấp phụ đẳng nhiệt phenol đỏ trên MWCNT tuân theo phương trình Langmuir với hệ số tương quan R = 0,996. Kết hợp phương trình hồi qui tuyến tính (Figure 12) và phương trình (6), xác định được K= 0,092 và q= 47,2 mg/g.
Tham số cân bằng nằm trong khoảng 0<R<1. Điều này cho thấy mô hình Langmuir có thể áp dụng.
Đồ thị Figure 11 và Figure 12 cho thấy các số liệu cân bằng C, q (số liệu thực nghiệm) phù hợp với cả 2 mô hình đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir (Figure 13).
Đồ thị đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir so với đường thực nghiệm.
Figure 13 cho thấy kết quả thực nghiệm đều tuân theo hai mô hình và có độ tin cậy cao. Điều này chứng tỏ vật liệu hấp phụ MWCNT có bề mặt khá đồng nhất, các tâm hấp phụ có cấu trúc hình học và năng lượng bề mặt gần như nhau. Do đó, sự hấp phụ của phenol đỏ trên MWCNT tuân theo đẳng nhiệt Langmuir là phù hợp với lý thuyết cơ bản. Song, các số liệu thực nghiệm cũng tuân theo mô hình Freundlich, điều đó có thể là khoảng nồng độ nghiên cứu chưa đủ lớn, nằm trong khoảng phân bố Freundlich trước khi đạt đến đơn lớp Langmuir.
Có thể đúc kết lại các hằng số đẳng nhiệt, hệ số tương quan của hai mô hình Freundlich và Langmuir trên Table 3.
Các tham số nhiệt động học theo mô hình Freundlich và Langmuir
| Mô hình theo Freundlich qe=8,74Ce1/2,44 | Mô hình theo Langmuir qe=47,20,092Ce1+0,092Ce | ||||
| Kf | R2 | n | KL | R2 | q0 (mg/g) |
| 8,74 | 0,995 | 2,44 | 0,092 | 0,996 | 47,2 |
KẾT LUẬN
Nghiên cứu một lần nữa cho thấy sự thành công của phương pháp tổng hợp MWCNTs theo phương pháp CVD sử dụng xúc tác từ nguồn khí thiên nhiên LPG. MWCNTs tổng hợp hoàn toàn có cấu trúc và những đặc trưng vật lý phù hợp với đặc trưng của MWCNTs của các nghiên cứu trước đây. Nghiên cứu khảo sát sự hấp phụ phenol đỏ bằng vật liệu tổng hợp biến tính (MWCNT) với kết quả cho thấy quá trình hấp phụ phenol đỏ của MWCNTbt tuân theo đẳng nhiệt Langmuir là phù hợp với lý thuyết cơ bản. Ngoài ra, các số liệu thực nghiệm của quá trình hấp phụ cũng tuân theo mô hình Freundlich. Tuy nhiên điều đó có thể được giải thích trong điều kiện khảo sát, khoảng nồng độ nghiên cứu khảo sát chưa đủ lớn, nằm trong khoảng phân bố Freundlich trước khi đạt đến đơn lớp Langmuir. Kết quả nghiên cứu khảo sát hấp phụ phenol của MWCNT trong nghiên cứu có giá trị bổ sung cho các phương pháp vật lý Raman, EDX, SEM, TEM, BET, là cơ sở khoa học có giá trị cho việc thực hiện các nghiên cứu tiếp tục nhằm xây dựng cơ sở khoa học của quá trình hấp phụ với sự tác động của hệ nano đối với vật liệu nano.
LỜI CÁM ƠN
Nhóm tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Nguyễn Hữu Phú, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ nhóm tác giả hoàn thành nghiên cứu này.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LPG: Liquefied petroleum gas (nguyên liệu khí hóa lỏng)
CVD: Chemical Vapor Deposition (phương pháp kết tụ hóa học pha hơi)
MWCNTs: Multi-Walled Carbon Nanotubes (Carbon nanotubes thuộc dạng ống đa tường)
MWCNT carbon nano ống đa tường biến tính
CNTs: carbon nano ống
TEM: phương pháp hiển vi điện tử truyền qua
EDX: phổ tán sắc năng lượng tia X
BET: Bề mặt riêng
GAC: Than hoạt tính dạng hạt
FeO/CNTs: Các hạt oxide sắt phủ trên vật liệu carbon nano ống
XUNG ĐỘT LỢI ÍCH
Nhóm tác giả xác định không có bất cứ xung đột lợi ích trong công bố bài báo.
ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ
Nghiên cứu này được thực hiện bởi 02 tác giả và sự đóng góp cho quá trình nghiên cứu để hình thành các kết quả nghiên cứu trong công bố này là như nhau.