Đặc trưng và khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/tro trấu - Nguyễn Trung Thành

An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 61 ĐẶC TRƯNG VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHỐT PHÁT CỦA VẬT LIỆU FexOy/TRO TRẤU Nguyễn Trung Thành1, Phan Phước Toàn1, Lê Trí Thích1, Lê Ngọc Hăng1 1Trường Đại học An Giang Thông tin chung: Ngày nhận bài: 19/10/2016 Ngày nhận kết quả bình duyệt: 28/02/2017 Ngày chấp nhận đăng: 06/2017 Title: Characteristics and phosphate adsorption capacity of FexOy/activated rice husk ash Keywords: Phosphate adsorption, iron oxide nanoparticles, rice husk ash Từ khóa: Hấp phụ phốt phát, nano oxit sắt, tro trấu ABSTRACT In this study, the FexOy/RHA (RHA-activated rice husk ash) was introduced as a novel adsorbent with high potential toward phosphate removal, regarding the aqueous solutions. The experimental results showed that FexOy/RHA had an immediate absorption balance and FexOy/RHA together with 5% iron by weight (5% (FeCl3)- FexOy/RHA) offered the highest phosphate absorption (∼ 62 mgPO43- calculated per unit by weight of FeCl3 impregnated) and was at 1.6 times that was higher than the absorption capacity of the 5% KL.%(FeCl3)- FexOy/AC (AC-activated carbon). The cause may derive from the high specific surface of RHA (∼ 410 m2/g) and strong interaction between iron oxide particles and RHA support (particularly, within SiO2). It is clearly stated that rice husk ash (after being activated by HF acid) played an important role to enhance phosphate chemical absorption of iron oxide nanoparticles. TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, vật liệu FexOy/RHA (RHA-tro trấu đã hoạt hóa) được giới thiệu như một loại vật liệu hấp phụ mới và có tiềm năng ứng dụng trong việc loại bỏ phốt phát. Kết quả thực nghiệm cho thấy vật liệu FexOy/RHA có thời gian đạt cân bằng hấp phụ nhanh và vật liệu FexOy/RHA với hàm lượng sắt 5% theo khối lượng (5 KL.%(FeCl3)-FexOy/RHA) cho hiệu quả hấp phụ phốt phát cao nhất (∼ 62 mgPO43- tính trên một đơn vị khối lượng FeCl3 được tẩm) và cao hơn 1,6 lần so với khả năng hấp phụ của vật liệu 5 KL.%(FeCl3)- FexOy/AC (AC-than hoạt tính). Nguyên nhân có thể là do diện tích bề mặt riêng của tro trấu sau hoạt hóa lớn (~ 410 m2/g) và lực tương tác mạnh giữa các hạt oxit sắt với chất mang (cụ thể là SiO2 có trong chất mang). Từ đó có thể nói rằng, chất mang tro trấu (sau hoạt hóa bằng axit HF) đóng vai trò quan trọng để nâng cao hiệu quả hấp phụ hóa học phốt phát của các hạt nano oxit sắt trên bề mặt của nó. 1. GIỚI THIỆU Trong nước thải, phốt pho thường có ở nồng độ thấp và hầu hết chỉ tồn tại dạng phốt phát; bao gồm phốt phát hữu cơ, phốt phát vô cơ (ortho- phốt phát) và poly-phốt phát (hạt phốt pho). Khi phốt phát được phóng thích vào nước mặt, một trong số các vấn đề quan trọng về môi trường cần được quan tâm đó là hiện tượng phú dưỡng (Conley và cs., 2009; Chislock và cs., 2013). Cho đến nay có rất nhiều nghiên cứu được thực hiện về vấn đề loại bỏ phốt phát từ nước và nước thải. Trong đó, phương pháp hấp phụ được đánh giá là một trong những phương pháp hiệu quả để xử lý phốt phát; bởi chi phí thực hiện thấp (bao gồm chi phí đầu tư và vận hành), chất hấp phụ có thể tái sử dụng nhiều lần và ít tạo ra chất độc hại sau quá trình xử lý (Addo Ntim & Mitra, 2011; Nguyễn Trung Thành và cs., 2014). Các vật liệu hấp phụ An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 62 phốt phát thường có thành phần hóa học trên cơ bản là oxit nhôm và oxit sắt. Gần đây, việc sử dụng các chất thải công nghiệp hoặc các phế phẩm để loại bỏ phốt phát đã được chú ý với mục đích giảm chi phí xử lý; như: tro bay (Smedley và cs., 2002; Mondal và cs., 2006), xỉ lò cao (Chatterjee và cs., 1995), bùn đỏ (Dhar và cs., 1997), bùn phèn nhôm đã qua sử dụng (Richardson, 2006) và cũng như các loại phế phẩm khác chứa hàm lượng nhôm và sắt cao (Navas Acien và cs., 2008), v.v... Tuy nhiên, hiệu quả xử lý của các vật liệu này vẫn còn nhiều hạn chế về dung lượng hấp phụ phốt phát tính trên một đơn vị khối lượng vật liệu (khi so sánh với các vật liệu tổng hợp có cùng thành phần là oxit sắt và oxit nhôm). Do đó, việc tìm kiếm vật liệu hấp phụ phốt phát đáp ứng yêu cầu về kinh tế và hiệu quả hấp phụ vẫn là một thách thức lớn. Gần đây, việc chế tạo vật liệu hấp phụ từ tro trấu bằng phương pháp ăn mòn hóa học với axit HF đã được nghiên cứu thành công và cho hiệu quả hấp phụ cao đối với metyl da cam ở điều kiện pH trung tính (Nguyễn Trung Thành và cs., 2010). Nhận thấy rằng tro trấu sau hoạt hóa có thể thỏa mãn các yêu cầu cần thiết của chất mang như diện tích bề mặt riêng lớn và có cấu trúc composite giữa cacbon và các oxit khác (trong đó có oxit silic). Do đó, trong nghiên cứu này, ngoài mục đích tìm kiếm vật liệu hấp phụ có hiệu quả cao đối với phốt phát để xử lý ô nhiễm môi trường, còn tận dụng nguồn tro trấu ở địa phương giúp nâng cao giá trị sử dụng của các phụ phẩm nông nghiệp và giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường do tro trấu gây ra. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất Axit sunfuric (H2SO4-98 vol.%), axit flohydric, NaOH có nguồn gốc Trung Quốc; FeCl3.6H2O được cung cấp bởi Công ty Merck; nước khử ion (Deionized-DI) được sử dụng trong quá trình tổng hợp chất hấp phụ. KBr (cung cấp bởi Công ty Merck) được sử dụng trong các phân tích đặc trưng phổ hồng ngoại của vật liệu rắn. Dung dịch chứa phốt phát: các mẫu nước và dung dịch chuẩn chứa PO43- được chế từ muối KH2PO4 (được cung cấp bởi Công ty Merck). 2.2 Tổng hợp vật liệu hấp phụ 2.2.1 Tổng hợp chất mang từ tro trấu Tro trấu thô (có màu đen) được thu nhận từ các lò đốt gạch tại huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang. Tro trấu tươi (nguyên liệu cho quá trình sản xuất chất mang) thu được bằng cách rửa tro trấu thô (vài lần với nước DI) và sấy khô ở nhiệt độ 110 oC qua đêm. Quá trình hoạt hóa tro trấu được thực hiện bằng phương pháp ăn mòn hóa học với dung dịch axit HF có nồng độ 10% theo thể tích. Cụ thể là một hỗn hợp gồm 20 gam tro trấu tươi và 800 mL dung dịch HF 10% thể tích được khuấy trộn liên tục ở nhiệt độ phòng. Sau 30 phút khuấy trộn, chất rắn được tách ra bằng cách lọc và rửa nhiều lần với nước DI. Tro trấu đã hoạt hóa thu được bằng cách sấy chất rắn này ở nhiệt độ 110 oC qua đêm. 2.2.2 Tổng hợp vật liệu FexOy/RHA hoặc FexOy/AC Các hạt nano oxit sắt được gắn lên bề mặt của RHA (hoặc AC) bằng phương pháp tẩm. Ở đây, FeCl3.6H2O được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp các hạt nano oxit sắt. Phương pháp có thể được mô tả cơ bản như sau: đối với mẫu có hàm lượng sắt được tẩm là 5% theo khối lượng (5 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA), 100 mL hỗn hợp huyền phù được tạo thành từ dung dịch (83,23 mg) FeCl3.6H2O và (~ 950 mg) RHA (hoặc AC), được khuấy trộn liên tục ở nhiệt độ 70 oC. Sản phẩm rắn thu được ở cuối quá trình bốc hơi nước này. Tiếp theo, mẫu rắn này được sấy ở 110 oC qua đêm. Cuối cùng vật liệu FexOy/RHA (hoặc AC) thu được sau quá trình nung 4 giờ ở 450 oC. Các vật liệu FexOy/RHA (hoặc AC) được lưu giữ trong bình hút ẩm. 2.3 Xác định hàm lượng sắt An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 63 Hàm lượng sắt trong các mẫu FexOy/RHA và FexOy/AC được xác định bằng phương pháp phát xạ ngọn lửa với máy ICP (Industively Coupled Plasma; iCap-6000, Thermal). Các dung dịch sắt chuẩn được cung cấp từ Công ty Merck để xây dựng đường chuẩn của sắt phục vụ cho việc xác định hàm lượng sắt. 2.4 Phân tích đặc trưng của mẫu Các phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu được thực hiện với máy D2 Phaser (model: XRD 300W, Đức), bước góc quay là 0,05o, bước thời gian 30 s sử dụng nguồn phát xạ là Cu Kα (λ= 1,5406 Å). Hình dạng và kích thước hạt của FexOy/RHA được chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Đặc trưng thành phần hóa học bề mặt của các mẫu được thực hiện bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại (FTIR) với máy Bruker (model: Alpha, Đức). 2.5 Thực nghiệm hấp phụ phốt phát Quá trình hấp phụ phốt phát được thực hiện ở điều kiện tĩnh với các thông số cố định như: 250 mL dung dịch phốt phát có nồng độ 2 mg/L, 50 mg vật liệu 5 KL.% (FeCl3) FexOy/RHA (trừ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sắt), 60 phút tiếp xúc (đối với thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH), nhiệt độ môi trường hấp phụ là 30 0C và điều kiện pH phù hợp (được xác định trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH). Sau thời gian hấp phụ, dung dịch qua lọc được xác định hàm lượng phốt phát với phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat được mô tả theo TCVN 6202:2008. Xác định khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu: V m CCq eo ×−= (1) Trong đó, Co và Ce lần lượt là nồng độ phốt phát ban đầu (2 mg/L) và sau khi tiếp xúc với dung dịch phốt phát trong một khoảng thời gian thích hợp đối với FexOy/RHA hoặc FexOy/AC; V là thể tích của dung dịch phốt phát được sử dụng trong nghiên cứu hấp phụ (250 mL); m là khối lượng của vật liệu hấp phụ được sử dụng (50 mg). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Các đặc trưng của vật liệu FexOy/RHA Tro trấu thô được thu gom từ các lò đốt trấu (sản xuất gạch) dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất chất mang. Ở đây chất mang được sản xuất bằng phương pháp ăn mòn hóa học dựa vào phản ứng cơ bản giữa HF và SiO2 như đã được trình bày trong nghiên cứu trước đây (Nguyễn Trung Thành và cs., 2010). Các đặc trưng cơ bản của chất mang – tro trấu sau khi hoạt hóa (RHA) đã được nghiên cứu và công bố trong công trình gần đây của Phan Phước Toàn và cs. (2016). Kết quả cho thấy, RHA có những đặc trưng rất tốt có thể đáp ứng các yêu cầu cần thiết của chất mang như diện tích bề mặt riêng lớn (~ 410 m2/g) và có thể tạo ra lực liên kết mạnh giữa chất mang và oxit sắt bởi thành phần oxit silic chứa trong tro trấu. Ngoài ra, ảnh chụp hiển vi điện tử quét (SEM) cũng cho thấy bề mặt của RHA có cấu tạo gồ ghề và tồn tại nhiều lỗ xốp hơn so với tro trấu ban đầu (Phan Phước Toàn và cs., 2016). Trong nghiên cứu này, các hạt oxit sắt được gắn lên trên bề mặt của RHA bằng phương pháp tẩm. Hình ảnh của các mẫu vật liệu được thể hiện trong Hình 1. Từ Hình 1 cho thấy, màu sắc của các mẫu thay đổi từ màu đen đồng nhất của RHA (chưa tẩm sắt) sang màu nâu đỏ đến màu màu nâu có ánh đen khi hàm lượng FeCl3 tẩm thay đổi từ 5 KL.%(FeCl3) đến 20 KL.%(FeCl3). Điều này có thể do sự khác nhau về sản phẩm sau quá trình oxit hóa đối với muối sắt. Kết quả phân tích xác định hàm lượng ion sắt thực tế trên bề mặt RHA không khác nhiều so với hàm lượng sắt được sử dụng trong quá trình tổng hợp mẫu FexOy/RHA tính trên cơ bản FeCl3. Lấy ví dụ đối với mẫu 5 KL.%(FeCl3) FexOy/RHA; hàm lượng sắt được xác định là 0,017 g Fe/g vật liệu tương ứng là 0,05142 g FeCl3/g vật liệu. An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 64 Hình 1. Hình ảnh các mẫu vật liệu, gồm có: tro trấu tươi; RHA; 5 KL.%(FeCl3)-FexOy/RHA; 10 KL.%(FeCl3)-FexOy/RHA; 15 KL.%(FeCl3)-FexOy/RHA và 20 KL.%(FeCl3)-FexOy/RHA Ngoài ra, mẫu 5 KL.%(FeCl3) FexOy/AC (than hoạt tính) cũng được tổng hợp với phương pháp tương tự như tổng hợp FexOy/RHA. Trong nghiên cứu này mẫu 5 KL.%(FeCl3) FexOy/AC được sử dụng như mẫu đối chứng nhằm thấy được ảnh hưởng của chất mang đến khả năng hấp phụ phốt phát của oxit sắt. 3.1.1 Đặc trưng TEM Các đặc trưng hình học của FexOy/RHA được quan sát bằng kính hiển vi điện truyền qua (TEM) và được thể hiện trong Hình 2. Hình 2. Ảnh TEM của vật liệu 5 KL.%(FeCl3) FexOy/RHA Từ ảnh TEM của mẫu cho thấy rằng, các hạt oxit sắt đã được gắn lên trên bề mặt của RHA. Nhìn chung, các hạt oxit sắt có kích thước khoảng 20 nm đến 50 nm và phân tán đều trên bề mặt các chất mang. 3.1.2 Đặc trưng phổ FTIR Phổ FTIR của các vật liệu FexOy/RHA được thể hiện trong Hình 3. Kết quả cho thấy có sự thay đổi đáng kể của các peak ở các vị trí số sóng 630; 1000; 1188; 1700 cm-1. Đối với peak ở số sóng 630 cm-1 tương ứng với dao động Fe-O-Fe (Shen và cs., 2012), các peak ở số sóng 1000 và 1188 cm-1 tương ứng với dao động của SiO2 (Shen và cs., 2012) được tìm thấy đối với mẫu có nồng độ tẩm sắt cao (15 và 20 KL.%(FeCl3)). Tuy nhiên, peak này không được tìm thấy đối với các mẫu có nồng độ tẩm sắt thấp (0; 5 và 10 KL.%(FeCl3)). Điều này cần nhiều kỹ thuật phân tích tiên tiến để giải thích vấn đề này. Đối với peak ở số sóng 1700 cm-1 tương ứng với dao động –OH (Sharma & Jeevanandam, 2013), cường độ peak tăng dần tương ứng với hàm lượng sắt (FeCl3) được tẩm tăng từ 0 ÷ 20 KL.% (FeCl3). Điều này có thể do quá trình hydroxit hóa của các oxit sắt. An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 65 Hình 3. Phổ FTIR của các vật liệu FexOy/RHA 3.1.3 Đặc trưng phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Các phổ nhiễu xạ tia X của các vật liệu FexOy/RHA với các nồng độ sắt thay đổi từ 0 đến 20 KL.% (FeCl3) được thể hiện trong Hình 4. Kết quả phân tích cho thấy rằng, các oxit sắt trên chất mang RHA thu được là hỗn hợp của các oxit sắt (II) và oxit sắt (III). Lưu ý rằng, trong nghiên cứu này FeCl3 được sử dụng là nguồn nguyên liệu để tổng hợp oxit sắt. Như vậy trong quá trình gắn kết các oxit sắt lên bề mặt của RHA các ion Fe3+ đã bị khử thành các ion Fe2+. Điều này có thể là ở nhiệt độ cao (450 oC được sử dụng trong quá trình nung để tạo oxit sắt) dẫn đến sự đứt gãy các nhóm Si-H (được thể hiện trong phổ FTIR) trên bề mặt tro trấu sau khi hoạt hóa và tiến hành khử các oxit sắt (III) thành các oxit sắt (II) (Chanéac, 1995). Đồng thời, kết quả XRD cũng xác nhận sự tồn tại của hợp chất Fe2SiO4. Đây là một dạng spinel của hỗn hợp hai oxit sắt (II) và SiO2. Vị trí peak XRD của Fe2SiO4 được xác nhận ở vị trí 2θ - 32o (Chanéac, 1995). Điều này có thể là các ion sắt (III) khuếch tán và thay thế các vị trí silic trong nút mạng phân tử (do các nguyên tử silic đã phản ứng với HF) và cuối cùng bị khử bởi sự đứt gãy liên kết Si-H ở nhiệt độ cao. Cường độ peak XRD của Fe2SiO4 (2θ - 32o) giảm dần khi hàm lượng sắt được tẩm càng cao. Tuy nhiên các hiện tượng này không được tìm thấy đối với mẫu FexOy/cacbon (Geng và cs., 2014). Hình 4. Phổ nhiễu xạ tia X của RHA và FexOy/RHA. Trong đó, SiO2-JCPDS-No.2:01-089-1668; Fe2O3- An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 66 JCPDS-No.2:00-043-1312 và FeO-JCPDS-No.2:01-0862316 3.2 Khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/RHA 3.2.1 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu của dung dịch đến hiệu quả hấp phụ phốt phát được thể hiện trong Hình 5 (pH được điều chỉnh bằng dung dịch NaOH và HCl). Từ Hình 5 cho thấy, vật liệu FexOy/RHA có khả năng hấp phụ cao đối với các ion phốt phát trong môi trường nước; trong đó, khoảng pH cho hiệu quả hấp phụ phốt phát cao nhất là 4 đến 6, tại đây ion phốt phát tồn tại chủ yếu ở dạng H2PO4-. Khi pH tăng từ 7 đến 9 thì hoạt tính hấp phụ giảm đi, nguyên nhân là do ở khoảng pH cao, nồng độ ion OH- tồn tại trong nước tăng lên, dẫn đến sự cạnh tranh hấp phụ giữa ion phốt phát và ion OH- đối với tâm hấp phụ của vật liệu. Kết quả này cũng tương tự đối với các nghiên cứu loại bỏ phốt phát bằng vật liệu hấp phụ trước đây (Bùi Quốc Thắng & Trần Quốc Trị, 2011). Để thuận lợi cho nghiên cứu, các thí nghiệm tiếp theo được thực hiện ở pH∼5. Hình 5. Ảnh hưởng giá trị pH ban đầu của dung dịch đến khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/RHA Hình 6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/RHA 3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ phốt phát được thể hiện trong Hình 6. Từ Hình 6 cho thấy rằng, khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/RHA diễn ra nhanh trong khoảng 30 phút đầu, sau đó giảm dần và thay đổi không đáng kể từ mốc 60 phút trở đi. Sự tiến nhanh đến trạng thái cân bằng cho quá trình hấp phụ hóa học phốt phát lên bề mặt nano oxit sắt có thể do diện tích tiếp xúc lớn giữa các cấu tử phốt phát trong nước và tâm hấp phụ trên bề mặt vật liệu; điều này có thể đạt được do kích thước nano của các oxit sắt và diện tích bề mặt riêng lớn của chất mang tro trấu sau quá trình hoạt hóa bằng axit HF. Ngoài ra, sự tiến nhanh đến trạng thái cân bằng cũng có thể do tích điện tích dương trên bề mặt oxit sắt, được tạo ra từ tương tác mạnh giữa RHA và oxit sắt, điều này sẽ được giải thích ở phần tiếp theo. Do đó, các thí nghiệm so sánh/đánh giá hiệu quả hấp phụ phốt phát cho các điều kiện khác sẽ được thực hiện với mốc thời gian 60 phút. 3.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng FeCl3 được tẩm Trong quá trình chế tạo chất hấp phụ, việc xác định hàm lượng FexOy thích hợp được tẩm trên bề mặt chất mang RHA là rất quan trọng và ảnh An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 67 hưởng trực tiếp đến hiệu quả hấp phụ phốt phát trong nước. Trong nghiên cứu này, các mẫu vật liệu hấp phụ được tẩm với hàm lượng sắt oxit khác nhau (có khối lượng tương ứng với hàm lượng FeCl3 thay đổi từ 0 ÷ 20 KL.% (FeCl3)). Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, sự biến thiên của dung lượng phốt phát bị hấp phụ tính cơ bản trên một đơn vị vật liệu hấp phụ phụ thuộc rất lớn đến hàm lượng FexOy (hay FeCl3) được tẩm. Lưu ý rằng, RHA hầu như không có hiệu quả trong quá trình hấp phụ phốt phát (kết quả không thể hiện trong báo cáo này). Kết quả quan sát ảnh hưởng của hàm lượng FeCl3 được tẩm đến hiệu quả hấp phụ phốt phát được thể hiện trong Hình 7. Hình 7. Ảnh hưởng của hàm lượng sắt được tẩm đến hoạt tính hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/RHA Từ Hình 7 cho thấy khi tính trên một đơn vị khối lượng ion sắt được tẩm thì hoạt tính hấp phụ phốt phát của các vật liệu FexOy/RHA có thể sắp xếp theo trật tự sau: 5 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA > 10 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA > 15 KL.% (FeCl3)- FexOy/RHA > 20 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA. Trật tự này có thể là do sự giảm tương tác điện tử của chất mang và các hạt nano oxit sắt. Như đã biết, sự tương tác này được hình thành từ lực tương tác mạnh giữa oxit trong chất mang (SiO2 trong tro trấu) và oxit sắt (Durnesic và cs., 1981). Chính tương tác này đã tích điện dương trên bề mặt các oxit sắt (các electron dịch chuyển từ các hạt oxit sắt về SiO2 chất mang) như được minh họa trong Hình 8. Nhưng lực tương tác giữa chất mang và oxit sắt sẽ giảm khi bề dày của lớp oxit sắt (hàm lượng oxit sắt) trên bề mặt chất mang tăng. Hình 8: Mô tả tương tác mạnh giữa chất mang oxit và oxit sắt (Francesco Arenaa và cs., 2005) Trong nghiên cứu gần đây, RHA có khả năng hấp phụ rất tốt các hợp chất hữu cơ như metyl da cam (Phan Phước Toàn và cs., 2016), tuy nhiên trong nghiên cứu này cho thấy rõ khả năng hấp phụ phốt phát của RHA rất thấp (~ 0,3 mgPO43-/g vật liệu RHA), nhưng khi RHA đóng vai trò là chất mang và được gắn các hạt oxit sắt lên bề mặt thì dung lượng hấp phụ phốt phát tăng lên đáng kể, trên 62 mgPO43-/g vật liệu FexOy/RHA. Ngoài ra, kết quả cũng cho thấy rằng, vật liệu 5% FeCl3- FexOy/RHA có dung lượng hấp phụ phốt phát cao hơn gấp 1,6 lần dung lượng hấp phụ phốt phát của vật liệu 5% FeCl3-FexOy/AC khi tính trên một đơn vị FeCl3 được tẩm (kết quả được trình bày trong Bảng 1). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 68 Bảng 1. Dung lượng hấp phụ phốt phát của các loại vật liệu 5% FeCl3-FexOy/A-RHA, A-RHA, 5% FeCl3-FexOy/AC, AC STT Vật liệu Dung lượng hấp phụ (mgPO43-/g FeCl3) 1 5% FeCl3-FexOy/RHA 62,10±0,07 2 5% FeCl3-FexOy/AC 38,93±0,29 3 RHA 00,00±0,00 4 AC 00,00±0,00 Ghi chú: Số liệu trình bày trong bảng là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, với n = 3 4. KẾT LUẬN Chất mang RHA và các vật liệu FexOy/RHA đã được tổng hợp thành công và được đặc trưng bằng các phân tích hiện đại như TEM, FTIR, XRD. Các vật liệu FexOy/RHA cho hiệu quả hấp phụ cao đối với phốt phát trong dung dịch; trong đó mẫu 5 KL.% (FeCl3)- FexOy/RHA cho hiệu quả hấp phụ phốt phát cao nhất ở điều kiện pH ∼ 5 và thời gian hấp phụ 60 phút. Đồng thời kết quả cũng cho thấy, vai trò của tương tác giữa RHA (tro trấu sau hoạt hóa) và các hạt nano oxit sắt trong việc nâng cao hiệu quả hấp phụ phốt phát từ dung dịch. Nghiên cứu này góp phần mở đường cho những ứng dụng khác của tro trấu sau khi hoạt hóa. TÀI LIỆU THAM KHẢO Addo Ntim, S. & S. Mitra. (2011). Removal of Trace Arsenic To Meet Drinking Water Standards Using Iron Oxide Coated Multiwall Carbon Nanotubes. Journal of Chemical & Engineering Data, 56(5), 2077-2083. Bùi Quốc Thắng & Trần Quốc Trị. (2011). Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonite biến tính, ứng dụng hấp phụ phốt pho trong nước. Đại học Đồng Tháp. Chanéac, C., E. Tronc, et al. (1995). Thermal behavior of spinel iron oxide-silica composites. Nanostructured Materials, 6(5–8), 715-718. Chatterjee, A. D., B. K. Mandal, T. R. Chowdhury, G. Samanta & D. Chakraborty. (1995). Arsenic in ground water in six districts of West Bengal, India: the biggest arsenic calamity in the world. Part I. Arsenic species in drinking water and urine of the affected people. Analyst, 120, 643-656. Chislock M.F., E. Doster, R.A. Zitomer & A.E. Wilson. (2013). Eutrophication: Causes, Consequences, and Controls in Aquatic Ecosystems. Nature Education Knowledge, 4(4), 10. Comotti, M., Wen-Cui Li, B. Spliethoff & F. Schüth. (2005). Support Effect in High Activity Gold Catalysts for CO Oxidation. Journal of the American Chemical Society, 128(3), 917-924. Conley D.J., H.W. Paerl, R.W. Howarth, D.F. Boesch, S.P. Seitzinger, K.E. Havens, C. Lancelot & G.E. Likens. (2009). Controlling Eutrophication: Nitrogen and Phosphorus. Science journal, 323, 1014-1015. Dhar, R. K. B., B. K., G. Samanta, B. K. Madal, D. Chakraborti & S. Roy. (1997). Groundwater arsenic calamity in Bangladesh. Curr. Sci., 1(73), 48-59. Durnesic, C. R. F. L. a. J. A. (1981). Strong Oxide-Oxide Interactions in Silica-Supported Magnetite Catalysts. 1. X-ray Diffraction and Miissbauer Spectroscopy Evidence for Interaction. The Journal of Physical Chemistty, 85(21), 3175-3180. Francesco Arenaa, G. G., Gianmario Martrab, Salvatore Colucciab, Lorenzo Stievanoc, An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 15 (3), 61 – 69 69 Lorenzo Spadarod, Pio Famularia, Adolfo Parmalianaa. (2005). Structure and reactivity in the selective oxidation of methane to formaldehyde of low-loaded FeOx/SiO2 catalysts. Journal of Catalysis, 231, 365-380. Geng, L., X. Zhang, et al. (2014). Highly dispersed iron oxides on mesoporous carbon for selective oxidation of benzyl alcohol with molecular oxygen. Chemical Communications, 50(22), 2965-2967. Ibrahim, D.M., S.A. El-Hemaly & F.M. Abdel- Kerim. (1980). Study of rice-husk ash silica by infrared spectroscopy. Thermochimica Acta, 37(3), 307-314. Mondal, P. M., C. B. Mohanty. (2006). Laboratory based approaches for arsenic remediation from contaminated water: Recent developments. j. Hazard. Mater., 1(137), 464- 479. Navas Acien, A. S., E. K. Pastor-Barriuso, R. & Guallar, E. (2008). Arsenic exposure and prevalence of type 2 diabetes in US adults. j. Am. Med. Assoc., 7(300), 814-822. Nguyễn Trung Thành, Lâm Thành Trí, Hồ Nguyễn Thy Thy & Lê Ngọc Hăng. (Tháng 7, 2010). Nghiên cứu ứng dụng tro trấu từ lò đốt gạch thủ công làm chất hấp phụ metyl da cam. Hội thảo quốc tế Giáo dục và Môi trường, An Giang, Việt Nam. Nguyễn Trung Thành, Võ Đan Thanh & Phan Phước Toàn. (2014). Giải pháp thích hợp để loại bỏ asen trong nước ngầm tại các vùng nông thôn Việt Nam. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 33(A), 101-108. Phan Phước Toàn, Nguyễn Trung Thành & Ngô Thụy Diễm Trang. (2016). Đặc trưng và khả năng hấp phụ metyl da cam của tro trấu hoạt hóa. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 42(A), 50-57. Richardson, S. D. (2006). Environmental mass spectrometry: Emerging contaminants and current issues. Anal. Chem., 12(78), 4021- 4045. Sharma, G. & P. Jeevanandam. (2013). Synthesis of self-assembled prismatic iron oxide nanoparticles by a novel thermal decomposition route. RSC Advances, 3(1), 189-200. Shen, M., H. Cai, et al. (2012). Facile one-pot preparation, surface functionalization, and toxicity assay of APTS-coated iron oxide nanoparticles. Nanotechnology, 23(10), 105601. Smedley, P. L. K. & D. G. (2002). A review of the source, distribution and behaviour of arsenic in natural waters. Appl. Geochem., 17, 517-568. Zhang, M.H., R. Lastra & V.M. Malhotra. (1996). Rice-husk ash paste and concrete: Some aspects of hydration and the microstructure of the interfacial zone between the aggregate and paste. Cement and Concrete Research, 26(6), 963-977.