Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn thạc sĩ với đề tài: Nghiên cứu biến tính bề mặt vật liệu nano cacbon dạng ống bằng axit vô cơ và ứng dụng hấp phụ ion chì trong nước, cho các bạn tham khảo 50000542

1. 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...........................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG ...............................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................6
MỞ ĐẦU..............................................................................................................................7
Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT......................................................................9
1.1. Tổng quan về nano cacbon dạng ống (CNTs)......................................................9
1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................................9
1.1.2. Cấu trúc của nano cacbon dạng ống................................................................. 10
1.1.2.1. Nano cacbon dạng ống đơn lớp........................................................................ 10
1.1.2.2. Nano cacbon dạng ống đa lớp.......................................................................... 11
1.1.2.3. Các dạng khác của nano cacbon dạng ống.................................................... 11
1.1.3. Tính chất của CNTs ............................................................................................. 12
1.1.3.1. Tính chất cơ học ................................................................................................. 12
1.1.3.2. Tính chất điện ..................................................................................................... 13
1.1.3.3. Độ hoạt động quang học................................................................................... 14
1.1.3.4. Tính chất hóa học.............................................................................................. 14
1.1.3.5. Tính chất phát xạ trường................................................................................... 14
1.1.4. Ứng dụng của CNTs............................................................................................. 15
1.2. Tổng quan về kim loại chì..................................................................................... 15
1.2.1. Đặc điểm chung .................................................................................................... 15
1.2.2. Trạng thái tự nhiên .............................................................................................. 16
1.2.3. Tính chất ................................................................................................................ 16
1.2.3.1. Tính chất lý học .................................................................................................. 16
1.2.3.2. Tính chất hóa học............................................................................................... 16
1.2.4. Các hợp chất quan trọng của chì....................................................................... 17
1.2.4.1. Hợp chất vô cơ.................................................................................................... 17
1.2.4.2. Các hợp chất hữu cơ .......................................................................................... 17

2. 2
1.2.5. Ứng dụng của chì ................................................................................................. 18
1.2.5.1. Trong công nghiệp.............................................................................................. 18
1.2.5.2. Trong kĩ thuật quân sự....................................................................................... 18
1.2.5.3. Trong ngành năng lượng học nguyên tử và kĩ thuật hạt nhân...................... 18
1.2.5.4. Trong nghệ thuật................................................................................................ 19
1.2.5.5. Trong y học.......................................................................................................... 19
1.2.6. Tác hại của chì với con người ............................................................................ 19
1.2.6.1. Con đường Pb xâm nhập vào cơ thể................................................................ 19
1.2.6.2. Hậu quả của chì đối với cơ thể......................................................................... 20
1.2.7. Tình hình sản xuất và sử dụng chì hiện nay ................................................... 20
1.2.7.1. Trên thế giới........................................................................................................ 20
1.2.7.2. Ở Việt Nam .......................................................................................................... 21
1.3. Đẳng nhiệt hấp phụ ................................................................................................ 21
1.3.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich......................................................... 21
1.3.2. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir........................................................... 22
1.4. Động học hấp phụ................................................................................................... 23
1.4.1. Một số khái niệm................................................................................................... 23
1.4.2. Các mô hình động học......................................................................................... 24
1.4.2.1. Phương trình bậc nhất biểu kiến...................................................................... 25
1.4.2.2. Phương trình bậc hai biểu kiến........................................................................ 25
1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và các tham số nhiệt động học................................ 26
1.6. Phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử AAS ....................................................... 27
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................ 29
2.1. Mục tiêu đề tài ......................................................................................................... 29
2.2. Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ......................................... 29
2.2.1. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 29
2.2.1.1. Nghiên cứu các điều kiện oxi hóa bề mặt vật liệu nano cacbon dạng ống
bằng axit HNO3 và H2SO4 đặc........................................................................................ 29
2.2.1.2. Nghiên cứu quá trình hấp phụ kim loại Pb(II) trong dung dịch nước của vật
liệu nano cacbon dạng ống............................................................................................. 29

3. 3
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 29
2.2.2.1. Phương pháp phân tích Pb(II) trong dung dịch............................................. 29
2.2.2.2. Phương pháp đặc trưng vật liệu....................................................................... 30
2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ............................................................................... 33
2.3.1. Thiết bị.................................................................................................................... 33
2.3.2. Dụng cụ.................................................................................................................. 33
2.3.3. Hóa chất ................................................................................................................. 33
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................. 34
3.1. Phương trình đường chuẩn xác định Pb(II) trong dung dịch ...................... 34
3.2. Nghiên cứu biến tính bề mặt CNTs bằng phương pháp oxi hóa.................. 35
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch
của vật liệu........................................................................................................................ 35
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung
dịch của vật liệu ............................................................................................................... 37
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung
dịch của vật liệu ............................................................................................................... 38
3.3. Đặt trưng vật liệu Ox-CNTs ................................................................................. 39
3.4. Nghiên cứu quá trình hấp phụ Pb(II) trong dung dịch lên vật liệu
Ox-CNTs........................................................................................................................... 43
3.4.1. Ảnh hưởng của pH đếnkhả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịchcủa
vật liệu................................................................................................................................ 43
3.4.2. Ảnh hưởng của liều lượng đến khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung
dịch của vật liệu ............................................................................................................... 44
3.4.3. Động học hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu................................. 45
3.4.4. Đẳng nhiệp hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu............................. 47
3.4.5. Các tham số nhiệt động ....................................................................................... 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 52

4. 4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAS Quang phổ hấp phụ nguyên tử
BET Phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ nitơ
CNTs Nano cacbon dạng ống
FET Transitor cảm ứng
Ox-CNTs Nano cacbon dạng ống đã được oxi hóa
MWNTs Nano dạng ống đa lớp
SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét
SWNTs Nano dạng ống đơn lớp
TEM Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua

5. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại một số đặc trưng dẫn điện của CNTs........................................13
Bảng 1.2. Một số đặc điểm của nguyên tố chì............................................................16
Bảng 1.3. Một số hằng số vật lý quan trọng của chì ..................................................16
Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm của các mẫu đường chuẩn......................................34
Bảng 3.2. Nồng độ axit HNO3 và H2SO4 khảo sát tương ứng với các mẫu ............36
Bảng 3.3. Nhiệt độ khảo sát tương ứng với các mẫu.................................................37
Bảng 3.4. Thời gian khảo sát tương ứng với các mẫu ...............................................38
Bảng 3.5. Nồng độ Pb(II) trong dung dịch sau hấp phụ ở những pH khác nhau ...43
Bảng 3.6. Nồng độ Pb(II) trong dung dịch sau hấp phụ với
những liều lượng khác nhau..........................................................................................44
Bảng 3.7. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của Ox-CNTs
ở những thời gian khác nhau.........................................................................................46
Bảng 3.8. Kí hiệu mẫu và dung lượng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch ..................48
Bảng 3.9. Kết quả thực nghiệm ở những nhiệt độ khác nhau...................................49
Bảng 3.10. Các tham số nhiệt động của quá trình hấp phụ Pb(II) trên Ox-CNTs..49

6. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc ống nano cacbon đơn lớp..............................................................10
Hình 1.2. Nano cacbon dạng ống đơn lớp và đa lớp………………………………11
Hình 1.3. Nano cacbon dạng vòng………………………………………………...12
Hình 1.4. Cấu trúc Cycloparaphenylene…………………………………………..12
Hình 2.1. Nguyên lý hình thành EDX..........................................................................31
Hình 3.1. Phương trình đường chuẩn xác định Pb(II) trong dung dịch...................35
Hình 3.2. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được oxi hóa
với các tỷ lệ thể tích axit khác nhau .............................................................................36
Hình 3.3. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được oxi hóa
ở những nhiệt độ khác nhau ..........................................................................................38
Hình 3.4. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được oxi hóa
ở những thời gian khác nhau.........................................................................................39
Hình 3.5. Giản đồ FT-IR của vật liệu CNTs và Ox-CNTs........................................40
Hình 3.6. Giản đồ EDX của vật liệu Ox-CNTs ..........................................................41
Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu CNTs và Ox-CNTs .....................................................41
Hình 3.8. Ảnh TEM của mẫu CNTs và Ox-CNTs .....................................................42
Hình 3.9. Đường hấp phụ và khử hấp phụ của vật liệu Ox-CNTs ...........................42
Hình 3.10. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs ở
những pH khác nhau ......................................................................................................44
Hình 3.11. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu ở những liều lượng
khác nhau.........................................................................................................................45
Hình 3.12. Mối quan hệ giữa ln(qe-qt) và t theo phương trình bậc nhất biểu
kiến (A); giữa t/qt và t theo phương trình bậc hai biểu kiến (B)...............................46
Hình 3.13. Mối quan hệ giữa qe và Ce theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Freundlich (A) và Langmuir (B). .................................................................................47
Hình 3.14. Sự trao đổi ion trên bề mặt Ox-CNTs.......................................................48

7. 7
MỞ ĐẦU
Hiện nay, sự gia tăng mạnh các hoạt động công nghiệp đã làm sản sinh ra các
chất thải nguy hại, có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Đặc
biệt các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ
điện, lọc hóa dầu hay công nghiệp dệt nhuộm,… các chất thải được thải trực tiếp
hoặc xử lý sơ bộ rồi đổ ra môi trường đã tạo ra các nguồn nước bị ô nhiễm các kim
loại nặng như Cu, Pb, Ni, Cd, As, Hg, Zn,… Ô nhiễm kim loại nặng trong nước là
vấn nạn cho sức khỏe của nhân loại, bởi tác động trực tiếp của chúng đến sự chuyển
hóa của sinh vật sống, hoặc gián tiếp thông qua thức ăn và nước uống. Trong đó , Pb
là một trong những kim loa ̣i nă ̣ng gây ảnh hưở ng khá nghiêm trọng đến sứ c khỏ e
con ngườ i và động vâ ̣t [8], [13], [16].
Chì tác động lên hệ thống enzyme vận chuyển hiđro gây nên một số rối loạn
cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương). Tùy theo mức độ
nhiễm độc có thể gây ra những tai biến, nếu nặng có thể gây tử vong. Khi vào cơ
thể, chì tích tụ trong mô mềm, trong xương (khi đã vào xương khó thải loại, muốn
thải loại phải mất 30 - 40 năm) gây cản trở chuyển hóa canxi bằng cách kìm hãm sự
chuyển hóa vitamin D, chì làm giảm yếu tố tạo xương, gây mất cân bằng các tế bào
xương, giảm chiều cao ở trẻ ngộ độc chì. Đặc biệt, mức độ hấp thụ chì ở trẻ em
nhanh và cao gấp 3 - 4 lần người lớn.Chì kìm hãm phản ứng ôxy hóa gluco để tạo ra
năng lượng cho cơ thể. Chì gây thiếu máu: ức chế tổng hợp hồng cầu, rút ngắn tuổi
thọ hồng cầu, làm hồng cầu dễ vỡ; giảm lượng hồng cầu. Trên thận: chì gây tổn
thương thận, giảm thải trừ axit uric qua nước tiểu làm tăng axit uric trong máu gây
bệnh gout. Với hệ sinh sản, chì làm giảm chức năng sinh sản cả nam và nữ, giảm
tình dục, giảm chức năng nội tiết của tinh hoàn, giảm tinh trùng, thay đổi hình thái
và tính di chuyển của tinh trùng. Làm thai chậm phát triển, giảm cân nặng trẻ sơ
sinh, dễ sẩy thai, đẻ non. Trẻ sinh ra bị dị tật như: hở hàm ếch, u máu, u limpho,
thần kinh chậm phát triển.Đặc biệt, chì gây tác động mãn tính tới phát triển trí
tuệ.Ngộ độc chì còn gây ra biến chứng viêm não ở trẻ em [16], [20], [19]. Chì có tác
dụng rất độc hại cho cơ thể con người và có thể gây ra một số bệnh kinh niên, mãn

8. 8
tính, ví dụ như bệnh thận hay bệnh thần kinh, khi tập trung ở chất xám của não và
tủy sống gây tổn thương cho hệ thần kinh và não. Vì vậy, yêu cầu xử lý, thu hồi kim
loại chì trong nước thải là vấn đề rất cấp bách nhằm đảm bảo sức khỏe con người và
chất lượng môi trường.
Hiện nay đã có nhiều kỹ thuật được ứng dụng cho việc xử lý chì trong nước
thải, như phương pháp kết tủa - đồng kết tủa, thẩm thấu ngược, trao đổi ion và hấp
phụ.Hấp phụ là một phương pháp mới đã và đang được nghiên cứu, phát triển trong
những năm gần đây.Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano đã tạo ra các
vật liệu mới có nhiều ứng dụng thiết thực, tiêu biểu là vật liệu nano cacbon đã mở ra
nhiều hướng nghiên cứu về vấn đề này. Trong số các dạng thù hình của nano
cacbon, vật liệu nano cacbon dạng ống (Carbon Nanotubes - CNTs) được chú ý hơn
cả nhờ khả năng hấp phụ tốt ion kim loại nặng và tính ưu việt của nó [9], [11], [12],
[14]. Tuy nhiên một trong những nhược điểm của ống nano cacbon sau khi được
tổng hợp là dễ tạo thành bó do tính chất trơ của ống, làm giảm một lượng lớn diện
tích bề mặt của vật liệu nên khả năng hấp phụ giảm đáng kể. Do vậy việc biến tính
bề mặt ống nano cacbon để khắc phục nhược điểm này là rất cần thiết trước khi ứng
dụng ống nano cacbon vào lĩnh vực hấp phụ.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài:
“Nghiên cứ u biến tính bề mặt vật liệu nano cacbon dạng ống bằng axit vô cơ và
ứ ng dụng hấp phụ ion chì trong nước”.

9. 9
Chương 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về nano cacbon dạng ống (CNTs)[2], [17]
1.1.1. Khái niệm
Nano cacbon dạng ống (tiếng anh: Carbon nanotube - CNTs) là các dạng thù
hình của cacbon. Nano cacbon dạng ống đơn lớp là một tấm than chì có độ dày một
nguyên tử cuộn tròn lại thành một hình trụ liền, với đường kính cỡ nanomet. Điều
này xảy ra trong các cấu trúc nano mà ở đó tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính vượt
lên 10000.Các phân tử cacbon hình trụ đó có các tính chất thú vị làm cho chúng có
khả năng hữu dụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, công nghệ
điện tử, quang học và một số ngành khoa học vật liệu khác.Chúng thể hiện độ bền
đáng kinh ngạc và các tính chất điện độc đáo, độ dẫn nhiệt hiệu quả.Các nano
cacbon dạng ống vô cơ cũng đã được tổng hợp.
Nano cacbon dạng ống là một loại cấu trúc fullerene, trong đó cũng bao gồm
cả buckyball.Trong buckyball có dạng hình cầu, một ống nano lại có dạng hình trụ
với ít nhất một đầu được phủ bởi một bán cầu có cấu trúc buckyball. Tên của chúng
được đặt theo hình dạng của chúng, do đường kính của ống nano vào cỡ một vài
nanomet trong khi độ dài của chúng có thể lên tới vài milimet. Các nhà nghiên cứu
ở đại học Cininnati (UC) đã phát triển một quá trình để xây mạng thẳng hàng các
nano cacbon ống cực dài, học đã có thể sản xuất các nano cacbon dạng ống dài
18nm và có thể xoắc lại thành các sợi nano cacbon.
Bản chất của liên kết trong nano cacbon dạng ống được giải thích bởi hóa
học lượng tử, cụ thể là sự xen phủ obital.Liên kết hóa học của các ống nano được
cấu thành hoàn toàn bởi các liên kết sp2, tưởng tự than ch́. Cấu trúc liên kết này
mạnh hơn các liên kết sp3 ở trong kim cương, tạo ra những phân tử với độ bền đặc
biệt. Các ống nano thường tự sắp xếp thành các”sợi dây thừng” được giữ với nhau
bởi lực hút Vander Wall. Dưới áp suất cao, các ống nano có thể trộn với nhau, trao

10. 10
đổi một số liên kết sp2 cho liên kết sp3, tạo ra khả năng tạo thành các sợi dây khỏe,
độ dài không giới hạn thông qua liên kết ống nano áp suất cao.
1.1.2. Cấu trúc của nano cacbon dạng ống
1.1.2.1. Nano cacbon dạng ống đơn lớp
Hình 1.1. Cấu trúc ống nano cacbon đơn lớp
Phần lớn các nanodạng ống đơn lớp (SWNTs-Single-Walled Nanotubes) có
đường kính gần 1 nanomet, với độ dài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần như
vậy. Cấu trúc của một SWNTs có thể được hình dung là cuộn một vách than chì độ
dày một nguyêntử (còn gọi làgraphene) thành một hình trụ liền. Cách mà tấm
graphene được cuộn như vậy được biểu diễn bởi một cặp chỉ số (n,m) gọi là vector
chiral. Các số nguyên n và m là số của các vector đơn vị dọc theo hai hướng
trong lưới tinh thể hình tổ ong của graphene. Nếu m=0, ống nano được gọi là
"zigzag". Nếu n=m, ống nano được gọi là "ghế bành". Nếu không, chúng được gọi
là "chiral".
Nano cacbondạng ống đơn lớp là loại nano cacbon dạng ống cực kì quan
trọng bởi chúng thể hiện các tính chất điện quan trọng mà không ống nano đa vách
nào có được. Các nano dạng ống đơn lớp là ứng cử viên sáng giá trong việc thu nhỏ
kích thước sản phẩm ngành cơ điện từ cỡ micro hiện nay xuống còn nano. Sản
phẩm căn bản của ngành này là dây điện, mà SWNTs lại dẫn điện rất tốt. Một ứng
dụng hữu ích khác của SWNTs là trong việc phát triển các transitor cảm ứng (FET-
field effect transitor) nội phân tử.Việc sản xuất cửa luận lý (logic gate) đầu tiên sử
dụng FET làm bằng SWNTs gần đây đã trở thành hiện thực. Bởi vì SWNTs trở
thành p-FET khi tiếp xúc với oxy và n-FET khi không tiếp xúc với oxy, chúng đều

11. 11
có thể bảo vệ một nửa SWNTs khỏi bị tiếp xúc với oxy, trong khi cho tiếp xúc với
oxy nửa còn lại. Kết quả là một SWNTs đơn có thể hoạt động như một cửa luận lý
NOT với cả loại FET n và p trong cùng một phân tử.
1.1.2.2. Nano cacbon dạng ống đa lớp
Hình 1.2. Nano cacbon dạng ống đơn lớp và đa lớp
Cacbon nano dạng ống đa lớp (MWNTs) gồm nhiều lớp than chì (graphite).
Có hai mô hình được sử dụng để mô tả MWNTs. Trong mô hình thứ nhất có tên
gọi:Russian doll, MWNTs gồm nhiều ống SWNTs đơn lồng vào nhau. Trong mô
hình thứ hai: Parchment, MWNTs được mô tả như một tấm graphite cuộn lại.
Khoảng cách giữa các lớp trong MWNTs tương đương một lớp, khoảng cách các
lớp graphite trong cấu trúc than chì, xấp xỉ 3.4 Å.
MWNTs có đường kính lớn hơn SWNTs, và có độ trơ với hóa chất cao
hơn.Năm 2009, nhóm nghiên cứu của giáo sư James Tour ở ĐH Rice dùng KMnO4
trong H2SO4 đặc để mở ống MWNTs tạo nên Graphene nanoribbon, công trình
được đăng trên tạp chí nature.MWNTs hai lớp được gọi là DWNTs, được tổng hợp
trên quy mô gram vào năm 2003 bằng phương pháp CCVD.
1.1.2.3. Các dạng khác của nano cacbon dạng ống
*Dạng mầm: Ống nano cacbon mầm là một dạng đặc biệt, kết hợp bởi nano
cacbon dạng ống và fullerene. Trong vật liệu composite, mầm fullerene đóng vai trò
như mỏ neo giúp các ống nano cacbon không trượt, giúp tăng cường độ bền của vật
liệu
*Dạng vòng: Nano cacbon dạng vòng được tiên đoán bằng lý thuyết với các
tính chất đặc biệt.

12. 12
Hình 1.3. Nano cacbon dạng vòng
*Cycloparaphenylene
Hình 1.4. Cấu trúc Cycloparaphenylene
Nano cacbon dạng ống dài 18,5cm được báo cáo vào năm 2009, được tổng
hợp trên nền silic bằng phương pháp CVD cải tiến.Nano cacbon dạng ống ngắn nhất
được biết đến là phân tử cycloparaphenylene, được tổng hợp vào đầu năm
2009.Nano cacbon dạng ống mỏng nhất là loại ghế bành (armchair) với đường kính
3Å, được tổng hợp trong lòng nano cacbon dạng ống đa lớp. Việc xác định loại ống
được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét quyền qua độ phân giải cao
(HRTEM), máy quang phổ ranman và lý thuyết mật độ chức năng (DFT).
1.1.3. Tính chất của CNTs
1.1.3.1. Tính chất cơ học
Ống CNTs rất bền: theo trục ống, ống nano có suất Young rất lớn, có độ bền
cơ khí rất cao, khả năng chịu nén, kéo, đàn hồi, uốn, cắt có thể gọi là vô cùng do
chiều dài ống là vô cùng lớn, do đó rất thích hợp cho các vật liệu đòi hỏi tính dị
hướng.
Ta có thể làm một phép so sánh với thép và nhận thấy rằng Nanotubes nhẹ
hơn thép 6 lần và bền hơn thép 100 lần, lấy mũi nhọn nén vào đầu ống, ống bị uốn
cong nhưng đầu ống không bị hư hại gì. Nếu thôi không tác dụng lực nữa, ống
thẳng lại như ban đầu đối với CNTs dạng thẳng. Đối với MWNTs suất young trung
bình là 1,8Tpa (1Tpa = 1012 Pascale). Ống CNTs có thể biến dạng đến 40% mà
chưa thấy xuất hiện biến dạng dẻo, chưa thấy triệu chứng có vết nứt hoặc đứt gãy

13. 13
liên kết. Quan sát ở hiển vi điện tử thấy khi biến dạng CNTs, có lúc ống bị bẹp lại,
có lúc ống bị xoắn, có khi ống thắt eo theo nhiều nấc. Về mặt năng lượng, ống theo
nhận năng lượng cơ để biến dạng nhưng khi cấu trúc ống thay đổi đột ngột, ống lại
nhả ra năng lượng. Biến dạng dẻo ở CNTs liên quan đến những sai hỏng thường gọi
là cặp vòng 5-7; sai hỏng này xuất hiện khi thân CNTs không có gì sai hỏng thì các
nguyên tử cacbon trên ống nằm theo hình sáu cạnh, khi làm biến dạng đến một lúc
nào đó có thể làm liên kết bị dịch chuyển, mất đi một mối liên kết, hình sáu cạnh trở
thành hình năm cạnh, hình sáu cạnh gần đó lại nhận thêm một mối liên kết nữa để
trở thành hình bảy cạnh. Như vậy, từ không có sai hỏng ống Nano trở thành một cặp
sai hỏng 5-7 cạnh.Dưới sự tác dụng của lực lên CNTs, nhiều cặp sai hỏng như trên
có thể được sinh ra và chuyển động, kết quả là CNTs có những biến dạng phức tạp.
1.1.3.2. Tính chất điện
Các CNTs có đường kính nhỏ sẽ là bán dẫn hay kim loại. Độ dẫn điện khác
nhau là do cấu trúc phân tử gây ra bởi sự khác nhau của các nhóm cấu trúc và theo
đó là sự khác nhau về độ chênh lệch mức năng lượng. Dễ dàng nhận thấy rằng độ
dẫn điện phụ thuộc vào nhiều sự sắp xếp của tấm graphen.
Điện trở của nó được xác định bởi lớp vỏ lượng tử và hoàn toàn không phụ
thuộc vào chiều dài ống. Độ dẫn điện thuộc vào cấu trúc (m,n), nếu ta thay đổi cấu
trúc thì CNTs có thể thay đổi độ dẫn điện từ điện môi đến bán dẫn rồi đến dẫn điện
như kim loại.
Bảng 1.1. Phân loại một số đặc trưng dẫn điện của CNTs
Loại CNTs (n,m) Tính dẫn điện
Armchair (n,n) Kim loại
Zigzag (n,0), n/3 nguyên Kim loại
Zigzag (n,0), n/3 không nguyên Bán dẫn
Chiral (n-m)/3 nguyên Kim loại
Chiral (n-m)/3 không nguyên Bán dẫn
Độ dẫn điện của loại đơn lớp cũng phụ thuộc vào đường kính của ống cũng
như lực tác dụng lên ống. Dùng hiển vi lực nguyên tử để đo điện trở từng phần của
Nanotubes thì thấy đối với loại SWNTs dẫn điện như kim loại thì điện trở không

14. 14
thay đổi dọc theo ống. Tuy nhiên đối với CNTs dẫn điện theo kiểu bán dẫn khi kết
lại thành sợi dài thì điện trở rất phụ thuộc vào các vị trí đặt các đầu bốn mũi dò để
đo. Nói chung suất điện trở của ống nano vào cỡ 10-4 ohm/cm ở 270C. Như vậy sợi
CNTs là sợi cacbon có độ dẫn điện tốt nhất.Sai hỏng ở CNTs có thể làm thay đổi
tính dẫn điện.
Tính chất điện của CNTs đa lớp còn phức tạp hơn rất nhiều. Khoảng cách
giữa các vách theo chiều xuyên tâm nhỏ nhất là 0,34 nm (bằng khoảng cách giữa
các lớp của cấu trúc Graphit). Có thể xem điện tử bị nhốt trong các tấm Graphen
phẳng vì khi đường kính của ống lớn khe năng lượng gần như bằng không (tùy theo
từng loại zigzag, armchair, chiral) thì các ống bên ngoài cũng ít nhiều dẫn ðiện do
ðó MWNT ít nhất cũng có tính chất bán kim nhý Graphit.
1.1.3.3. Độ hoạt động quang học
Các nghiên cứu lý thuyết đã cho thấy rằng độ quang hoạt của ống nano chiral
sẽ biến mất nếu đường kính ống nano trở nên lớn hơn.Độ quang hoạt có thể sẽ gây
ra mốt số kết quả tốt trong thiết bị quang học trong đó ống nano đóng một vai trò
quan trọng.
1.1.3.4. Tính chất hóa học
CNTs tương đối trơ về mặt hóa học, nano cacbon dạng ống có kích thước
càng nhỏ thì hoạt động hóa học càng mạnh. Để tăng hoạt tính hóa học của CNTs
người ta thường tạo các sai hỏng trên ống hoặc biến tính bề mặt ống.
Độ hoạt động hóa học của SWNTs là do tính bất đối xứng của Orbital-π do
sự uốn cong của tầm Graphit. Vì vậy, phải phân biệt rõ thân và nắp của ống nano,
chúng có độ hoạt động hóa học khác nhau (là do sự uốn cong này).Và cũng vì vậy
mà các ống Nano có đường kính nhỏ hoạt động hơn. Có thể thay đổi các liên kết
cộng hóa trị của vách hay nắp bằng cách hoàn tan trong dung môi. Và rất khó khi
khảo sát trực tiếp sự biến đổi hóa học khi mẫu sản phẩm thô chưa được làm sạch.
1.1.3.5. Tính chất phát xạ trường
CNTs có khả năng phát xạ diện từ mạnh ngay cả ở điện thế thấp (10V)

15. 15
1.1.4. Ứng dụng của CNTs
CNTs đã thu hút nhiều chú ý của toàn thế giới với những thuộc tính duy nhất
của nó mà đang dẫn tới nhiều ứng dụng đầy hứa hẹn, những ứng dụng đã được báo
cáo:
- Làm cảm biến hóa học;
- Lĩnh vực nguyên liệu phát xạ;
- Chất hỗ trợ xúc tác;
- Những thiết bị điện tử;
- Nanobalance độ nhạy cao cho những bộ phận kính hiển vi cấp độ nano;
- Những sự tăng cường trong compossite chất lượng cao;
- Đầu dò nanoprobes trong khí tượng học và y-sinh học;
- Ứng dụng trong pin;
- Những thiết bị điện nanoelectronic;
- Siêu tụ điện;
- Lưu trữ Hydrogen;
- Những ứng dụng trong công nghiệp kim cương. Một khi những thí nghiệm
đã cho thấy sự chuyển đổi giữa CNTs thành kim cương dưới áp suất cao và nhiệt độ
cao với sự có mặt một số chất xúc tác nhất định. Những điều đó mới chỉ là một ít
khả năng mà hiện thời đang được thăm dò. Trong khi nghiên cứu đang tiếp tục,
những ứng dụng mới cũng sẽ phát triển.
1.2. Tổng quan về kim loại chì[18] [19]
1.2.1. Đặc điểm chung
Chì (tên Latinh: Plumbum) là kim loại thuộc nhóm IVA, chu kì 6, sô hiệu
nguyên tử là 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Nguyên tử chì có 6 lớp electron, lớp
ngoài cùng có 4e, lớp sát ngoài cùng có 18e. Trong các hợp chất, chì có số oxi hóa
+2 và +4, hớp chất có số oxi hóa +2 là phổ biến và bền hơn. Cấu hình electron
nguyên tử chì (Pb): [Xe]4f145d106s26p2.
Một số đặc điểm của nguyên tố chì được nêu ở bảng 1.2.

16. 16
Bảng 1.2.Một số đặc điểm của nguyên tố chì
Bán kính
(pm)
Bán kính cộng
hóa trị (pm)
Cấu trúc tinh thể Độ âm
điện
Trạng thái
trật tự từ
180 147 Lập phương tâm mặt 2,33 Nghịch từ
1.2.2. Trạng thái tự nhiên
Chì kim loại có tồn tại trong tự nhiên nhưng ít gặp. Chì thường được tìm thấy
ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, phổ biến nhất là với đồng và được thu hồi cũng
với các kim loại này. Khoáng chì chủ yếu là galena (PbS), trong đó chì chiếm
86,6% khối lượng. Các dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và
anglesite (PbSO4).
1.2.3. Tính chất
1.2.3.1. Tính chất lý học
Chì là kim loại nặng, mềm (có thể cắt bằng dao), có ánh kim, màu trắng hơi
xanh (bề mặt bị cắt của chì xỉ nhanh trong không khí tạo ra màu tối), dễ uốn, dễ dát
mỏng và kéo sợi.Dưới đây là một số hằng số vật lý quang trọng của chì.
Bảng 1.3. Một số hằng số vật lý quan trọng của chì
Nhiệt độ nóng chảy
(oC)
Nhiệt độ sôi
(oC)
Nhiệt dung riêng
(J/kg.K)
Khối lượng riêng
(g/cm3)
327,4 1745 128,62 11,34
Chì kim loại có thể được làm cứng bằng cách thêm vào một lượng nhỏ antimony,
hoặc một lượng nhỏ các kim loại khác như canxi. Chì dạng bột cháy cho ngọn lửa
màu trắng xanh. Giống như nhiều kim loại, bột chì rất mịn có khả năng tự cháy
trong không khí (khói tạo ra rất độc)[19].
1.2.3.2. Tính chất hóa học[4], [19]
Chì có tính khử yếu. Thế điện cực chuẩn của chì E0
Pb2+/Pb = -0,13V.
- Trong không khí ở nhiệt độ thường, chì được bao phủ bằng màng oxit bảo
vệ nên không bị oxi hóa tiếp. Ở nhiệt độ cao, chì bị oxi hóa thành PbO.
- Chì không tác dụng với các dung dịch HCl, H2SO4 loãng do tạo thành các
muối chì không tan bọc ngoài kim loại ngăn cản sự tiếp xúc khiến phản ứng không
thể tiếp tục xảy ra. Chì tan nhanh trong dung dịch H2SO4 đặc nóng và tạo thành

17. 17
muối tan là Pb(HSO4)2. Chì tan dễ dàng trong dung dịch HNO3 loãng, tan chậm
trong dung dịch HNO3 đặc.
- Chì cũng tan chậm trong dung dịch bazơ nóng (như KOH, NaOH)
- Chì không tác dụng với nước. Khi có mặt không khí, nước sẽ ăn mòn chì
tạo ra Pb(OH)2.
1.2.4. Các hợp chất quan trọng của chì
1.2.4.1. Hợp chất vô cơ
- Massicot và lithage (PbO): Ít hòa tan trong nước, dùng để chế tạo chì axetat
và chì cascbonat, chế tạo ắcquy (làm tấm cách, thẻ plaque).
- Chì hidrat Pb(OH)2: Được tạo thành từ kiềm và muối chì hòa tan tạo thành,
có dạng bột trắng, ít tan trong nước, mất nước ở 130oC.
- Chì minium Pb3O4: Đun chì từ 300-400oC trong thời gian lâu sẽ được
minium, đây là một dạng massicot bị oxi hóa. Hợp chất này có dạng bột màu đỏ,
hầu như không tan trong nước, có thể phân hủy khi đun nóng tạo thành protoxit chì
PbO2, PbO và oxi. Hợp chất này được dùng làm chất màu pha sơn, giấy bọc, trong
kĩ nghệ thủy tinh pha lê, men sứ.
- Chì dioxit PbO2: Dạng bột màu nâu, được dùng làm chất oxi hóa mạnh.
- Chì sunfua PbS: Hợp chất này trong thiên nhiên được gọi là gallen, được sử
dụng để chế tạo kim loại, sơn, vecni,…
- Chì clorua PbCl2: Có dạng bột, màu trắng, ít tan trong nước lạnh, nóng
chảy ở 500oC sẽ mất bớt clo thêm oxi thành oxitclorua màu vàng được dùng làm bột
màu.
- Chì sunfat PbSO4: Có dạng bột màu trắng.
- Chì cacbonat PbCO3: Có dạng bột, màu trắng, không tan trong nước, được
sử dụng để làm chất pha sơn.
- Chì cromat PbCrO3: Có dạng bột màu vàng, được dùng làm sơn.
1.2.4.2. Các hợp chất hữu cơ
- Chì axetat ngậm nước Pb(CH3COO)2.3H2O: Được sử dụng trong y dược.
- Chì tetraetyl Pb(C2H5)4 và chì tetrametyl Pb(CH3)4: Được sử dụng làm chất
chống nổ cho xăng.

18. 18
- Chì stearat Pb(C17H35COO)2: Được sử dụng trong công nghệ chất dẻo.
1.2.5. Ứng dụng của chì
1.2.5.1. Trong công nghiệp:
Chì được sử dụng rất phổ biến, người ta đã thống kê thấy có tới 150 nghề và
hơn 400 quá trình công nghiệp khác nhau sử dụng đến chì và các hợp chất của
chúng.
- Công nghiệp kĩ thuật điện: Chì được dùng để làm bình ắc quy, pin, làm vỏ
bọc dây cáp rất bền chắc và dẻo dai. Một lượng chì khá lượng được dùng để làm
que hàn.
- Công nghiệp hóa chất: Để bảo vệ các thiết bị khỏi sự ăn mòn, người ta mạ
chì lên bề mặt bên trong các buồng và các tháp sản xuất axit sunfuric, các ống dẫn,
các bể tẩy rửa và các bể điện phân,…
- Công nghiệp nhiên liệu: Trong các động cơ xăng phải nén hỗn hợp nguyên
liệu trước khi đốt cháy, và nén càng mạnh thì động cơ làm việc càng kinh tế. Nhưng
ở mức độ nén khá cao, hỗn hợp nhiên liệu sẽ nổ, vì vậy người ta thêm chì tetrametyl
hoặc chì tetraetyl vào xăng với một lượng nhỏ để ngăn chặn hiện tượng nổ, buộc
nhiên liệu phải cháy đều, cháy đúng thời điểm cần thiết.
- Trong ngành in: Cùng với stibi và thiếc, chì đã có mặt trong các hợp kim
chữ in để làm ra những con chữ và những yếu tố khác của bộ chữ in sách báo.
- Một số ngành công nghiệp khác: Trong đời sống hằng ngày, chì là thành
phần trong các sản phẩm như sơn, chất nhuộm màu, lưới đanh bắt cá,…
1.2.5.2. Trong kĩ thuật quân sự
Chì được dùng để đúc đầu đạn. Lịch sử đã từng biết đến nhiều trường hợp,
trong đó các dân tộc đã phát động những cuộc chiến tranh chính nghĩa để giành lại
độc lập và tự do và trong những cuộc đấu tranh này, chì đã giúp đỡ họ.
1.2.5.3. Trong ngành năng lượng học nguyên tử và kĩ thuật hạt nhân
Chì có tác dụng hấp thụtia gamma (γ) nên dùng để ngăn cản tia phóng xạ.
Người ta thường sử dụng các lá chắn phóng xạ bằng chì, thủy tinh mà trong đó có
chứa chì oxit cũng ngăn ngừa được bức xạ phóng xạ. Chì ngăn cản được tia rơngen,
do đó người ta đã pha thêm chì vào trong các bao tay hay áo choàng của các bác sĩ

19. 19
điện quang, nhờ vậy mà bảo vệ cơ thể khỏi ảnh hưởng nguy hiểm của tia này. Trong
các khẩu “đại bác coban” dùng để điều trị các khối u ác tính, viên coban phóng xạ
được giữ kín trong vỏ bọc bằng chì.
1.2.5.4. Trong nghệ thuật
Trong nghệ thuật, chì được pha thêm làm một số chất để làm đẹp màu, để hạ
nhiệt độ nóng chảy và có giá trị trong nghệ thuật như pha lê, sơn chì,…
1.2.5.5. Trong y học
Một số thuốc có chứa chì cũng được dùng như thuốc giảm đau, thuốc làm
săn da, thuốc chống viêm, thuốc chữa bỏng,..Từ xa xưa, y học cổ truyền đã sử dụng
một số vị thuốc, chủ yếu là khoáng vật, có chứa chì để chữa bệnh. Ví dụ như:
Duyên phấn (có chứa chì cacbonat PbCO3), ô duyên (có chứa chì sunfua PbS), mật
dà tăng (có chứa oxit chì PbO), duyên đơn (có chứa oxit chì Pb3O4 hay 2PbO.PbO2)
1.2.6. Tác hại của chì với con người
1.2.6.1. Con đường Pb xâm nhập vào cơ thể
- Qua đường hô hấp: theo bụi bặm trong không khí theo hơi thở vào phổi rồi
mau chóng chuyển sang máu.
- Qua ăn uống thực phẩm có chì hoặc tay dính chì đưa lên miệng trong khi
làm việc. Hàm lượng chì hấp thụ vào máu tùy theo tuổi và tùy theo lượng thực
phẩm trong dạ dày. Khi ăn no chỉ có 6% chì chuyển sang máu, còn lúc đói thì có tới
60% chì vào máu. Với cùng số lượng chì ăn vào, trẻ em hấp thụ sang máu nhiều
hơn người lớn.
- Qua lớp da, tuy ít khi xảy ra nhưng khi da bị trầy, thương tích chì sẽ thấm
vào máu. Từ máu chì chuyển qua các cơ quan như tim, phổi, gan, não, cơ bắp,…
Sau vài tuần lễ, đa số chì xâm nhập vào xương và răng và ở đó cả vài chục năm.
Phần còn lại theo nước tiểu thải ra ngoài. Nếu thường xuyên tiếp xúc với chì, hàm
lượng chì trong cơ thể sẽ tích tụ ngày một nhiều.
- Trong khí quyển chì có hàm lượng cao hơn so với các kim loại khác.
Nguyên nhân là do hiện tượng “bay hơi” (thăng hoa) trong quá trình cháy của các
loại xăng dầu có chứa chì. Trong xăng dầu, để giảm khả năng cháy nổ, chì được
thêm vào dưới dạng tetraankyl như Pb(C2H5)4, Pb(CH3)4 cùng với 1,1-dibrometan

20. 20
Br2C2H4 hoặc 1,2-dicloetan Cl2C2H4. Cùng với các chất ô nhiễm khác trong quá
trình đốt chì được chuyển về dạng PbCl2 hoặc PbBr2 đi vào khí quyển rồi sau đó
nhờ quá trình lắng đọng do tích tụ.
1.2.6.2. Hậu quả của chì đối với cơ thể[16], [19], [20]
- Hằng ngày trung bình có 225μg Pb được đưa vào cơ thể, có 200μg Pb được
bài tiết ra ngoài và 25μg được giữ lại trong gan, thận, xương,… Khi chì được trữ lại
trong cơ thể tới một hàm lượng nhất định nó sẽ bắt đầu gây tác hại tới hệ thần kinh
trung ương, thận, cơ bắp, bộ phận sinh sản và hệ thống máu.Ví dụ: chì ảnh hưởng
tới tới quá trình tổng hợp hồng cầu dẫn tới bệnh thiếu máu. Trong quá trình tổng
hợp hồng cầu, pha quan trọng là chuyển axit delta aminolevunic thành photpho
bilinogen, sự có mặt của chì sẽ ngăn cản quá trình này. Và kết quả là phá vỡ quá
trình tổng hợp hồng cầu, do đó ảnh hưởng tới việc vận chuyển oxi cho quá trình trao
đổi chất, ngăn cản quá trình sản sinh năng lượng duy trì sự sống.
- Cấp tính: khi ăn phải một lượng chì 25-30g, cơ thể sẽ bị nhiễm độc cấp
tính. Nạn nhân thoạt tiên có thể thấy vị ngọt rồi chát, tiếp theo là cảm giác nghẹn ở
cổ, cháy mồm, thực quản, dạ dày, nôn ra chất trắng (chì clorua), đau bụng dữ dội,
tiêu chảy, đi phân có màu đen (chì sunfua), mạch yếu, co giật và có thể tử vong.
- Mãn tính: đây là tình trạng nguy hiểm và thường gặp hơn do các nguyên
nhân được nêu ở phần trên. Chì nhiễm vào cơ thể và tích tụ dần dần rồi gây nguy
hại cho cơ thể.Nơi tích lũy thường là gan, thận, não, đào thải dần qua đường tiêu
hóa và đường tiết niệu. Khi cơ thể tích lũy một lượng đáng kể chì sẽ dần dần xuất
hiện các biểu hiện nhiễm độc chì như hơi thở hôi, sưng lợi với viền đen ở lợi, da
vàng, đau bụng dữ dội, táo bón, đau xương khớp, bại liệt chi tay (tay bị biến dạng),
mạch yếu, nước tiểu ít, thường gây sảy thai ở phụ nữ có thai.
1.2.7. Tình hình sản xuất và sử dụng chì hiện nay
1.2.7.1. Trên thế giới
Kim loại chì sản xuất từ hai dạng: dạng nguyên thủy (chiếm đa số) và dạng
chuyển hóa (một phần nhỏ). Chì nguyên thủy được khai thác trực tiếp từ quặng chì,
trong khi chì chuyển hóa được sản xuất từ những sản phẩm chì phế liệu đã được nấu
lại.

21. 21
- Khoảng 2000000 tấn chì đã được khai thác ở các nước phương tây mỗi
năm, ở Lào 1800 tấn và mianma 1100 tấn (số liệu năm 2000). Chì được tìm thấy
trên toàn thế giới nhưng các nước có trữ lượng lớn như Trung Quốc, Úc và Mỹ. Mỏ
chì được khai thác thường là khoáng chất gallen hay chì sunfua.
1.2.7.2. Ở Việt Nam
Theo tổng cục thống kê, số liệu về tình hình sản xuất và sử dụng chì tại Việt
Nam không thống kê cụ thể được do việc sản xuất hầu như mang tính cá thể với quy
mô sản xuất nhỏ, hoặc có tính gia đình như làng nghề nấu kim loại phế liệu, vì thế
nên các cơ quan quản lí cũng không thể biết chắc chắn con số sản xuất hay tiêu thụ
chính xác. Tuy nhiên, qua niên giám thống kê năm 2001 của nhà xuất bản thống kê
Hà Nội cho biết được một số sản phẩm được sản xuất có sử dụng chì như: pin ắc
quy 1,5V: 130000000 cái/năm; sơn hóa học: 57000 tấn/năm; tivi 1158000 cái/năm;
thép thỏi: 1700000 tấn/năm; radio: 1500000 cái/năm. Chính việc sản xuất nhỏ lẽ và
không có hệ thống xử lí thải cùng với sự quản lí không chặt chẽ của cơ quan chức
năng đã làm một lượng chì lớn thải ra môi trường gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
con người và ô nhiễm môi trường.
1.3. Đẳng nhiệt hấp phụ[10]
Mục tiêu của việc nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ là giải thích cơ chế của sự
kết hợp ion kim loại nặng vào chất hấp phụ, ái lực tương đối của các kim loại nặng
đối với chất hấp phụ, và cả hai vấn đề trên đã chịu ảnh hưởng như thế nào bởi các
điều kiện môi trường khác nhau. Cuối cùng, mục tiêu cần đạt được là đưa ra
phương trình thích hợp nhất mô tả quá trình hấp phụ để dựa vào đó thiết kế hệ
thống ứng dụng trong thực tế. Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng các mô
hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 1, Langmuir 2, Langmuir 3, Langmuir 4,
Langmuir 5 và Freundlich để mô tả cân bằng hấp phụ; sau đó tìm ra mô hình hấp
phụ phù hợp nhất.
1.3.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Mô hình này dựa trên giả thuyết sự hấp phụ đa lớp, bề mặt chất hấp phụ
không đồng nhất với các tâm hấp phụ khác nhau về số lượng và năng lượng hấp
phụ. Quan hệ giữa dung lượng hấp phụ cân bằng và nồng độ cân bằng của chất hấp

22. 22
phụ được biểu diễn bằng phương trình:
n/1
eLe CKq
m
x
 (1.1)
x: lượng chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg)
m: lượng chất hấp phụ (g)
Ce: nồng độ cân bằng của dung dịch (mg/L)
KL (l/g) và n: các hằng số Freundlich
Lấy logarit hai vế của phương trình (1.4) ta được:
eL Clog
n
1
Klog
m
x
log  (1.2)
Hay eLe Clog
n
1
Klogqlog  (1.3)
Với qe= x/m
Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich tại thời điểm cân bằng được
viết lại:
Celn
n
1
Klnqln e  (1.4)
1.3.2. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Dựa trên giả thuyết sự hấp phụ đơn lớp, nghĩa là các chất bị hấp phụ hình
thành một lớp đơn phân tử và tất cả các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ có ái
lực như nhau đối với chất bị hấp phụ.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được biểu diễn như sau:
eL
eLm
e
CK1
CKq
q

 (1.5)
qe: lượng chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
Ce: nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L)
qm: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
KL: hằng số hấp phụ Langmuir (L/mg)
Phương trình trên có thể được biểu diễn dưới dạng tuyến tính như sau:













meme bq
1
C
1
q
1
q
1
(1.6)

23. 23
(1.6) được gọi là phương trình đẳng nhiệt Langmuir loại 1. Biến đổi (1.6) ta
có phương trình sau:
mLm
e
e
e
qK
1
q
C
q
C
 (1.7)
(1.7) là phương trình đẳng nhiệt Langmuir loại 2. Biến đổi (1.7) ta có phương
trình sau:
m
e
e
e q
C
q
b
1
q  (1.8)
(1.8) là phương trình đẳng nhiệt Langmuir loại 3. Biến đổi (1.8) ta có phương
trình sau:
me
e
e
qbqb
C
q
 (1.9)
(1.9) là phương trình đẳng nhiệt Langmuir loại 4. Biến đổi (1.9) ta có phương
trình sau:
b
q
1
qb
C
1
e
m
e
 (1.10)
(1.10) là phương trình đẳng nhiệt Langmuir loại 5.
1.4. Động học hấp phụ[1]
1.4.1. Một số khái niệm
* Tốc độ phản ứng hóa học: được đo bằng độ biến thiên nồng độ của các chất
phản ứng (hay sản phẩm phản ứng) trong một đơn vị thời gian.
* Bậc phản ứng:
Trong động hóa học, để phân biệt các phản ứng người ta dùng một đại lượng
gọi là bậc phản ứng. Năm 1867 Guldberg và Wagge đưa ra định luật tác dụng khối
lượng mô tả sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của các chất phản ứng
như sau: ở nhiệt độ không đổi, tốc độ của phản ứng tỷ lệ với tích của nồng độ các
chất phản ứng.
Với phản ứng tổng quát: a1A1 + a2A2 + ... → b1B1 + b2B2 + ....
Biểu thức của định luật tác dụng khối lượng có dạng:
i
i
2
2
1
1
a
A
a
A
a
A C..k...C.C.kv  (1.11)

24. 24
Với hệ số tỷ lệ k là hằng số tốc độ phản ứng
Tổng quát: i
i
1
2
1
1
n
A
n
A
n
A C..k...C.C.kv  (1.12)
Trong đó:
n1: bậc riêng phần đối với chất A1
n2: bậc riêng phần đối với chất A2
n = n1 + n2 + ... là bậc toàn phần (bậc chung) của phản ứng.
Như vậy, bậc phản ứng là tổng các số mũ của các thừa số nồng độ trong
phương trình tốc độ phản ứng.
1.4.2. Các mô hình động học[6]
Các mô hình động học được sử dụng để nghiên cứu cơ chế và các giai đoạn
kiểm soát tốc độ của quá trình hấp phụ. Ngoài ra động học hấp phụ là một thông số
quan trọng trong việc áp dụng các quá trình hấp phụ vào xử lý nước thải, bởi vì mô
hình động học hấp phụ có thể được sử dụng để dự đoán tốc độ tách loại chất ô
nhiễm khỏi dung dịch nước trong thiết kế công trình xử lý nước thải bằng phương
pháp hấp phụ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày các mô hình động học
khác nhau thường được sử dụng nhất để nghiên cứu động học sự hấp phụ kim loại,
đó là: bậc nhất biểu kiến (the pseudo-first order), bậc hai biểu kiến (the pseudo-
second order).
Trong các mô hình này, lượng kim loại bị hấp phụ vào pha rắn, hay còn gọi
là dung lượng hấp phụ kim loại của chất hấp phụ qt (mg/g) tại thời điểm t được tính
theo công thức:
 0 t
t
C -C V
q =
m
(1.13)
Trong đó:
C0 và Ct lần lượt là nồng độ ion kim loại ban đầu và tại thời điểm t, mg/L
V: thể tích dung dịch ion kim loại, mL
m: là khối lượng của chất hấp phụ, g
Phần trăm ion kim loại trong dung dịch được hấp phụ còn gọi là mức độ hấp
phụ F %) tại thời điểm t được tính theo phương trình (1.14)

25. 25
0
t0
C
)CC(
F

 (1.14)
1.4.2.1. Phương trình bậc nhất biểu kiến
Phương trình tốc độ bậc nhất biểu kiến nêu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến
dung lượng hấp phụ của pha rắn, thường được biểu diễn dưới dạng:
)qq(k
d
dq
te1
t
t
 (1.15)
trong đó qe và qt lần lượt là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và tại
thời điểm t (mg/g), k1 là hằng số tốc độ bậc nhất biểu kiến (L/giây). Sau khi lấy tích
phân 2 vế với các điều kiện biên t = 0 đến t = t và qt = 0 đến qt = qt, dạng tích phân
của phương trình (1.15) trở thành:
ln(qe - qt) = ln(qe) - k1t (1.16)
Nếu tốc độ hấp phụ tuân theo qui luật động học bậc nhất biểu kiến, đường
biểu diễn ln(qe - qt) theo t sẽ là đường thẳng, từ đó k1 và qe có thể được xác định từ
độ dốc và giao điểm của đồ thị với trục tung.
1.4.2.2. Phương trình bậc hai biểu kiến
Phương trình động học hấp phụ bậc hai biểu kiến cũng biểu diễn các yếu tố
ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ của pha rắn. Mô hình này phù hợp với giả thuyết
cho rằng hấp phụ hóa học là bước kiểm soát tốc độ, được biểu diễn dưới dạng:
2
te2
t
)qq(k
dt
dq
 (1.17)
Trong đó qe và qt lần lượt là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và
tại thời điểm t (mg/g), k2 là hằng số tốc độ bậc hai biểu kiến (g/mg.giây). Với các
điều kiện biên t = 0 đến t = t và qt = 0 đến qt = qt, phương trình (1.17) có dạng tích
phân sau:
tk
q
1
qq
1
2
ete


(1.18)
Phương trình (1.18) là quy luật tốc độ dạng tích phân của phản ứng bậc hai,
có thể được biến đổi thành:

26. 26
e
2
e2
t
q
t
qk
1
t
q

 (1.19)
Có dạng tuyến tính:
e
2
e2t q
t
qk
1
q
t
 (1.20)
Trong đó h (mg/g.giây) có thể được xem là tốc độ hấp phụ ban đầu qt/t → 0,
vì vậy:
2
ekqh  (1.21)
Phương trình (1.20) có thể được viết lại dưới dạng:
et q
t
h
1
q
t
 (1.22)
Nếu sự hấp phụ tuân theo quy luật động học bậc hai biểu kiến, đồ thị biểu
diễn quan hệ t/qt theo t của phương trình (1.20) sẽ là đường thẳng, từ đó qe, k2 và h
có thể được xác định từ độ dốc và giao điểm với trục tung của đồ thị.
1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và các tham số nhiệt động học[5]
Trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu, nếu việc tăng nhiệt độ làm tăng dung
lượng hấp phụ thì có thể nói rằng quá trình hấp phụ là quá trình thu nhiệt. Điều này
có thể giúp củng cố thêm rằng quá trình kết hợp kim loại vào bề mặt chất hấp phụ
có bản chất của sự tương tác hóa học.
Việc tính toán các tham số nhiệt động học cũng được dùng để khẳng định lại
bản chất hấp phụ của nghiên cứu này. Các tham số bao gồm: Biến thiên năng lượng
tự do Gibbs (G), biến thiên Entanpi (H) và biến thiên entropi (S). Được tính
toán theo phương trình sau:
e
e0
e
ae
C
C
CC
C
C
K

 (1.23)
CKlnRTG  (1.24)
RT
H
R
S
RT
G
Kln C





 (1.25)
Trong đó KC là hằng số cân bằng của quá trình hấp phụ. Cae, Ce nồng độ ion

27. 27
ở pha rắn và dung dịch (mg/l). Xây dựng giản đồ Van’t Hoff biểu diễn quan hệ giữa
lnKC và 1/T theo phương trình trên và tính được các tham số nhiệt động học từ độ dốc
và giao điểm với trục tung của đồ thị. Từ các giá trị tính được này sẽ khẳng định thêm
bản chất của quá trình hấp phụ.
1.6. Phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử AAS[3]
Nguyên tắc: Trong điều kiện thường nguyên tử không thu cũng không phát
ra năng lượng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích bằng
một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch
phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó thì chúng sẽ hấp phụ các tia sáng đó và sinh
ra phổ hấp thụ nguyên tử.
Vì vậy, muốn tiến hành phép đo AAS cần thực hiện các bước sau :
- Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành trạng
thái hơi. Đó là quá trình hóa hơi mẫu.
- Nguyên tử hóa đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên tử tự
do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạ
đơn sắc. Đây là giai đoạn quan trọng nhất và quyết định đến kết quả của phép đo
AAS.
- Chọn nguồn tia sáng có bước sóng phù hợp với nguyên tố phân tích và
chiếu vào đám hơi nguyên tử đó. Phổ hấp thụ nguyên tử sẽ xuất hiện.
- Nhờ hệ thống máy đo quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi
qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo của
nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó. Trong một giới hạn
nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ
nguyên tố cần phân tích theo phương trình :
A = k.C.L
Trong đó : A: cường độ vạch phổ hấp thụ
k : hằng số thực nghiệm
L : chiều dài môi trường hấp thụ
C : nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ AAS

28. 28
- Thu và ghi kết quả cường độ vạch phổ hấp thụ.
Hiện nay, phương pháp này được coi là phương pháp chuẩn để xác định
đồng trong nước. Tuy nhiên, khi thực hiện theo phương pháp AAS đòi hỏi phải có
hệ thống máy đắt tiền, môi trường không khí phòng thí nghiệm phải sạch, hóa chất
phải tinhkhiết, quy trình phức tạp, yêu cầu người có tay nghề vững vàng, chuyên
môn cao. Mặt khác nhược điểm chính của phương pháp này chỉ cho biết thành phần
nguyên tố mà không chỉ ra trạng thái liên kết, cấu trúc của nguyên tố có trong mẫu.

29. 29
Chương 2
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu đề tài
Biến tính thành công bề mặt vật liệu nano cacbon dạng ống bằng axit vô cơ,
thể hiện ở khả năng hấp phụ tốt kim loại Pb(II) trong dung dịch nước.
Xác định mô hình đẳng nhiệt và động học hấp phụ mô tả tốt quá trình hấp
phụ kim loại Pb(II) trong dung dịch nước và khẳng định bản chất của quá trình hấp
phụ thông qua các tham số nhiệt động.
2.2. Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Nội dung nghiên cứu
2.2.1.1. Nghiên cứu các điều kiện oxi hóa bề mặt vật liệu nano cacbon dạng ống
bằng axit HNO3 và H2SO4 đặc
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit;
- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ oxi hóa;
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian oxi hóa.
2.2.1.2. Nghiên cứu quá trình hấp phụ kim loại Pb(II) trong dung dịch nước của vật
liệu nano cacbon dạng ống
- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Pb(II) của vật liệu;
- Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ Pb(II)
của vật liệu;
- Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của Pb(II) của vật liệu;
- Nghiên cứu động học hấp phụ của Pb(II) lên vật liệu;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ của vật liệu và
tính toán các tham số nhiệt động.
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.2.1. Phương pháp phân tích Pb(II) trong dung dịch
Nồng độ Pb(II) trong nước được phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp
phụ nguyên tử (AAS) tại trung tâm kiểm nghiệm dược thừa thiên Huế.
* Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu:

30. 30
- Dung dịch gốc Pb(II) 1000ppm: Dung dịch gốc được pha từ muối chì
Pb(CH3COO)2.3H2O. Cân chính xác định mức thành 1000ml bằng nước cất ta thu
được dung dịch Pb(II) 1000ppm.
- Dung dịch trung gian: Pb(II) 20ppm được pha loãng 50 lần từ dung dịch
gốc; Pb(II) 10 ppm được pha loãng 100 lần từ dung dịch gốc; Pb(II) 5 ppm được
pha loãng 200 lần từ dung dịch gốc; Pb(II) 2 ppm được pha loãng 500 lần từ dung
dịch gốc; Pb(II) 1 ppm được pha loãng 1000 lần từ dung dịch gốc; Pb(II) 0,5 ppm
được pha loãng 2000 lần từ dung dịch gốc.
* Tiến hành đo độ hấp phụ bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)
tại trung tâm kiểm nghiêm dược Thừa Thiên Huế.
2.2.2.2. Phương pháp đặc trưng vật liệu.
a. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)
Ứng dụng quan trọng nhất của phổ hồng ngoại trong nghiên cứu xúc tác là
dùng để nhận điện các phân tử phủ trên bề mặt xúc tác.
Phân tử chất có các mức năng lượng dao động và năng lượng quay khác nhau.
Khi chiếu chùm bức xạ hồng ngoại vào phân tử, các mức năng lượng dao động quay
của phân tử sẽ chuyển hóa tương hỗ. Tần số hồng ngoại mà phân tử hấp thụ sẽ tùy
thuộc vào bản chất các liên kết có trong phân tử và do đó biết được cấu tạo của chất.
Vùng hấp thụ từ 400 đến 1300 cm-1 sẽ cung cấp những thông tin về cấu trúc
bao gồm cả sự thay thế đồng hình của kim loại vào mạng lưới tinh thể, trong khi đó
vùng hấp thụ từ 3000 – 4000 cm-1 có thể giúp xác định tâm axit cũng như các nhóm
silanol. Sử dụng các hợp chất hấp phụ như CO2, NH3, pyridin…có thể giúp xác định
được tính axit bazo và độ mạnh của các tâm trên bề mặt vật liệu.
b. Phương pháp phân tích phổ EDX
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở đó, ảnh
vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng
cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật
rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên
trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc
trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley:

31. 31
4
2 15 2
3 2
0
3
( 1) (2.48*10 Hz)( 1)
8 4
 
     
 
e em q
f Z Z
h

Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt
trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về
các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các
nguyên tố này
Hình 2.1. Nguyên lý hình thành EDX
Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được phát triển trong
các kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện
tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện từ. Phổ tia X phát
ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân
tích nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũng
như thành phần, Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu.
c.Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Hiển vi điện tử quét thường được dùng để nghiên cứu bề mặt, kích thước, hình
dạng tinh thể của vật liệu.
Nguyên tắc cơ bản của hiển vi điện tử quét là sử dụng chùm tia điện tử để tạo
ảnh mẫu nghiên cứu. Chùm tia electron (điện tử) được tạo ra từ catôt (súng điện tử)
qua hai tụ quang điện tử sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm tia điện tử
đập vào mẫu nghiên cứu sẽ phát ra các chùm điện tử phản xạ thứ cấp. Các điện tử
phản xạ này được đi qua hệ gia tốc điện thế vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu
ánh sáng, tín hiệu được khuếch đại, đưa vào mạng điều khiển tạo độ sáng trên màn
ảnh. Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tương ứng trên màn. Độ sáng tối trên màn

32. 32
ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng mẫu
nghiên cứu.
d. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Mặc dù phát triển trước nhưng đến bây giờ TEM mới tỏ ra có ưu thế hơn SEM
trong lĩnh vực vật liệu mới. Nó có thể dễ dàng đạt được độ phóng đại 400.000 lần
với nhiều vật liệu, và với các nguyên tử nó có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu
lần. Cấu trúc của thiết bị TEM khá giống với một máy chiếu (projector), một chùm
sáng được phóng qua xuyên phim (slide) và kết quả thu được sẽ phản ánh những
chủ đề được thể hiện trên đó, hình ảnh sẽ được phóng to và hiển thị lên màn chiếu.
Các bước của ghi ảnh TEM cũng tương tự: chiếu một chùm electron qua một
mẫu vật, tín hiệu thu được sẽ được phóng to và chuyển lên màn huỳnh quang cho
người sử dụng quan sát. Mẫu vật liệu chuẩn bị cho TEM phải mỏng để cho phép
electron có thể xuyên qua giống như tia sáng có thể xuyên qua vật thể trong hiển vi
quang học, do đó việc chuẩn bị mẫu sẽ quyết định tới chất lượng của ảnh TEM.
Nguyên lý hoạt động: Một chùm electron được tạo ra từ nguồn cung cấp.
Chùm electron này được tập trung lại thành dòng electron hẹp bởi các thấu kính hội
tụ điện tử. Dòng electron đập vào mẫu và một phần sẽ xuyên qua mẫu. Phần truyền
qua sẽ được hội tụ bởi một thấu kính và hình thành ảnh. Ảnh được truyền từ thấu
kính đến bộ phận phóng đại. Cuối cùng tín hiệu tương tác với màn hình huỳnh
quang và sinh ra ánh sáng cho phép người dùng quan sát được ảnh. Phần tối của ảnh
đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu
dày hoặc có mật độ cao). Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không
cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có mật độ thấp).Tuy có
độ phóng đại và độ phân giải cao hình ảnh của TEM không thể hiện được tính lập
thể của vật liệu. Nhiều trường hợp người ta sử dụng kết hợp phương pháp SEM và
TEM để khai thác những ưu điểm của hai phương pháp này.
e. Phương phá p hấp phụ và giải hấp phụ nitơ (BET)
Nguyên tắc: Hấp phụ khí thườ ng được sử dụng để đă ̣c trưng một số tính chất
của vâ ̣t liê ̣u mao quản như: diê ̣n tích bề mă ̣t riêng, thể tích mao quản, phân bố kích
thướ c mao quản cũng như tính chất bề mă ̣t. Có rất nhiều phương pháp hấp phụ để

33. 33
đă ̣c trưng cho vâ ̣t liê ̣u mao quản, nhưng phổ biến hơn cả là dùng đẳng nhiê ̣t hấp phụ
– khử hấp phụ N2 ở 77K. Lượng khí bi ̣hấp phụV được biểu diễn dướ i da ̣ng thể tích
là đa ̣i lượng đă ̣c trưng cho số phân tử bi ̣hấp phụ, nó phụthuộc vào áp suất cân bằng
P, nhiê ̣t độ T, bản chất của khí và bản chất của vâ ̣t liê ̣u rắn. V là một hàm đồ ng biến
vớ i áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất bão hò a P0, ngườ i ta đó các giá tri ̣
thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đố i (P/P0) thì thu được đườ ng “đẳng nhiê ̣t
hấp phụ”, cò n khi đo V vớ i P/P0 giảm dần thì nhâ ̣n được đườ ng “đẳng nhiê ̣t khử hấp
phụ”. Trong thực tế, đố i vớ i vâ ̣t liê ̣u đườ ng đẳng nhiê ̣t hấp phụ và khử đẳng nhiê ̣t
hấp phụ không trùng nhau, mà thườ ng thấy một vò ng khuyết (hiê ̣n tượng trễ) đă ̣c
trưng cho hiê ̣n tượng ngưng tụ mao quản của vâ ̣t liê ̣u. Diê ̣n tích bề mă ̣t riêng
thườ ng được tính theo phương pháp Brunauer-Emmett-Teller (BET).
2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
2.3.1. Thiết bị
- Cân phân tích, cân kĩ thuật;
- Tủ sấy, máy bơm hút chân không;
- Máy khuấy từ, thiết bị điều nhiệt,thiết bị đo pH;
- Thiết bị phân tích AAS tại trung tâm kiểm nghiệm dược Thừa Thiên
Huế;
- Thiết bị chụp ảnh SEM, TEM và phân tích EDX Hitachi S4800
(Nhật Bản); thiết bị phân tích diện tích bề mặt BET Belsorp-mini (Nhật Bản); thiết
bị phân tích phổ FT-IR IRPrestige-21 (Shimadzu - Nhật Bản).
2.3.2. Dụng cụ
Bình tam giác, bình định mức 1000ml và 50ml, ống đong 50ml và 250ml,
các loại pipet, các loại cốc thủy tinh, giấy pH, phễu lọc, đữa thủy tinh,…
2.3.3. Hóa chất
- Muối Pb(CH3COO)2.3H2O (Merck);
- Axit HNO3 đặc (65%) (Merck);
- Axit H2SO4 đặc (98%) ( Merck);
- Các dung dịch HCl 0,1M, NaOH 0,1M (Merck)…

34. 34
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Để ứng dụng vật liệu CNTs vào mục đích hấp phụ kim loại nặng trong nước,
giai đoạn biến tính bề mặt vật liệu bằng phương pháp oxi hóa bề mặt là một giai
đoạn quan trọng. Quá trình oxi hóa bề mặt của CNTs được thực hiện nhằm hình
thành các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt của vật liệu như COOH- , OH- và làm
tăng khả năng hấp phụ kim loại nặng trong dung dịch nước lên đáng kể so với vật
liệu chưa được oxi hóa. Quá trình oxi hóa được thực hiện trong hệ thống hồi lưu gia
nhiệt vàkhuấy liên tục trong 5 giờ. Tác nhân oxi hóa gồm axit HNO3 và H2SO4
(Merck). Trước khi đưa hỗn hợp vào thiết bị hồi lưu, CNTs đươc phân tán đều trong
hỗn hợp axit bằng thiết bị siêu âm trong 15 phút. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình oxi hóa vật liệu bao gồm nồng độ axit, nhiệt độ oxi hóa và thời gian oxi hóa đã
được khảo sát trong nghiên cứu này. CNTssau khi oxi hóa được lọcvà sấy khô ở
80oC trong 2 ngày.
3.1. Phương trình đường chuẩn xác định Pb(II) trong dung dịch
Để xác định nồng độ Pb(II) trong quá trình khảo sát hấp phụ được thuận lợi,
chúng tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn sau:
Từ dung dịch Pb(II) 1000 ppm gốc pha thành các dung dịch trung gian: 20 ppm,10
ppm, 5 ppm, 2 ppm, 1 ppm, 0,5 ppm. Sau đó tiến hành đo AAS các mẫu.
Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm của các mẫu đường chuẩn
Nồng độ Pb (II) (ppm) 0,5 1 2 5 10 20
Độ hấp thụ 0,0109 0,0268 0,0532 0,1334 0,2566 0,4764
Từ kết quả ở bảng 3.1 chúng tôi xây dựng được phương trình đường chuẩn
như hình 3.1.

35. 35
0 5 10 15 20
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
y = 0.00646 + 0.02386x
r
2
= 0.998
§éhÊpthô
Nång ®é Pb(II) (ppm)
Hình 3.1. Phương trình đường chuẩn xác định Pb(II) trong dung dịch
Phương trình đường chuẩn có hệ số tương quan cao (r2 = 0,998) chứng tỏ độ
hấp thụ quang có mối tương quan tuyến tính tốt với nồng độ Pb(II) trong khoảng
khảo sát. Do đó, có thể sử dụng phương trình đường chuẩn để xác định nồng độ
Pb(II) trong các mẫu khảo sát.
3.2. Nghiên cứu biến tính bề mặt CNTs bằng phương pháp oxi hóa
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch
của vật liệu
HNO3 và H2SO4 là những chất oxi hóa mạnh. Tuy nhiên, không chỉ hoạt tính
oxi hóa của mỗi loại axit đối với CNTs khác nhau, mà sự kết hợp của chúng còn có
thể tạo ra nhiều tác dụng khác. Bên cạnh đó, nồng độ của chất oxi hóa khác nhau
cũng tạo ra khả năng oxi hóa khác nhau. Để đánh giá những ảnh hưởng này, các
nhóm mẫu khảo sát được chuẩn bị gồm 5 mẫu CNTs khảo sát được kí hiệu từ C1
đến C5. Các mẫu được oxi hóa trong điều kiện hỗn hợp axit HNO3 và H2SO4 với tỉ
lệ thể tích khác nhau như trình bày ở bảng 3.2.

36. 36
Bảng 3.2. Nồng độ axit HNO3 và H2SO4 khảo sát tương ứng với các mẫu
Mẫu C1 C2 C3 C4 C5
Nồng độ HNO3 (%) 16,25 13,00 9,75 6,50 3,25
Nồng độ H2SO4 (%) 73,50 58,80 44,10 29,40 14,70
ĐKTN: Nồng độ đầu của HNO3 và H2SO4 lần lượt là 65% và 98%; nhiệt độ oxi hóa
là 50oC; thời gian oxi hóa là 5 giờ; tổng thể tích dung dịch oxi hóa là 100mL; tỷ lệ
thể tích HNO3 : H2SO4 = 1:3; khối lượng CNTs là 0,5g; thời gian siêu âm là 15 phút.
Tỷ lệ thích hợp của các axit được chọn dựa trên khả năng hấp phụ Pb(II)
trong dung dịch của vật liệu Ox-CNTs. Tỷ lệ tốt nhất cho quá trình oxi hóa CNTs sẽ
tạo ra vật liệu Ox-CNTs có dung lượng hấp phụ Pb(II) cao nhất trong khoảng khảo
sát. Nồng độ Pb(II) được cố định là 19,75 ppm. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các
mẫu được trình bày ở hình 3.2.
C1 C2 C3 C4 C5 C0
0
10
20
30
40
50
60
70
Dungl-înghÊpphôPb(II)(mg/g)
Ký hiÖu mÉu
Hình 3.2. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu CNTs được oxi hóa với các tỷ lệ
thể tích axit khác nhau
Kết quả trình bày ở hình 3.2 cho thấy dung lượng hấp phụ Pb(II) của mẫu
CNTs chưa oxi hóa (mẫu C0) (7,60 mg/g) nhỏ hơn rất nhiều so với các mẫu CNTs

37. 37
đã được oxi hóa. Điều này khẳng định vai trò quan trọng của quá trình oxi hóa bề
mặt CNTs khi sử dụng vật liệu vào mục đích hấp phụ kim loại nặng. Có thể thấy, sự
kết hợp của hai loại axit trên trong dung dịch oxi hóa đã làm tăng khả năng hấp phụ
Pb(II) của vật liệu. Khi nồng độ axit càng giảm, dung lượng hấp phụ Pb(II) càng
nhỏ. Dung lượng đạt cao nhất ở mẫu C1 (70,65 mg/g) tương ứng với nồng độ axit
cao nhất. Tuy nhiên, ở nồng độ này kết hợp với nhiệt độ cao trong thời gian dài, các
hạt sản phẩm Ox-CNTs bị phân tán quá nhỏ nên việc lọc tách lấy sản phẩm gặp
nhiều khó khăn. Đối với mẫu C2, dung lượng hấp phụ Pb(II) cũng tương đương
mẫu C1 (68,60 mg/g), đồng thời việc lọc tách sản phẩm rất dễ dàng. Do đó nồng độ
HNO3 và H2SO4 tối ưa được lựa chọn cho những thí nghiệm sau lần lượt là 13,00 %
và 58,80 %.
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung
dịch của vật liệu
Nhiệt độ oxi hóa được khảo sát thông qua 07 mẫu CNTs được oxi hóa ở
những nhiệt độ khác nhau từ 300C đến 900C tương ứng với các kí hiệu mẫu từ T30
đến T90.
Bảng 3.3. Nhiệt độ khảo sát tương ứng với các mẫu
Kí hiệu mẫu T30 T40 T50 T60 T70 T80 T90
Nhiệt độ oxi hóa (0C) 30 40 50 60 70 80 90
ĐKTN: thời gian oxi hóa là 5 giờ; tổng thể tích dung dịch oxi hóa là 100 mL; tỷ lệ thể tích
HNO3 : H2SO4 = 1:3; nồng độ HNO3 và H2SO4 lần lượt là 13,00% và 58,80%; khối lượng
CNTs là 0,5 g; thời gian siêu âm là 15 phút.
Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu khảo sát được trình bày ở hình 3.3.
Dễ dàng nhận thấy khi nhiệt độ oxi hóa tăng, khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu
Ox-CNTs tăng. Tuy nhiên, xu hướng này chỉ diễn ra mạnh trong khoảng nhiệt độ
300C đến 500C. dung lượng hấp phụ Pb(II) của các vật liệu Ox-CNTs ở nhiệt độ
trong khoảng 500C đến 900C bắt đầu có dao động không lớn trong khoảng từ 69,40
mg/g đến 78,90 mg/g.

38. 38
T30 T40 T50 T60 T70 T80 T90
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Dungl-înghÊpphôPb(II)(mg/g)
Ký hiÖu mÉu
Hình 3.3. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được oxi hóa ở những
nhiệt độ khác nhau
Do đó, nhiệt độ oxi hóa 500C là nhiệt độ tối ưu được chọn cố định trong quá
trình khảo sát thời gian oxi hóa.
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tới khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung
dịch của vật liệu
Để tìm được thời gian oxi hóa thích hợp, chuẩn bị 08 mẫu khảo sát ở những
thời gian khác nhau như trình bày ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Thời gian khảo sát tương ứng với các mẫu
Kí hiệu mẫu T1h T2h T3h T4h T5h T6h T7h T8h
Thời gian oxi hóa (giờ) 1 2 3 4 5 6 7 8
ĐKTN: nhiệt độ oxi hóa là 50oC; tổng thể tích dung dịch oxi hóa là 100 mL; tỷ lệ thể tích
HNO3 : H2SO4 = 1:3; nồng độ HNO3 và H2SO4 lần lượt là 13,00% và 58,80%; khối lượng
CNTs là 0,5 g; thời gian siêu âm là 15 phút.

39. 39
T1h T2h T3h T4h T5h T6h T7h T8h
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Dungl-înghÊpphôPb(II)(mg/g)
Ký hiÖu mÉu
Hình 3.4. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được oxi hóa ở những
thời gian khác nhau
Kết quả dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được trình bày ở
hình 3.4. Kết quả cho thấy thời gian oxi hóa càng dài, dung lượng hấp phụ Pb(II)
càng tăng dần, tuy nhiên, sau thời gian oxi hóa 5 giờ, khả năng hấp phụ tăng không
đáng kể từ 68,75 mg/g đến 75,55 mg/g. Với mục đích tiết kiệm thời gian và năng
lượng nhưng vẫn giữ được khả năng hấp phụ Pb(II) cao, thời gian oxi hóa tối ưu
được lựa chọn là 5 giờ.
3.3. Đặt trưng vật liệuOx-CNTs
Sự có mặt của những nhóm chức chứa oxy như -COOH, -OH trên bề mặt vật
liệu CNTs đã được chứng minh bằng giản đồ FT-IR của mẫu Ox-CNTs như trình
bày ở hình 3.5.

40. 40
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
50
55
60
65
70
75
1030
C=O1701
C=O
2851
O-H
(acid)
2922
O-H
(acid)
3364
O-H
(ancol)
Sè sãng (cm
-1
)
§étruyÒnqua(%)
CNTs
Ox-CNTs
Hình 3.5. Giản đồ FT-IR của vật liệu CNTs và Ox-CNTs
Giản đồ FT-IR của mẫu Ox-CNTs xuất hiện nhiều pic đặc trưng cho các dao
động của các nhóm chức hơn so với mẫu CNTs. Dải phổ quanh số sóng 3364; 2922
và 2851 cm-1 đặc trưng cho dao động của những nhóm -OH của axit và ancol.
Đồng thời, sự xuất hiện của dải phổ quanh số sóng 1701 cm-1 tương ứng với dao
động của nhóm -C=O chứng minh sự tồn tại của nhóm chức chứa oxy -COOH trên
bề mặt của mẫu CNTs sau khi được oxi hóa. Trong cả hai mẫu CNTs và Ox-CNTs
đều xuất hiện các dải phổ đặc trưng cho dao động của nhóm -C-O và C=C. Điều
này có thể do, trước khi oxi hóa, mẫu CNTs đã hấp thụ những hợp chất chưa oxi
như nước hoặc O2. Với sự có mặt của nhóm -OH, -COOH trên bề mặt CNTs, cơ chế
hấp phụ Pb2+ được dự đoán là cơ chế trao đổi ion.
Thành phần các nguyên tố của mẫu Ox-CNTs đã được trình bày trong giản
đồ EDX của vật liệu ở hình 3.6.

41. 41
Hình 3.6. Giản đồ EDX của vật liệu Ox-CNTs
Ảnh SEM (hình 3.7) và TEM (hình 3.8) của vật liệu Ox-CNTs cho thấy sự
khác biệt về hình thái ống CNTs trước và sau được oxi hóa bề mặt. Có thể thấy cấu
trúc ống của vật liệu vẫn được giữ nguyên, tuy nhiên, các ống dưới tác dụng của
axit có tính oxi hóa mạnh đã bị bẻ gãy thành những ống ngắn hơn. Đồng thời, ảnh
TEM của vật liệu cho thấy bề mặt ống sau khi oxi hóa trở nên xù xì hơn.
Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu CNTs và Ox-CNTs
1 2 3 4 5 6
0
50
100
150
200
250
300
350
C-êng®é(cps)
Au
SiFe
O
C
N¨ng l-îng (keV)
Nguyên tố
% khối
lượng
C 88.93
O 10.3
Al 0.36
Fe 0.41

42. 42
Hình 3.8. Ảnh TEM của mẫu CNTs và Ox-CNTs
Đường hấp phụ và khử hấp phụ của vật liệu Ox-CNTs được trình bày ở hình
3.9. Kết quả cho thấy: đẳng nhiệt hấp phụ của CNTs có dạng III theo phân loại của
IUPAC, đường đẳng nhiệt có đường hấp phụ và giải hấp phụ gần như trùng nhau,
không quan sát được các bước ngưng tụ mao quản mặc dù CNTs có hệ thống mao
quản, điều này có thể giải thích hệ thống mao quản có đường kính lớn vượt của hiệu
ứng ngưng tụ mao quản. Diện tích BET của vật liệu sau khi oxi hóa tăng nhẹ từ 134
m2/g đến 159 m2/g.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
50
100
150
200
250
300
350
ThÓtÝchhÊpphô(cm
3
.g
-1
)
P/Po
DiÖn tÝch bÒ mÆt BET - 159 (m
2
.g
-1
)
HÊp phô
Khö hÊp phô
Hình 3.9. Đường hấp phụ và khử hấp phụ của vật liệu Ox-CNTs

43. 43
3.4. Nghiên cứu quá trình hấp phụ Pb(II) trong dung dịch lên vật liệu Ox-
CNTs
3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật
liệu
Qua thực nghiệm và tính toán lý thuyết thì ở pH > 7 Pb(II) bị kết tủa. Do vậy
chúng tôi chỉ khảo sát ở các pH < 7. Để tìm được pH thích hợp cho quá trình hấp
phụ Pb(II) trong dung dịch nước, chúng tôi chuẩn bị 5 mẫu dung dịch Pb(II) với
nồng độ ban đầu là 19,76 ppm và điều chỉnh pH thay đổi từ 2 đến 6. Nồng độ Pb(II)
còn lại trong dung dịch sau hấp phụ được trình bày ở bảng 3.5.
Bảng 3.5. Nồng độ Pb(II) trong dung dịch sau hấp phụ ở những pH khác nhau
Kí hiệu mẫu pH2 pH3 pH4 pH5 pH6
pH 2 3 4 5 6
Nồng độ Pb(II) (ppm) 19,23 16,55 11,64 8,65 5,64
ĐKTN: khối lượng Ox-CNTs là 0,01 g; thể tích dung dịch Pb(II) là 50 mL, nồng
độ đầu của dung dịch Pb(II) là 19,76 ppm; thời gian khuấy mẫu là 120 phút.
Kết quả dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu được trình bày ở hình 3.10.
Kết quả cho thấy khi pH tăng thì dung lượng hấp phụ Pb(II) cũng tăng dần
và đạt cao nhất ở pH = 6 là 70,60 mg/g. Điều này có thể được giải thích thông qua
điểm điện tích không của vật liệu. Điểm điện tích không của vật liệu Ox-CNTs
khoảng 5. Khi pH thấp hơn điểm điện tích không của vật liệu Ox-CNTs, lượng ion
H+ trên bề mặt của vật liệu nhiều hơn lượng ion OH-, do đó, nếu pH của dung dịch
càng cao, dung dịch sẽ chứa nhiều OH-, lượng điện tích dương trên bề mặt vật liệu
càng ít nên khả năng hấp phụ cation tăng. Tại pH = 6 là pH cao hơn điểm đẳng điện
của vật liệu, bề mặt vật liệu tích điện âm, tạo điều kiện thuận lợi cho các ion dương
Pb2+ tiến đến bề mặt vật liệu và xảy ra quá trình hấp phụ, do đó khả năng hấp phụ
cao nhất. Do vậy, chúng tôi chọn pH = 6 để thực hiện những thí nghiệm tiếp theo.

44. 44
pH2 pH3 pH4 pH5 pH6
0
10
20
30
40
50
60
70
Dungl-înghÊpphôPb(II)(mg/g)
Ký hiÖu mÉu
Hình 3.10. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs ở những pH khác
nhau
3.4.2. Ảnh hưởng của liều lượng đến khả năng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch
của vật liệu
Để tìm được liều lượng chất hấp phụ thích hợp cho quá trình hấp phụ Pb(II)
trong dung dịch nước, 5 mẫu khảo sát được chuẩn bị với những liều lượng Ox-
CNTs thay đổi từ 0,1 đến 0,3 g/L. Các điều kiện khác được cố định và nồng độ
Pb(II) còn lại trong dung dịch sau hấp phụ được trình bày ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Nồng độ Pb(II) trong dung dịch sau hấp phụ với
những liều lượng khác nhau
Kí hiệu mẫu LL1 LL2 LL3 LL4 LL5
Khối lượng CNTs (g) 0,005 0,0075 0,0100 0,0125 0,0150
Liều lượng 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Nồng độ Pb(II) (ppm) 16,40 12,33 6,01 2,30 0,01
ĐKTN: pH = 6; thể tích dung dịch Pb(II) là 50 mL; nồng độ đầu của dung dịch
Pb(II) là 19,76; thời gian khuấy mẫu là 120 phút.

45. 45
Kết quả dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu Ox-CNTs được trình bày ở
hình 3.11.
0
10
20
30
40
50
60
70
LL1 LL2 LL3 LL4 LL5
Dungl-înghÊpphôPb(II)(mg/g)
Ký hiÖu mÉu
Hình 3.11. Dung lượng hấp phụ Pb(II) của các mẫu ở những liều lượng khác nhau
Kết quả ở hình 3.11 cho thấy với nồng độ đầu của dung dịch Pb(II) là 19,76
ppm, dung lượng hấp phụ Pb(II) tăng mạnh từ 33,60 đến 68,75 mg/g khi tăng liều
lượng vật liệu từ 0,10 đến 0,20 g/L. Tuy nhiên, với những liều lượng lớn hơn 0,20
g/L trong khoảng liều lượng khảo sát, dung lượng hấp phụ Pb(II) của vật liệu Ox-
CNTs thay đổi không đáng kể, dao động nhẹ quanh giá trị 68 mg/g. Có thể thấy, với
liều lượng từ 0,20 g/L trở lên, dung lượng hấp phụ Pb(II) của vật liệu khá ổn định.
Do đó, chúng tôi chọn liều lượng là 0,20 g/L cho những thí nghiệm tiếp theo.
3.4.3. Động học hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
Để xác định mô hình động học mô tả tốt cho quá trình hấp phụ Pb(II) lên vật
liệu, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ
Pb(II) lên Ox-CNTs. Quá trình khảo sát được tiến hành như sau: chuẩn bị 250 mL
dung dịch Pb(II) có nồng độ 20mg/L được điều chỉnh pH = 6. Cho 0,05 gam Ox-
CNTs vào mẫu và khuấy đều.

46. 46
Bảng 3.7.Dung lượng hấp phụ Pb(II) của Ox-CNTs ở những thời gian khác nhau
Thời gian t
(phút)
Nồng độ tại thời
điểm t (mg/L)
Dung lượng hấp
phụ qt (mg/g)
Dung lượng hấp phụ tại
thời điểm cân bằng qe
(mg/g)
10 15,35 22,05
72,80
20 12,50 36,30
30 10,34 47,10
40 9,40 51,80
50 8,50 56,30
60 8,06 58,50
70 6,86 64,50
80 5,20 72,80
90 5,14 73,10
100 5,23 72,65
110 5,31 72,25
120 5,20 72,80
20 40 60 80 100 120
20
30
40
50
60
70
Dungl-înghÊpphôPb(II)(mg/g)
Thêi gian (phót)
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ Pb(II)
của vật liệu Ox-CNTs

47. 47
Tại các thời điểm khác nhau, 10mL mẫu được hút ra khỏi hỗn hợp, lọc nhanh
để lấy dung dịch, phân tích nồng độ Pb(II) còn lại trong dung dịch bằng phương
pháp AAS như trình bày ở bảng 3.7 và hình 3.12.
Từ số liệu thực nghiệm ở bảng 3.7, chúng tôi xây dựng đường biểu diễn mối
quan hệ giữa ln(qe-qt) và t theo phương trình động học biểu kiến bậc nhất (được
trình bày ở mục 1.4.2.1); giữa t/qt và t theo phương trình động học biểu kiến bậc hai
(được trình bày ở mục 1.4.2.2). Kết quả này được trình bày ở hình 3.13.
10 20 30 40 50 60 70
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
y = 3,616x + 0,07786
R
2
= 0,9716
A
ln(qe
-qt
)
Thêi gian t (phót)
0 20 40 60 80 100 120
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
B
y = 0,16915x + 0,02887
R
2
= 0,9909
t/qt
Thêi gian t (phót)
Hình 3.13. Mối quan hệ giữa ln(qe-qt) và t theo phương trình bậc nhất biểu kiến
(A); giữa t/qt và t theo phương trình bậc hai biểu kiến (B).
Từ kết quả ở hình 3.13, chúng tôi nhận thấy mối quan hệ t/qt có hệ số tương
quan (R2 = 0,9909) lớn hơn so với hệ số tương quan giữa ln(qe-qt) và t (R2 =
0,9716). Như vậy quá trình hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu tuân theo
phương trình động học biểu kiến bậc hai. Tốc độ quá trình hấp phụ Pb(II) lên Ox-
CNTs phụ thuộc vào cả lượng Ox-CNTs sử dụng và nồng độ Pb(II) ban đầu. Giá trị
qe tính theo lí thuyết từ phương trình động học biểu kiến bậc hai bằng 77,50 mg/g
gần như tương đương với qe thực nghiệm 72,80 mg/g.
3.4.4. Đẳng nhiệp hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của vật liệu
Nhằm mục đích xác định dung lượng hấp phụ cực đại của Ox-CNTs đối với
Pb(II) trong dung dịch, chúng tôi chuẩn bị một dãy khảo sát có nồng độ ban đầu
thay đổi từ 10 đến 60 mg/L; thể tích dung dịch Pb(II) là 50 mL; pH của các mẫu
khảo sát được chỉnh về pH = 6; các mẫu được khuấy trong hai giờ, lọc thu lấy phần
dung dịch và xác định nồng độ dung dịch Pb(II) sau khi hấp phụ. Kí hiệu các mẫu
khảo sát với các điều kiện khác nhau và kết quả được trình bày ở bảng 3.8.

48. 48
Bảng 3.8. Kí hiệu mẫu và dung lượng hấp phụ Pb(II) trong dung dịch
Kí hiệu mẫu
Nồng độ Pb(II)
ban đầu Co (mg/l)
Dung lượng hấp phụ
qe ( mg/g)
Nồng độ Pb(II) cân
bằng (mg/l)
C10 10 34,35 2,26
C20 20 70,9 5,47
C30 30 78,3 15,46
C40 40 83,3 22,47
C50 50 87 31,25
C60 60 93,6 41,82
Để đánh giá quá trình hấp phụ Pb(II) lên Ox-CNTs, xác định dung lượng hấp
phụ cực đại của vật liệu, chúng tôi dựa vào các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của
Langmuir và Freundlich (được trình bày ở mục 1.3.2 và mục 1.3.1). Đây là những
mô hình được sử dụng phổ biến nhất hiện nay để nghiên cứu hấp phụ.
Dựa và số liệu thực nghiệm ở bảng 3.8, chúng tôi xây dựng các đường hồi
quy tuyến tính biển diễn mối quan hệ giữa qe và Ce theo mô hình Langmuir và
Freundlich khác nhau, kết quả được trình bày ở hình 3.14.
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
y = 3,489x + 0,19116
R
2
= 0,8261
A
lnqe
lnCe
0 10 20 30 40
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
y = 0,03776x + 0,00799
R
2
= 0,9957
B
Ce
/qe
Ce
Hình 3.14. Mối quan hệ giữa qe và Ce theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Freundlich (A) và Langmuir (B)
Từ kết quả ở hình 3.14, chúng tôi nhận thấy hệ số tương quan giữa Ce và
Ce/qe theo mô hình Langmuir (R2 = 0,9957) cao hơn so với hệ số tương quan giữa
lnCe và lnqe theo mô hình Freundlich (R2 = 0,8261), do vậy có thể nhận thấy quá
trình hấp phụ Pb(II) trong dung dịch của Ox-CNTs tuân theo mô hình đẳng nhiệt

49. 49
hấp phụ Langmuir. Theo mô hình Langmuir, sự hấp phụ Pb(II) lên bề mặt Ox-
CNTs chỉ xảy ra đơn lớp, tất cả các tâm đều ở trạng thái cân bằng và bề mặt là đồng
nhất, mỗi phân tử chỉ hấp phụ lên một tâm xác định và giữa các phân tử bị hấp phụ
độc lập, không tương tác với nhau. Dung lượng hấp phụ cực đại của Ox-CNTs đối
với Pb(II) theo mô hình Langmuir đạt 93,60 mg/g.
3.4.5. Các tham số nhiệt động
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trfinh hấp phụ được thực hiện
trong khoảng nhiệt độ 100C đến 600C. Các tham số nhiệt động ∆H0, ∆S0, ∆G0 của
hệ được xác định bằng phương trình Van’t Hoff để xác định xem quá trfinh có tự
xảy ra hay không. Kết quả được trình bày ở bảng 3.9 và hình 3.15
Bảng 3.9. Kết quả thực nghiệm ở những nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ 10 20 30 40 50 60
Nồng độ Pb
(II) ban đầu
Co (mg/l)
17,65 17,65 17,65 17,65 17,65 17,65
Nồng độ sau
hấp phụ Ce
6,98 6,54 6,16 5,31 4,63 4,31
∆G (J) -998,524 -1290,86 -1583,01 -2194,39 -2776,54 -3128
ĐKTN: Nồng độ Pb(II) ban đầu là 20 ppm và thể tích là 250 mL; khối lượng Ox-CNTs là
0,05 g; pH được chỉnh về pH = 6; thời gian là 120 phút; nhiệt độ là 100C 200C 300C 400C
500C 600C.
Bảng 3.10. Các tham số nhiệt động của quá trình hấp phụ Pb(II) trên Ox-CNTs
T (0C) ∆G0 (J/mol) ∆H0 (J/mol) ∆S0 (J/mol.K)
10 -998,52
11716,92 44,51
20 -1290,86
30 -1583,01
40 -2194,39
50 -2776,54
60 -3128
Giá trị dương của hiệu ứng nhiệt cho phép khẳng định đây là quá trình thu
nhiệt. Điều này hoàn toàn đúng với kết quả thu được là động học bậc hai biểu kiến
và dung lượng cực đại tại thời điểm cân bằng tăng theo nhiệt độ. Năng lượng tự do

50. 50
Gibbs ∆G0 có giá trị âm chứng tỏ quá trình hấp phụ Pb(II) trên Ox-CNTs tự xảy ra.
Giá trị dương của biến thiên entropy (S = + 46,11 J/mol.K) chứng tỏ quá trình hấp
phụ làm tăng mức độ hỗn loạn của hệ. Điều này có thể được giải thích bởi quá trình
trao đổi ion giữa 1 ion Pb2+ với 2 ion H+của các nhóm -COOH ,-OH trên bề mặt
Ox-CNTs.
Vậy với điều kiện khảo sát như trên, quá trình hấp phụ Pb(II) trên Ox-CNTs
là quá trình hấp phụ hóa học thu nhiệt với H = + 11716,92J/mol, quá trình hấp phụ
này tự xảy ra (G < 0).