Preview Nghiên cứu tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước

www.twitter.com/daykemquynhon 

www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 

www.facebook.com/daykem.quynhon 

www.daykemquynhon.blogspot.com 

www.daykemquynhon.ucoz.com 

MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com 

LỜI CAM ĐOAN 

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu 

và kết quả nghiên cứu nêu trên trong luận văn là trung thực, được các đồng 

tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công 

trình nào khác. 

DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN 

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú 

www.facebook.com/daykemquynhonofficial 

www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial







LỜI CẢM ƠN 

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không có sự hỗ trợ, giúp 

đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời 

gian, từ khi bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn, em đã nhận được rất 

nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô. Đặc biệt là sự giúp đỡ của Thầy 

TS. Cao Văn Hoàng, giảng viên phụ trách hướng dẫn luận văn tốt nghiệp. 

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gởi đến Thầy TS.Cao Văn Hoàng, Cô 

Đặng Thị Tố Nữ đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp 

này. 

Em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường Đại Học 

Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, các thầy cô đã giảng dạy và giúp đỡ 

em trong suốt 2 năm học tập vừa qua. 

Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người 

thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình 

thực hiện luận văn này. 

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng những hạn chế về thời gian cũng như 

kinh nghiệm, kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất 

mong nhận được sự thông cảm và góp ý của quý thầy cô để bài luận văn được 

hoàn thiện hơn. 











MỤC LỤC 

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 

DANH MỤC CÁC BẢNG 

DANH MỤC CÁC HÌNH 

MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 

1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1 

2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 1 

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 2 

4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 2 

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................... 2 

6. Cấu trúc luận .............................................................................................. 3 

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 4 

1.1. Giới thiệu về bã mía ................................................................................ 4 

1.2. Tính chất và đặc trưng cấu trúc của xenlulozơ ......................................... 5 

1.3. Xenlulozơ Axetat..................................................................................... 7 

1.4. Giới thiệu về MnO 2 ................................................................................. 8 

1.5. Sơ lược về một số kim loại nặng............................................................ 11 

1.6. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng [1] .................. 12 

CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM ..................................................................... 27 

2.1. Tổng hợp vật liệu .................................................................................. 27 

2.1.1. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ .............................................................. 27 

2.1.2. Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía ............................................................ 28 

2.1.3. Tổng hợp CA từ xenlulozơ bã mía ...................................................... 29 


2.1.4. Điều chế MnO 2 ................................................................................... 30 








2.1.5. Điều chế vật liệu màng xenlulozơ axetat-MnO 2 .................................. 30 



2.1.6. Xác định hàm lượng Klason lignin và hemixenlulozơ ......................... 30 

2.1.7. Xác định độ thay thế DS ..................................................................... 32 

2.1.8. Xác định độ nhớt theo phương pháp điểm đơn .................................... 32 

2.1.9. Xác định độ thấm ướt và tốc độ chảy của màng .................................. 33 

2.1.10. Khảo sát khả năng hấp phụ Cd(II) của vật liệu màng xenlulozơ axetat 

- MnO 2 casting ............................................................................................. 34 

2.1.11. Khảo sát khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu màng xenlulozơ axetat 

- MnO 2 casting ............................................................................................. 35 

2.1.12. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu màng xenlulozơ axetat- 

MnO 2 casting................................................................................................ 36 

2.2. Tính toán quá trình hấp phụ ................................................................... 36 

2.2.1. Tính toán hiệu suất quá trình hấp phụ ................................................ 36 

2.2.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ .......................................................... 36 

2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu ...................................................... 38 

2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) ................................. 38 

2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) ........................................................................... 39 

2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................ 40 

2.3.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) ............................................. 41 

2.3.5. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ................................................... 42 

2.3.6. Phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ N 2 ở 77K ................................. 43 

2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA) .......................................... 45 

2.3.8. Phương pháp von-ampe hòa tan (SV) ................................................. 46 


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 50 








3.1. Đặc trưng vật liệu MnO 2 ........................................................................ 50 



3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................... 50 


3.1.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ................................................... 51 

3.1.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) ............................................. 52 

3.2. Đặc trưng Xenlulozơ ............................................................................. 53 

3.3. Đặc trưng Xenlulozơ Axetat .................................................................. 55 

3.3.1. Độ thay thế DS, độ nhớt và hiệu suất phản ứng .................................. 55 

3.3.2. Phổ FT-IR .......................................................................................... 55 

3.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................... 56 

3.3.4. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA-TG) ........................ 57 

3.4. Đặc trưng vật liệu màng ........................................................................ 58 

3.4.1. Phổ FT-IR .......................................................................................... 58 


3.4.3. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA-TG-DTG) ............... 62 

3.4.4. Hấp phụ và khử hấp phụ Nitơ (BET) .................................................. 64 

3.4.5. Độ thấm ướt và tốc độ chảy qua màng của màng CA-MnO 2 5% ......... 65 

3.5. Kết quả khảo sát hấp phụ của màng CA-MnO 2 5% casting ................... 66 

3.5.1. Kết quả khảo sát hấp phụ Cd(II) ......................................................... 66 

3.5.2. Kết quả khảo sát hấp phụ Pb(II) ......................................................... 70 

3.6. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ........................................................... 73 

3.6.1. Mô hình Langmuir .............................................................................. 73 

3.6.2. Mô hình Freundlich ............................................................................ 77 









3.7. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu ............................................ 80 



KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 82 

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN....................... 83 

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................... 84 

PHỤ LỤC 

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao) 

AdSV 

ASV 

CA 

CE 

CSV 

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 

:Phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ 

:Phương pháp von-ampe hòa tan anot 

:Xenlulozơ axetat 

:Xenlulozơ 

:Phương pháp von-ampe hòa tan catot 

DMSO :Dimethyl sulfoxide 

DP 

DS 

DSC 

DTA 

ESN 

NIPS 

SB 

SQW 

SV 

TGA 

:Kĩ thuật von-ampe xung vi phân 

:Độ thay thế 

:Phương pháp phân tích quét nhiệt vi sai 

:Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 

:Electrospinning 

:Kĩ thuật phân tích pha không dung môi 

:Bã mía 

:Kĩ thuật von-ampe sóng vuông 

:Phương pháp von-ampe hòa tan 

:Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng 









DANH MỤC CÁC BẢNG 



Số hiệu 

bảng 

Tên bảng 

Trang 

1.1 Thành phần hoá học của bã mía 5 

1.2 Cấu trúc tinh thể của MnO 2 9 

2.1 Tên hóa chất, nguồn gốc xuất xứ 28 

3.1 Thành phần hóa học của vật liệu δ-MnO 2 52 

3.2 Kết quả đánh giá vật liệu xenlulozơ axetat 55 

3.3 Kết quả độ thấm ướt của màng CA-MnO 2 5% 65 

3.4 Tốc độ chảy qua màng của màng CA-MnO2 5% - 

Casting 

3.5 Tốc độ chảy qua màng của màng CA-MnO2 5% - ES 66 

3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ 

Cd(II) 

3.7 Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ Cd(II) 68 

3.8 Kết quả khảo sát nồng độ ban đầu của Cd(II) 69 

3.9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ 

Pb(II) 

3.10 Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ Pb(II) 71 

3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của Pb(II) đến sự 

hấp phụ 

3.12 Kết quả khảo sát theo Langmuir của Cd(II) 74 

3.13 Các thông số Langmuir dạng tuyến tính 75 


65 

66 

70 

72 










3.14 Kết quả khảo sát theo Langmuir Pb(II) 75 

3.15 Các thông số Langmuir dạng tuyến tính 76 

3.16 Kết quả khảo sát theo Freundlich của Cd(II) 77 

3.17 Các thông số Freundlich dạng tuyến tính 78 

3.18 Kết quả khảo sát theo Freundlich của Pb(II) 78 

3.19 Các thông số Freundlich dạng tuyến tính 79 

3.20 Kết quả khảo sát khả năng tái hấp phụ Pb(II) của màng 

CA-MnO 2 5% casting 


80 








DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 



Số hiệu 

hình 

Tên hình 

Trang 

1.1 Cấu trúc của phân tử xenlulozơ 6 

1.2 Cấu trúc không đồng nhất của phân tử xenlulozơ 7 

1.3 Cấu trúc tinh thể của α, β, γ, δ, λ-MnO 2 8 

1.4 Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp 

suất 

1.5 Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc 22 

1.6 Mô phỏng cho hệ thống electrospinning 25 

2.1 Mô hình tán xạ năng lượng tia X 43 

2.2 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân 

loại IUPAC 

3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu MnO 2 nung ở các 

nhiệt độ khác 

3.2 Ảnh SEM của vật liệu δ-MnO 2 51 

3.3 Phổ EDS của vật liệu δ-MnO 2 51 

3.4 Phổ XPS của MnO 2 52 

3.5 Phổ FT-IR của bã mía ban đầu và SB xenlulozơ 54 

3.6 Phổ IR của xenlulozơ bã mía (a) và CA tổng hợp (b) 56 

3.7 Giản đồ XRD của SB xenlulozơ và xenlulozơ axetat 


(CA-14h) 

17 

44 

50 

57 

3.8 Phổ phân tích nhiệt DSC-TGA của mẫu CA-14h 58 










3.9 Phổ IR của CA-MnO 2 5% 59 

3.10 Ảnh SEM của màng casting CA-MnO 2 5%: hình thái bề 

mặt (a) và mặt cắt (b, c, d) 

3.11 Ảnh SEM màng ES của CA tinh khiết (a) và CA-MnO 2 

5% (b) 

3.12 Giản đồ DTA-TG-DTG của màng CA tinh khiết 62 

3.13 Giản đồ DTA-TG-DTG của màng CA-MnO 2 5% 63 

3.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp nitơ của CA- 

MnO 2 5% 

3.15 Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II) 67 

3.16 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cd(II) 68 

3.17 Ảnh hưởng của nồng độ đến sự cân bằng hấp phụ 

Cd(II) 

3.18 Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II) 70 

3.19 Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Pb(II) 72 

3.20 Ảnh hưởng của nồng độ đến sự cân bằng hấp phụ Pb(II) 73 

3.21 Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng 

Langmuir 

3.22 Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng 

Langmuir 

3.23 Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng 77 

Freundlich 


60 

61 

64 

69 

74 

76 










3.24 Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng 79 

Freundlich 

3.25 Hiệu suất hấp phụ Pb(II) trên vật liệu màng CA-MnO 2 

5% casting ban đầu và sau ba lần giải hấp 


81 








1 



MỞ ĐẦU 

1. Lý do chọn đề tài 

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp là sự tăng 

nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải đã làm ảnh hưởng 

nghiêm trọng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái. Vấn đề loại bỏ các kim 

loại nặng từ nước thải và nước thải công nghiệp đã trở thành vấn đề rất quan 

trọng để duy trì chất lượng nước. 

Có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng 

ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, 

phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa 

học…Trong đó phương pháp hấp phụ - sử dụng màng lọc hấp phụ chế tạo từ 

các nguồn phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ trấu, bã đậu,… để tách loại 

và thu hồi các kim loại nặng từ dung dịch nước đã được một số tác giả trên 

thế giới và trong nước nghiên cứu. 

Phương pháp sử dụng màng lọc có nhiều ưu việt so với các phương 

pháp khác là có thể tách loại được đồng thời nhiều kim loại trong dung dịch, 

có khả năng tái sử dụng cao. 

Ở nước ta, với nguồn phụ phẩm dồi dào của ngành công nghiệp đường 

mía sẽ là nguồn nguyên liệu tiềm năng để chế tạo màng hấp phụ ứng dụng để 

hấp phụ một số kim loại nặng trong môi trường nước thải và ở Việt Nam chưa 

có công trình nghiên cứu về vấn đề này. 

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu 

tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước”. 

2. Mục đích nghiên cứu 

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO 2 để xử lý kim 

loại nặng Cd(II) và Pb(II) trong nước. 









2 



3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 

- Đối tượng nghiên cứu: bã mía, MnO 2 , dung dịch chứa Cd(II) và Pb(II). 

- Phạm vi nghiên cứu: 

• Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO 2 . 

• Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cd(II) và Pb(II) của vật liệu tổng hợp 

được trong dung dịch nước. 

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ các ion kim loại. 

4. Phương pháp nghiên cứu 

4.1. Điều tra khảo sát 

- Thu thập, xử lí tài liệu, tư liệu liên quan. 

- Nghiên cứu các công trình đã công bố, định hướng các bước thực hiện. 

4.2. Phương pháp thực hiện 

- Tổng hợp vật liệu MnO 2 bằng phương pháp nung. 

- Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía. 

- Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat. 

- Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO 2 

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cd(II) và Pb(II) của vật liệu tổng hợp được. 

4.3 . Phương pháp phân tích, đánh giá 

- Phân tích sản phẩm thu được bằng các phương pháp: nhiễu xạ tia X, hiển vi 

điện tử truyền qua, phổ hồng ngoại, phổ tán sắc năng lượng tia X, phương 

pháp quang điện tử tia X, phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ N 2 ở 77K, 

phương pháp phân tích nhiệt. 

- Đánh giá khả năng hấp phụ Cd(II), Pb(II) của sản phẩm thu được bằng phương 

pháp von-ampe hòa tan. 

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 

5.1. Ý nghĩa khoa học 

Kết quả thực nghiệm có độ tin cậy cao, sử dụng các phương pháp đặc 

trưng vật liệu hiện đại. 









3 



5.2. Ý nghĩa thực tiễn 

Kết quả tổng hợp vật liệu mang tính thực tiễn cao trong việc xử lý nước 

bị ô nhiễm. 

6. Cấu trúc luận 

Luận văn bao gồm 3 chương: 

Chương 1: Tổng quan về lý thuyết 

Chương 2: Thực nghiệm 

Chương 3: Kết quả và thảo luận 









4 



CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 

1.1. Giới thiệu về bã mía 

Theo thống kê trên thế giới, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ 

trồng mía và sản lượng đạt 1324,6 triệu tấn. Còn ở Việt Nam trong niên vụ 

2016 - 2017, tổng diện tích vùng nguyên liệu các nhà máy có ký hợp đồng 

đầu tư và bao tiêu sản phẩm là 239.100 ha, tăng 1.630 ha so với cùng kỳ, dự 

kiến sản lượng đạt 13,72 triệu tấn. Theo tính toán của các nhà khoa học, việc 

chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng phế thải khổng lồ 

42,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này được sử dụng để đốt 

lò hơi trong các nhà máy sản xuất đường. Bã mía cũng có thể được dùng làm 

giấy bột, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm furfural là nguyên 

liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong tương lai khi mà rừng càng ngày càng 

giảm, nguồn nguyên liệu làm bột giấy từ cây rừng giảm đi thì bã mía là 

nguyên liệu quan trọng để thay thế [30]. 

Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía. Bã 

mía gồm có sợi sơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu 

là đường. Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía tươi 

trung bình chứa 49% là nước, 48,5% là xơ (trong đó 40-50% xenlulozơ), 

2,5% chất hòa tan (đường) [7]. 

Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích α-glucozơ nối với 

nhau bằng liên kết 1,4-glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 

10000 – 150000u. 

Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống như 

xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thường bao 

gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl. 

Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan. 

Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ [7]. 









5 



Tùy theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hóa 

học có trong bã mía có thể biến đổi. Hàm lượng phần trăm các thành phần hóa 

học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng 1.1 sau: 

Bảng 1.1. Thành phần hoá học của bã mía [7] 

Thành phần 

% khối lượng 

Xenlulozơ 40 ÷ 50 

Hemixenlulozơ 20 ÷ 25 

Lignin 18 ÷ 23 

Chất hòa tan khác (tro, sáp, protein) 5 ÷ 3 

1.2. Tính chất và đặc trưng cấu trúc của xenlulozơ 

Xenlulozơ là thành phần cơ bản của vách tế bào thực vật, hàng năm 

được tạo thành với khối lượng lớn đến mức vượt tất cả các sản phẩm tự nhiên 

khác. Theo tính toán của một số tác giả khác nhau, sinh khối thực vật của trái 

đất là 2-3.10 12 

tấn trong đó xenlulozơ chiếm 40%. Do vậy, tổng lượng 

xenlulozơ của toàn thế giới là 7-8.10 11 tấn, còn lượng xenlulozơ tạo thành 

hàng năm là 4.10 10 tấn [32]. Trong vách tế bào thực vật xenlulozơ tồn tại 

trong mối liên kết chặt chẽ với các polysaccarit khác: hemixenlulozơ, pectin, 

ligin tạo thành những phức hợp bền vững. Hàm lượng xenlulozơ trong xác 

thực vật thường thay đổi trong khoảng 50 - 80%, trong giấy là 61%, trong trấu 

là 31%, bã mía là 40 - 50% (tính theo trọng lượng khô), trong sợi bông hàm 

lượng này vượt trên 90%. Xenlulozơ, có công thức: (C 6 H 10 O 5 ) n là polyme 

mạch thẳng của β-D-glucozơ với liên kết β-(1,4) (gọi là polisaccarit), cấu tạo 

từ 10.000 - 20.000 gốc glucozơ, nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glicozit. 

Kiểu liên kết này đối lập với liên kết α-1,4-glicozit có trong tinh bột, 

glycogen và các cacbohiđrat khác. Xenlobiozơ là đơn vị cấu trúc lặp lại của 

xenlulozơ gồm có 2 gốc glucozơ [25]. 









6 



Hình 1.1. Cấu trúc của phân tửxenlulozơ 

Phân tửxenlulozơ chứa 3 dạng anhyđroglucozơ. Dạng thứ nhất có đầu 

khử với nhóm bán axetal tự do (hoặc anđehit) ở C-1. Dạng thứ hai có đầu 

không khử với nhóm hyđroxyl tự do ở C-4 và dạng thứ 3 có vòng nối giữa C- 

1 và C-4 [26]. Không giống như các ancol đơn giản, phản ứng thủy phân 

xenlulozơ bị kiểm soát nhiều bởi yếu tố không gian hơn so với khả năng phản 

ứng được dự tính theo tính chất vốn có của các nhóm hyđroxyl trong vòng 

anhyđroglucozơ. 

Các nhóm hyđroxyl của gốc glucozơ ở mạch này tạo liên kết hyđro với 

nguyên tử oxy của mạch khác giữ cho các mạch ở bên cạnh nhau một cách 

vững chắc, hình thành nên các vi sợi (microfibril) với độ bền cao. Đặc điểm 

quan trọng và đặc trưng của xenlulozơ tự nhiên đó là cấu trúc không đồng 

nhất, gồm hai phần. 

Phần xenlulozơ có cấu trúc tinh thể với trật tự cao rất bền vững và phần 

có cấu trúc vô định hình không chặt chẽ kém bền vững (hình 1.2). 

- Vùng kết tinh có trật tự cao và rất bền vững với các tác động bên 

ngoài 

- Vùng vô định hình có cấu trúc không chặt chẽ do đó kém bền 

vững hơn 









7 



Hình 1.2.Cấu trúc không đồng nhất của phân tử xenlulozơ. 

Trong tự nhiên, các chuỗi glucan của xenlulozơ có cấu trúc dạng 

sợi.Mỗi đơn vị sợi nhỏ nhất có đường kính khoảng 3 nm. Các sợi sơ cấp hợp 

lại thành vi sợi có đường kính 10 - 40 nm, dài 100 - 40000 nm và bao gồm 

đến 40 chuỗi xenlulozơ [29]. Những vi sợi này hợp thành bó sợi to có thể 

quan sát dưới kính hiển vi quang học. Toàn bộ bó sợi có một lớp vỏ 

hemixenlulozơ và lignin bao bọc bên ngoài làm cho sự xâm nhập của enzym 

vào cấu trúc bên trong hết sức khó khăn. Điều này làm tăng thêm độ bền vững 

của xenlulozơ nói chung. 

Xenlulozơ kết tinh là hợp chất bền vững, nếu như nấu ở 60-70 o C, tinh 

bột đã từ trạng thái kết tinh chuyển sang vô định hình, đối với xenlulozơ nấu 

ở 320 o C mới xảy ra chuyển trạng thái như vậy. Xenlulozơ có thể bị phân hủy 

thành glucozơ khi đun nóng với axit hoặc kiềm. Liên kết glicozit không bền 

với axit, dưới tác dụng của axit, xenlulozơ tạo thành các sản phẩm thủy phân, 

có độ bền cơ học kém hơn, xenlulozơ khi bị thủy phân hoàn toàn sẽ thu được 

sản phẩm cuối cùng là đường hòa tan D-glucozơ [29]. 

1.3. Xenlulozơ Axetat 

Xenlulozơ axetat (CA) là một trong những este xenlulozơ quan trọng 

nhất do nguồn tái tạo, khả năng phân hủy sinh học, không độc, giá thành thấp 

và khó cháy [14], [22], [41]. Thị trườngxenlulozơaxetat trên toàn thế giới dự 

kiến sẽ đạt khoảng 1,05 triệu tấn vào năm 2017 và ước tính giá khoảng 1,80 

USD/1b [18], [44]. 









8 



Trong công nghiệp, CA được tạo ra bởi phản ứng của xenlulozơ với 

axit axetic và một lượng dư của andehit axetic trong sự có mặt của axit 

sunfuric là chất xúc tác. Phản ứng được thực hiện trong quá trình hai bước 

axetyl hóa, tiếp theo là phản ứng thủy phân để tạo ra một CA với mức độ thay 

thế mong muốn (DS), khoảng 2,45-2,5. Dải DS này có độ hòa tan cao (trong 

một số loại hệ thống dung môi) và có đặc tính nóng chảy tốt [21], [40]. CA 

được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất sợi, màng lọc, chất 

dẻo, đầu lọc thuốc lá, hàng dệt, thuốc và dượcphẩm… [18], [28]. 

1.4. Giới thiệu về MnO 2 

MnO 2 là một trong những oxit của mangan được ứng dụng rộng rãi 

trong thực tiễn. Mangan đioxit là một trong những vật liệu vô cơ có nhiều ứng 

dụng do những đặc tính vật lí và hóa học của nó cũng như: xúc tác, trao đổi 

ion, hấp phụ phân tử, cảm biến sinh học và dự trữ năng lượng [36]. 

Trong lĩnh vực xử lí môi trường, MnO 2 vừa có tính chất oxi hóa, vừa có 

tính chất hấp phụ rất tốt. Mangan đioxit có nhiều dạng cấu trúc tinh thể khác 

nhau như α-MnO 2 , β-MnO 2 ,γ-MnO 2 , ε-MnO 2 , δ-MnO 2 ...(Bảng 1.2). Trong 

đó, mỗi phân tử MnO 2 gồm các ô mạng sơ sở là MnO 6 liên kết theo các cách 

khác nhau. Tùy thuộc vào mỗi phương pháp điều chế mà MnO 2 thu được có 

cấu trúc, hình dạng khác nhau. 


Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của α, β, γ, δ, λ-MnO 2 








9 

Bảng 1.2. Cấu trúc tinh thể của MnO 2 



Hợp chất 

Công thức 

Mạng tinh 

thể 

Hằng số mạng 

a(pm) b(pm) c(pm) α 0 β 0 γ 0 

Kích thước 

đường hầm 

[nxm] 

α-MnO 2 MnO 2 Tetragonal 90 90 90 [2x2] 

β-MnO 2 MnO 2 Orthombic 4446 932 285 90 90 90 [1 x 2] 

Ramsdellite MnO 2-x OH x Orthombic 446.2 934.2 285.8 90 90 90 [1x1]/[1x2] 

γ-MnO 2 

α-MnO 2 

MnO 2-x OH x Hexagonal 228.3 278.3 443.7 90 90 90 [1x1]/[1x2] 

Tinh thể của α-MnO 2 bao gồm các đường hầm có cấu trúc [2x2] và 

[1x1] mở rộng dọc theo trục tinh thể ngắn c-axis của một đơn vị tứ diện. 

Những đường hầm này được hình thành từ hai chuỗi bát diện MnO 6 có 

chung cạnhvới nhau. Trái với β-MnO 2 , ramsdellite và γ-MnO 2 , cấu trúc 

đường hầm lớn [2 x 2] của α-MnO 2 rất phù hợp cho sự xâm nhập của các ion 

lạ như K + , Na + , NH + 4 hoặc nước [19] . 









10 

β-MnO 2 



β-MnO 2 hoặc pyrolusite là những tinh thể có cấu trúc đơn giản nhất 

trong nhóm hợp chất có cấu trúc đường hầm. Các nguyên tử mangan chiếm 

một nửa lỗ trống bát diện được tạo thành do 6 nguyên tử oxi xếp chặt khít 

với nhau giống như tinh thể rutile. Những đơn vị khuyết tật MnO 6 tạo ra 

chuỗi cạnh bát diện mở dọc theo trục tinh thể c-axis. Các chuỗi liên kết 

ngang với các chuỗi bên cạnh hình thành góc chung. Các lỗ trống này là quá 

nhỏ để các ion lớn có thể xâm nhập vào, nhưng đủ lớn cho ion H + và ion Li + . 

β-MnO 2 có thể chấp nhận thành phần đúng là MnO 2 [19]. 

γ-MnO 2 

Trong một thời gian dài các nhà khoa học không khẳng định chắc chắn 

được cấu trúc của γ-MnO 2 . DeWolff là người đầu tiên đưa ra cấu trúc hợp lí 

nhất của γ-MnO 2 . Theo DeWolff, tinh thể γ-MnO 2 là sự kết hợp giữa β- 

MnO 2 [1 x 1] và ramsdellitte [1 x 2 ]. Tuỳ vào mức độ đóng góp của hai 

thành phần này vào cấu trúc mà giản đồ XRD của γ-MnO 2 có sự khác nhau. 

γ-MnO 2 có cấu trúc đường hầm [1 x 1] và [1 x 2], thậm chí trong tinh thể γ- 

MnO 2 còn tồn tại đường hầm lớn [2 x 2]. 

Một điều quan trọng là trong cấu trúc của β-MnO 2 và ramsdellitte đều 

có mặt các ion oxi sắp xếp trên mặt phẳng ngang, nhưng với γ-MnO 2 thì chỉ 

có mặt oxi xếp ở đỉnh hình chóp trong cấu trúc của ramsdellitte. γ-MnO 2 có 

cấu trúc dựa trên cơ sở mạng tà phương của β-MnO 2 và ramsdellitte, tuy 

nhiên nó có cấu trúc hoàn thiện hơn, không phá huỷ tính tà phương của mạng, 

tăng khuyết tật và làm giảm tính trật tự trong phạm vi sắp xếp các nguyên tử 

mangan. Trong trường hợp sự sắp xếp các nguyên tử mangan trở nên kém 

chặt chẽ, xuất hiện nhiều khuyết tật tại vị trí của mangan, khi đó ta có cấu trúc 

dạng ε-MnO 2 [19]. 









11 



δ-MnO 2 

Khác với các dạng α-, β-, γ-, trong đó MnO 2 có cấu trúc kiểu đường 

hầm, δ-MnO 2 (birnessite) là oxit có cấu trúc lớp với khoảng cách giữa các lớp 

d = 7A o . Khoảng cách này tạo cho các ion giữa các lớp di chuyển dễ dàng mà 

không gây ra sự thay đổi cấu trúc. Vật liệu birnessite như vậy, có rất nhiều 

khả năng ứng dụng trong thực tiễn như làm vật liệu điện cực, siêu tụ điện, rây 

phân tử hoặc rây ion, vật liệu xúc tác…[4]. 

1.5. Sơ lược về một số kim loại nặng 

1.5.1. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 

Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, khu chế xuất 

đã dẫn tới sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải. 

Tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm các 

cơ sở sản xuất công nghiệp đã và đang gây ô nhiễm các nguồn nước do không 

có công trình hay thiết bị xử lý kim loại nặng. Hơn thế nữa, mức độ ô nhiễm 

kim loại nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập 

trung là rất lớn. 

1.5.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi 

trường 

Các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần 

thiết cho sự phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên, nếu như vượt 

quá hàm lượng cho phép, chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới 

sức khỏe con người.Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các 

chu trình thức ăn. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và 

trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh 

hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm -SH, -SCH 3 của các nhóm 

enzym trong cơ thể. Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng 

hợp protein của cơ thể [3]. 









12 



1.5.3. Tính chất độc hại của các kim loại nặng cadimi và chì 

1.5.3.1. Tính chất độc hại của cadimi 

Trong thiên nhiên, cadimi là nguyên tố ít phổ biến và thường tồn tại 

trong các khoáng vật. Gần một nửa lượng cadimi hàng năm trên thế giới dùng 

để mạ thép, phần còn lại dùng để chế tạo hợp kim, làm pin khô và ắc quy. 

Cadimi thâm nhập vào cơ thể người chủ yếu do ăn uống các nguồn từ thực vật 

được trồng trên đất giàu cadimi hoặc nước bị nhiễm cadimi. Khi xâm nhập 

vào cơ thể, chúng được tích tụ trong xương và thân. Trong cơ thể người, 

cadimi gây nhiễu loạn sự hoạt động của một số enzym nhất định, gây nên hội 

chứng tăng huyết áp và ung thư phổi, làm rối loạn chức năng thận, gây thiếu 

máu, phá hủy tủy xương [5]. 

1.5.3.2. Tính chất độc hại của chì 

Chì là kim loại nặng có màu xám, rất mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, có 

tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Chì thường được sử dụng trong công nghệ sản 

xuất pin, ắc quy, sản xuất đạn và tấm bảo vệ phóng xạ,...Chì và các hợp chất 

của chì đều độc. Chì xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu là theo con đường 

tiêu hóa, hô hấp. Khi bị nhiễm độc chì sẽ gây ra nhiều bệnh như: rối loạn bộ 

phận tạo huyết, bệnh về máu, thận, bệnh ung thư,... và tùy theo mức độ nhiễm 

độc có thể gây ra những tai biến, nếu nặng có thể gây tử vong. Các hợp chất 

hữu cơ chứa chì có độc tính gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ [5]. 

1.6. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng [1] 

Màng lọc là một loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tách một 

hỗn hợp đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí). 

Một cách khái quát, có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc 

đặt giữa hai pha – pha đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate). Trong quá 

trình tách, màng có khả năng lưu giữ được một số cấu tử trong hỗn hợp và 

cho các cấu tử khác đi qua. Quá trình vận chuyển chất qua màng được thực 









13 



hiện một cách tự nhiên hay cưỡng bức nhờ động lực giữa hai phía màng. 

Động lực của quá trình tách qua màng là chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng 

độ, chênh lệch nhiệt độ hay chênh lệch điện trường. 

1.6.1. Phân loại màng lọc 

Dựa vào bản chất, người ta chia màng thành hai loại: màng sinh học và 

màng tổng hợp. Đây là cách phân loại rõ ràng nhất vì hai loại màng này khác 

nhau hoàn toàn cả về cấu trúc và chức năng. 

Một cách phân loại khác là dựa vào cấu trúc màng, đây cũng là một 

cách phân loại quan trọng vì cấu trúc màng quyết định cơ chế tách và phạm vi 

ứng dụng của màng. Trong phạm vi các màng tổng hợp rắn, người ta chia 

thành hai loại: màng đối xứng và màng bất đối xứng. 

Màng đối xứng là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dưới 

với hai mặt hoàn toàn như nhau (ví dụ như màng xenlophan, cuprophan). Độ 

dày của màng đối xứng (xốp hoặc không xốp) nằm trong khoảng từ 10 đến 

200 µm, trở lực chuyển khối được quyết định bởi độ dày của toàn bộ màng, 

nếu giảm độ dày của màng thì sẽ làm tăng tốc độ thấm qua. Loại màng này 

thường được dùng trong các quá trình vi lọc để lọc các tiểu phân nhỏ hoặc 

hoặc dùng cho thẩm tách máu. 

Một bước đột phá trong các ứng dụng công nghiệp là sự phát triển của 

màng bất đối xứng. Loại màng này có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ nhất là 

lớp hoạt động rất mỏng (cỡ khoảng từ 0.1 đến 0.5 µm), lớp thứ hai là lớp đỡ 

xốp nằm ở dưới, lớp này dày hơn rất nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 

50 đến 150 µm). Kích thước lỗ của lớp hoạt động nhỏ hơn rất nhiều so với 

kích thước lỗ của lớp đỡ. Trở lực chuyển khối của màng hoàn toàn do lớp 

hoạt động quyết định, lớp đỡ có tác dụng làm tăng độ bền cơ học của màng, 

giữ cho lớp hoạt động khỏi bị rách nhưng không ảnh hưởng tới việc vận 

chuyển dung môi và các chất qua màng. Do đó, loại màng này có năng suất 









14 



lọc rất cao. Các lớp đỡ thường có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hoặc kiểu tổ ong. 

Với cấu trúc đặc biệt như vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả tách cao, có độ 

bền cơ học tốt và được ứng dụng nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc nano, tách 

khí, thẩm thấu ngược,… Tùy theo điều kiện chế tạo màng ta có thể thay đổi 

chiều dày và kích thước lỗ của lớp hoạt động cũng như cấu trúc xốp của lớp 

đỡ. Màng composite là một trường hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, lớp 

hoạt động và lớp đỡ xốp của nó được làm từ hai loại vật liệu khác nhau, mỗi 

lớp có thể được chế tạo tối ưu hóa một cách độc lập. Loại màng này có hiệu 

quả tách rất cao, có tính năng cơ học và hóa học rất tốt. 

1.6.2. Một số đặc tính của màng 

• Mật độ lỗ 

Mật độ lỗ là số lỗ trên một đơn vị diện tích bề mặt. Màng công nghiệp 

thường có từ 10 8 – 10 9 lỗ/cm 2 . Tính chất này cũng phần nào đánh giá được độ 

xốp và lưu lượng lọc của màng. Các màng có cùng đường kính lỗ xốp thì 

màng nào có mật độ lỗ lớn sẽ có độ xốp cao hơn, lưu lượng lọc lớn hơn và 

ngược lại. 

• Độ thấm ướt 

Độ thấm ướt là một đặc trưng quan trọng của màng. Màng lọc dễ thấm 

ướt bởi dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọc 

không thấm ướt bởi dung dịch cần lọc. 

• Độ xốp của màng 

Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng 

trên tổng thể tích của màng. Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật 

độ lỗ xốp. 

• Trở lực của màng 

Trở lực của màng là áp suất thuỷ tĩnh để dung dịch có thể chảy được qua 

màng với lưu lượng riêng nào đó. Màng càng dày, càng ít lỗ thì trở lực càng 

lớn và ngược lại. 









15 



• Chiều dày màng 

Chiều dày màng là một đặc trưng quan trọng và được khống chế khi chế 

tạo. Màng càng dày thì trở lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng 

bị giảm nhưng màng sẽ bền hơn, ngược lại nếu màng mỏng thì sẽ không bền. 

Thông thường màng polyme được chế tạo với chiều dày từ 300-500 µm, chiều 

dày của màng chế tạo thường dao động 10% so với giá trị xác định. 

• Độ nén ép 

Đối với các quá trình lọc đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có 

sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc. Trong quá trình lọc, do sự 

chênh lệch áp suất, màng bị nén lại làm cho độ xốp của màng bị giảm đi, trở 

lực của màng tăng lên. Tuỳ thuộc vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm 

việc mà màng bị nén ít hay nhiều, khi đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so 

với khi chưa bị nén trong cùng điều kiện lọc. 

1.6.3. Các quá trình màng dùng động lực áp suất 

Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thường, vi lọc, 

siêu lọc, lọc nano, thẩm thấu ngược. Việc phân chia thành các quá trình màng 

dựa theo kích thước lỗ màng và cũng chỉ mang tính tương đối. Ngoài ra còn 

một số quá trình khác như điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng. 

• Vi lọc (Microfiltration) 

Màng vi lọc có kích thước lỗ từ 0.1 đến 10µm, có khả năng giữ được 

những tiểu phân có kích thước tương đối lớn và các loại vi khuẩn. Loại màng 

này có độ cản thuỷ lực thấp. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế sàng 

lọc. Vật liệu tạo màng có thể là vô cơ (gốm, thủy tinh, kim loại) hoặc hữu cơ 

(polyme). 

• Siêu lọc (Ultrafitration) 

Để tách các tiểu phân có kích thước tương đối nhỏ và các phân tử có 

kích thước trung bình, người ta phải dùng màng siêu lọc. Màng này có cấu 









16 



trúc bất đối xứng, vật liệu tạo màng thường là polyme hoặc gốm. Kích thước 

lỗ của lớp hoạt động khoảng từ 0.001 đến 0.1µm. Độ cản thủy lực của màng 

lớn hơn so với màng vi lọc. Quá trình tách qua màng cũng xảy ra theo cơ chế 

sàng lọc (rây phân tử). Khả năng tách của màng được đặc trưng bởi hệ số cắt 

phân tử (MWCO) hay còn gọi là giới hạn tách phân tử. 

• Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis) 

Màng thẩm thấu ngược có kích thước lỗ vô cùng nhỏ, khoảng một vài nm. 

Loại màng này có thể tách được các ion trong dung dịch và cho dung môi đi 

qua. Độ cản thủy lực của màng này rất lớn, theo đó áp suất làm việc cũng rất 

lớn, có thể lên đến 80 bar. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế hoà tan 

khuếch tán và hấp phụ mao quản. 

• Lọc nano (Nanofiltration) 

Màng lọc nano có cấu trúc bất đối xứng và thường dùng để tách các 

tiểu phân có kích thước nhỏ (đường, amino axit, thuốc trừ sâu, chất diệt 

cỏ,…) theo cơ chế thấm khuếch tán và sàng lọc. Độ cản thủy lực của quá trình 

này cao hơn so với quá trình siêu lọc. 

Màng thẩm thấu ngược và lọc nano dùng cho dung môi nước khá giống 

nhau về cấu trúc và phương pháp chế tạo. Tuy nhiên, màng lọc nano có kích 

thước lỗ lớn hơn một chút so với màng thẩm thấu ngược và quá trình chuyển 

khối qua màng lọc nano là phức tạp hơn vì quá trình tách xảy ra không chỉ do 

cơ chế thấm khuếch tán mà còn có cả cơ chế sàng lọc. Màng thẩm thấu ngược 

và lọc nano cần có tính chất ưa nước, bền về mặt hoá học (đặc biệt là với các 

tác nhân làm sạch và khử trùng chứa clo – nước gia ven), chống được vi 

khuẩn, và có độ bền cơ học tốt. Màng bất đối xứng làm từ vật liệu cellulose 

acetate dùng cho thẩm thấu ngược và lọc nano hiện nay vẫn khá thông dụng. 

Tuy nhiên, các loại màng composite (TFC) cũng đang có ưu thế trên thị 

trường, ví dụ như màng composite với lớp đỡ là polysulfone hay 









17 



polyethersulfone và lớp bề mặt polyamide. So với màng composite, màng làm 

từ dẫn xuất cellulose có khả năng chịu được môi trường clo tốt hơn, nhưng 

khả năng chịu dung môi kém hơn và khoảng pH làm việc thích hợp hẹp hơn. 

Giới hạn tách của các loại màng dùng động lực áp suất có thể được biểu diễn 

như Hình 1.4. 

Hình 1.4. Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất 

1.6.4. Cơ chế tách qua màng 

Quá trình vận chuyển chất qua màng là một quá trình phức tạp. Qua 

nghiên cứu các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết khác nhau để giải 

thích cơ chế của quá trình tách qua màng như: 

• Thuyết sàng lọc 

Thuyết này cho rằng màng gồm nhiều mao quản có kích thước lỗ xác 

định. Cấu tử nào có kích thước bé hơn kích thước mao quản thì sẽ vận chuyển 

qua màng, còn cấu tử có kích thước lớn hơn thì bị giữ lại. Thuyết này chỉ phù 

hợp trong việc giải thích cho các quá trình siêu lọc và vi lọc (chất tan có kích 

thước lớn). Trong trường hợp phân tử chất tan và phân tử dung môi có kích 

thước tương đương nhau thì thuyết này không giải thích được. 

• Thuyết hòa tan khuếch tán 

Thuyết này cho rằng dưới động lực áp suất cao, dung môi và chất tan 

đều khuếch tán qua màng. Các phân tử sau khi thẩm thấu vào màng sẽ khuếch 

tán, nhưng dòng khuếch tán chất tan và dòng khuếch tán dung môi khác nhau 









18 



về tốc độ, tốc độ này tỉ lệ với hệ số khuếch tán của chúng trong màng. Hệ số 

khuếch tán của dung môi càng lớn và của chất tan càng nhỏ thì quá trình tách 

càng hiệu quả. Thuyết này cho thấy ảnh hưởng của vật liệu tạo màng đến hiệu 

quả tách. 

• Thuyết mô hình mao quản 

Thuyết này cho rằng màng bán thấm được cấu tạo từ nhiều mao quản, 

trên bề mặt màng bán thấm và trong ống mao quản hình thành một lớp nước 

liên kết hấp phụ. Do tác dụng của các lực hoá lý, lớp nước hấp phụ này đã 

mất đi một phần hay toàn bộ khả năng hoà tan chất tan, vì thế nó không cho 

chất tan đi qua các ống mao quản. Nếu các ống mao quản có đường kính đủ 

nhỏ hơn hai lần chiều dày lớp nước liên kết hấp phụ thì màng chỉ cho nước 

tinh khiết đi qua. Thuyết này giải thích được khá đầy đủ cơ chế và các yếu tố 

ảnh hưởng tới quá trình tách. 

1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng 

* Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling) 

Sự phân cực nồng độ là hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt 

màng do dung môi vận chuyển được qua màng còn chất tan bị giữ lại. Hiện 

tượng này làm cho lưu lượng của màng giảm xuống trong quá trình tách. Khi 

sự phân cực nồng độ lớn thì chất tan sẽ bám trên bề mặt màng khiến cho bề 

mặt làm việc của màng giảm xuống, đồng thời làm tăng vọt áp suất thẩm 

thấu, do đó hiệu quả làm việc của màng giảm. 

Có nhiều cách làm giảm sự phân cực trên màng bán thấm. Đối với 

nhiều thiết bị lớn, để làm mất đi sự phân cực nồng độ trên màng bán thấm 

người ta thường cho dung dịch trên màng vận chuyển với tốc độ lớn và tạo 

dòng xoáy. Còn đối với thiết bị phòng thí nghiệm người ta thường tạo ra dao 

động rung hoặc khuấy đảo để làm mất đi sự phân cực nồng độ trên màng. 









19 



Trong quá trình tách qua màng, có thể xảy ra hiện tượng chất tan bị hấp 

phụ trên bề mặt và trong các lỗ xốp của màng, làm cho năng suất lọc của 

màng giảm xuống theo thời gian, thậm chí màng có thể bị tắc nghẽn. Các yếu 

tố ảnh hưởng tới mức độ tắc nghẽn màng bao gồm nồng độ chất cần tách, pH, 

ái lực giữa chất cần tách và vật liệu màng … 

* Ảnh hưởng của áp suất làm việc 

Áp suất làm việc ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình tách bằng màng 

thẩm thấu ngược. Khi áp suất tăng, lúc đầu lưu lượng lọc và độ lưu giữ đều 

tăng nhưng khi đạt đến một áp suất nào đó thì độ lưu giữ R hầu như không 

thay đổi, trong khi lưu lượng lọc vẫn tăng theo áp suất. Tuy nhiên, chỉ nên 

tăng áp suất tách tới một giá trị giới hạn xác định, để bảo vệ màng và an toàn 

cho thiết bị. 

Sourirajan đã đưa ra công thức liên hệ giữa độ lưu giữ R, năng suất lọc 

J và áp suất như sau: J = β1 + β2 × lg P 

Trong đó: 

α × P 

R = 

α 

1 

2 

× P + 1 

P = Áp suất làm việc, α 1 , α 2 , β 1 , β 2 = Các hệ số thực nghiệm 

* Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tách 

Trong dung dịch chất tan được solvat hóa (hay còn gọi là hydrat hoá, khi 

dung môi là nước). Các ion chất tan được bao bọc bởi hai lớp vỏ hydrat hóa 

gần và hydrat hóa xa. Hydrat hóa gần là sự tương tác giữa chất tan với các 

phân tử nước ở gần nó, liên kết này khá bền nên các phân tử nước không 

chuyển động tự do mà gắn liền với ion chất tan. Do tương tác tĩnh điện nên 

các phân tử nước ở lớp hyđrat thứ nhất có thể liên kết với các phân tử nước ở 

ngoài để thành lớp vỏ hydrat thứ hai, hiện tượng này gọi là hydrat hoá xa, 

tương tác này yếu hơn nên các phân tử nước ở lớp vỏ thứ hai không mất đi 

khả năng chuyển động tự do và tương đối linh động. Ở vùng nồng độ loãng, 

các ion chất tan bị bao bọc bởi hai lớp vỏ hydrat, đồng thời trong dung dịch 









20 



vẫn tồn tại các phân tử nước ở trạng thái tự do. Nếu tăng nồng độ chất tan tới 

một giới hạn nào đó thì trong dung dịch không còn các phân tử nước ở trạng 

thái tự do nữa mà chỉ đủ để tạo thành hai hoặc một lớp vỏ hydrat. Lúc này độ 

lưu giữ và lưu lượng qua màng giảm xuống rõ rệt. Do hiện tượng hydrat hoá 

nên các ion chất tan bị giữ lại trên màng trong khi nước hoặc dung môi có thể 

vận chuyển qua màng một cách dễ dàng. 

* Bản chất của vật liệu màng 

Bản chất của vật liệu làm màng là một đặc tính quan trọng, vật liệu làm 

màng có tính thấm cao đối với dung môi cần lọc thì năng suất lọc sẽ cao và 

ngược lại. 

* Độ nhớt dung dịch 

Năng suất lọc tỷ lệ nghịch với độ nhớt của chất lỏng cần lọc. Độ nhớt 

của dung dịch càng cao thì năng suất lọc càng nhỏ. Độ nhớt cao làm giảm khả 

năng chảy qua màng của chất lỏng. 

* Các yếu tố ảnh hưởng khác 

Các loại vi khuẩn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến màng vì một số vi 

khuẩn có thể ăn các polyme, làm giảm chất lượng và thời gian làm việc của 

màng. Độ pH của dung dịch có ảnh hưởng đến tuổi thọ của màng. Tuỳ từng 

loại màng mà điều chỉnh pH làm việc thích hợp. Nhiệt độ dung dịch tách cũng 

ảnh hưởng tới tính năng tách của màng. Khi tăng nhiệt độ dung dịch tách, 

năng suất lọc của màng tăng nhưng độ lưu giữ có thể giảm nhẹ. 

1.6.6. Một số ứng dụng màng lọc trong sản xuất nước sạch và xử lý nước ô 

nhiễm 

Cho tới nay màng lọc được sử dụng rất phổ biến ở các nước phát triển 

và được dùng trong các lĩnh vực như: khử muối, làm trong và khử trùng nước, 

sản xuất nước siêu sạch, xử lý nước thải công nghiệp, xử lý tuần hoàn nước 

thải đô thị, các bể sinh học … 









21 



• Khử muối 

Trong nước tự nhiên thường hoà tan một lượng nhất định các muối như 

NaCl, KCl, CaSO 4 , MgCl 2 , Mg(NO 3 ) 2 ... Hàm lượng các muối này nếu vượt 

quá giới hạn nào đó sẽ không có lợi cho sức khoẻ, gây ăn mòn bê tông cốt 

thép, gây đóng cặn thành và đáy nồi … Do đó trước khi sử dụng cần phải xử 

lý để loại bỏ đến giới hạn cho phép. Có nhiều phương pháp được ứng dụng 

trong công nghiệp, trong đó phương pháp màng lọc có nhiều ưu thế và ngày 

càng cạnh tranh với các phương pháp khác do những ưu điểm đặc biệt của 

phương pháp này. 

• Làm trong và khử trùng nước 

Việc sản xuất nước uống cũng như phần lớn các loại nước sản xuất 

trong công nghiệp từ nước tự nhiên luôn coi trọng việc loại bỏ huyền phù dù 

có nguồn gốc hay bản chất như thế nào. Các màng vi lọc (MF) hay siêu lọc 

(UF) có giới hạn tách tốt, có thể sử dụng cho công đoạn lọc trong. Các màng 

lọc này tạo ra một lớp chắn đối với vi khuẩn, thậm chí cả virut. 

• Sản xuất nước siêu sạch 

Nước siêu sạch hết sức cần thiết cho nhiều lĩnh vực công nghiệp như 

sản xuất vật liệu bán dẫn, nước cấp cho nồi hơi và trong sản xuất thuốc tiêm 

dịch truyền. Trong công nghiệp điện tử, do việc chế tạo các linh kiện bán dẫn 

đòi hỏi phải có nguồn nước rất tinh khiết, do đó sơ đồ xử lý nước cho công 

nghiệp điện tử đòi hỏi rất phức tạp và thường kết hợp với các xử lý khác như: 

xử lý ô nhiễm vô cơ hoà tan, xử lý ô nhiễm hữu cơ và các vi khuẩn. Ô nhiễm 

vô cơ hoà tan được loại bỏ bằng hai phương pháp chính là: thẩm thấu ngược 

và trao đổi ion. Ô nhiễm hữu cơ và vi khuẩn được xử lý bằng các biện pháp 

là: khử trùng, ôxi hoá, diệt các vi khuẩn, oxy hoá ít nhiều hay toàn bộ chất 

hữu cơ, dùng màng lọc để loại bỏ ô nhiễm đặc biệt và hữu cơ. 









22 



- Màng vi lọc được dùng chủ yếu làm tiền lọc (lọc sơ bộ) cho quá trình 

thẩm thấu ngược khi xử lý nước, hậu lọc ở phía sau cột nhựa trao đổi 

ion để giữ lại các hạt nhựa nhỏ, hoặc để giữ lại các vi khuẩn. 

- Màng siêu lọc được dùng trong các chu trình sản xuất ở khâu xử lý kết 

thúc để giữ lại các virut, phân tử lớn và các hạt. Nó được sử dụng nhiều 

nhất là khi súc rửa nóng ở nhiệt độ 60 - 80 o C. 

- Thẩm thấu ngược được dùng cho hệ thống nước cấp để giảm nhẹ khâu 

loại muối khoáng, mặt khác có thể loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm hữu 

cơ khác. 

Trong công nghiệp dược phẩm, yêu cầu về lượng nước thấp hơn nhưng 

về chất lượng thì cũng tương tự như trong công nghiệp điện tử. Do vậy, đã có 

nhiều kỹ thuật xử lý khác nhau trong đó kỹ thuật màng cũng được nghiên cứu 

để triển khai ứng dụng. 

Nước sạch 

Sơ đồ một hệ thống sản xuất nước siêu sạch được đưa ra ở hình 1.8. 

Than 

hoạt 

tính 

RO 

MF, UF 

Trao UV 

đổi 

ion 

Nước siêu 

sạch 

Bể chứa 


Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc 








23 



• Xử lý nước 

Màng lọc có khả năng giải quyết một cách hiệu quả các vấn đề về xử lý 

nước, xét về khía cạnh kinh tế ngày nay kỹ thuật này được ứng dụng ngày 

càng nhiều trong xử lý công nghiệp nhằm: 

- Thu hồi nước có chất lượng cao để dùng lại. 

- Làm tăng giá trị chất cô đặc. Trong trường hợp này, thu hồi chất thải 

đồng thời loại bỏ ô nhiễm và làm tăng giá trị chất cô đặc. 

- Xử lý các chất thải khó và ít có khả năng phân huỷ sinh học hay gây 

độc... 

- Cô đặc huyền phù từ 30 ppm đến 300 ppm 

- Làm trong các dung dịch chứa các tạp chất dưới dạng huyền phù, dầu 

và mỡ. 

Trên thị trường hiện có nhiều loại thiết bị lọc màng được bán kèm với 

các bộ lọc khác nhau, nhiều nhất là các thiết bị lọc dùng cho các hộ gia đình 

và cơ quan để lọc làm sạch nước dùng cho sinh hoạt và ăn uống. 

Các bộ lọc đi kèm hệ thống thiết bị gồm các lõi lọc thô và lọc tinh, lọc 

tiệt trùng, lọc tạo khoáng …. Một hệ lọc thường gồm ít nhất 3 lõi lọc và nhiều 

nhất là 7 lõi. Bộ phận quan trọng nhất quyết định chất lượng nước sản phẩm 

là lõi lọc RO/NF. Thông thường, sau một thời gian sử dụng thì phải thay thế 

các lõi lọc để đảm bảo chất lượng của nước sử dụng. Các lõi lọc RO hiện có 

trên thị trường do nước ngoài sản xuất gồm Filmtech (Mỹ), Vontron (Trung 

quốc), Nasa (Nhật), Hansan (Hàn Quốc) … 

Màng lọc RO viết tắt từ hai chữ REVERSE OSMOSIS (thẩm thấu 

ngược). Màng lọc RO được sản xuất từ chất liệu Polyamide (PA) hoặc 

Cellulose Acetate (CA) với kích thước lỗ màng từ 0.001-0.0001µm. Công 

nghệ lọc RO được phát minh và nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước 

và phát triển hoàn thiện vào thập niên 80 sau đó. Đầu tiên màng RO được 









24 



nghiên cứu và ứng dụng chủ yếu cho lĩnh vực hàng hải và vũ trụ của Mỹ. Sau 

này công nghệ RO được ứng dụng rộng rãi vào trong đời sống và sản xuất, 

như sản xuất nước uống, cung cấp nước tinh khiết cho sản xuất thực phẩm, 

dược phẩm hay phòng thí nghiệm... 

Nguyên lý làm việc của quá trình thẩm thấu ngược có thể tóm tắt như 

sau: Khi đặt màng bán thấm vào giữa dung môi và dung dịch, một cách tự 

nhiên dung môi sẽ vận chuyển qua màng sang phía dung dịch cho tới khi 

chênh lệch áp suất thủy tĩnh ngăn không cho dung môi tiếp tục đi sang phía 

dung dịch. Hiện tượng này gọi là hiện tượng thẩm thấu và chênh lệch áp suất 

thủy tĩnh chính bằng áp suất thẩm thấu. Nếu ta đặt lên phía dung dịch một áp 

suất lớn hơn áp suất thẩm thấu thì sẽ xảy ra hiện tượng ngược lại, dung môi sẽ 

đi từ phía dung dịch sang phía dung môi, hiện tượng này gọi là thẩm thấu 

ngược 

1.6.7. Một số kĩ thuật tạo màng 

1.6.7.1. Kỹ thuật tạo màng electrospinning 

Electrospinning (ES) là một kỹ thuật kéo sợi từ polyme dung dịch hoặc 

polyme nóng chảy bằng cách sử dụng lực tĩnh điện (điện trường). Sợi 

electrospun có đường kính rất nhỏ (từ nanomet đến micromet) so với quá 

trình kéo sợi bằng lực cơ học thông thường (kéo sợi nóng chảy, kéo sợi dung 

dịch).Sợi nano ES sẽ cho kết quả hệ thống với diện tích bề mặt so với tỷ lệ 

khối lượng là cao, trọng lượng thấp, mật độ các lỗ hổng cao và độ thấm với sự 

kiểm soát cao, đường kính sợi nhỏ [19]. 

Nguyên lý tạo sợi ES: Khi đặt một điện áp cao vào giữa đầu phun và 

bảng thu sợi (được nối đất) sẽ làm xuất hiện một điện trường lớn. Dòng điện I 

tạo ra rất nhỏ, làm đầu phun bị nhiễm điện. Do đó dung dịch polyme khi đi 

qua đầu phun này cũng sẽ bị nhiễm điện và các hạt mang điện được gia tốc 

bởi điện trường, phun ra dung dịch polyme chuyển động theo chiều của điện 









25 



trường tạo thành ở trên. 

Kết quả là dung dịch polyme được c tăng tốc đập vào 

bản thu sợi và hình thành một sợi mỏng với bán kính từ ừ micromet đến 

nanomet. 

Kim phun 

kim loại 

Bộ điều u tốc 

Hình 1.6. Mô phỏng cho hệ thống electrospinning 

ES thu hút nhiều sự chú ý như một kỹ thuật đa năng, ng, áp dụng cho nhiều 

lĩnh vực hữu cơ và vô cơ, kết quả là dẫn đến sự phân chia về ề kích thước của 

vật liệu nano [35]. Mỗi loại kích thước của vật liệu có một ứng dụng riêng 

trong các lĩnh vực khác nhau. 

Khối cấp cao áp 

Sợi tích điện 

Khối thu xoay 

Mặc dù thiết lập p hệ quay điện cũng khá đơn giản nhưng cơ chế của nó 

lại khá phức tạp p vì có sự liên quan đến các thuyết: thuyết t Taylor, thuyết bất 

định, thuyết phun điện n cưỡng bức và nhiều hơn nữa. Những thuyết này không 

những cung cấp những ng kiến thức tốt về cơ chế cho quá trình ES mà còn giúp 

cho quá trình thiết lập p những kỹ thuật mới của a các nhà khoa học, giúp kiểm 

soát chặt chẽ hơn về quá trình tạo cấu trúc nano quay điện. 









26 



1.6.7.2. Kỹ thuật tạo màng casting 

Casting là phương pháp tạo màng polyme nổi tiếng, được sử dụng 

trong nhiều quá trình và ứng dụng khác nhau như tách khí, xử lý nước, công 

nghệ hóa sinh và dược phẩm… Việc tạo màng bất đối xứng có thể được thực 

hiện bởi một số kĩ thuật trong đó kĩ thuật phân tách pha không dung môi 

(NIPS) là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp [12], [39]. 

Trong phương pháp NIPS, đầu tiên dung dịch polyme đồng nhất bao 

gồm polyme và dung môi tương ứng được đúc trên một tấm film phẳng trong 

môi trường không khí trên đế đỡ thích hợp trong thời gian ngắn rồi sau đó 

ngâm vào môi trường đông tụ để đuổi hết dung môi từ dung dịch đúc màng. 

Màng hình thành có cấu trúc bất đối xứng bao gồm một lớp mỏng ở trên và 

một lớp xốp ở dưới. Cần chú ý rằng nếu dung dịch đúc màng hấp thụ hơi 

nước thì sự chuyển pha có thể đã xảy ra tại thời điểm đó, chính hơi nước này 

đã gây ra sự tách pha và trường hợp này được gọi là kỹ thuật phân tách pha 

bằng hơi (VIPS) [23], [34]. Phương pháp tạo màng casting tạo ra được nhiều 

hình thái màng và được ứng dụng nhiều trong xử lý nước nên được sử dụng 

rất phổ biến hiện nay. 









27 



CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM 

2.1. Tổng hợp vật liệu 

2.1.1. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ 

2.1.1.1. Thiết bị 

Máy khuấy từ. 

Máy khuấy từ gia nhiệt. 

Cân phân tích điện tử. 

Hệ thống lọc kết nối máy hút chân không. 

Bể điều nhiệt. 

Tủ sấy. 

Tủ nung. 

Máy ly tâm. 

Hệ thống phun màng electrospinning. 

Máy đo cực phổ CPAiocHH5B. 

Nhớt kế Ostwald. 

2.1.1.2. Dụngcụ 

Dụng cụ thủy tinh các loại. 

Que khuấy từ. 

Cối mã não. 

Phễu sứ. 

Micro pipet. 

Bơm kim tiêm. 

Tấm kính phẳng. 

Thanh sắt cán màng. 

Nhiệt kế. 









28 

2.1.1.3. Hóa chất 



Bảng 2.1. Tên hóa chất, nguồn gốc xuất xứ 

STT Hóa chất Nguồn gốc 

1 NaOH Trung quốc 

2 KOH Trung quốc 

3 H 2 O 2 Trung quốc 

4 C 10 H 16 N 2 O 8 Trung quốc 

5 CH 3 COCH 3 Trung quốc 

6 Na 2 CO 3 Trung quốc 

7 NaClO 2 Trung quốc 

8 KMnO 4 Trung quốc 

9 CH 3 COOH Merck 

10 H 2 SO 4 Merck 

11 CH 3 CHO Merck 

12 C 2 H 6 OS Merck 

13 Mn(CH 3 COO) 2 Merck 

14 HCl Merck 

15 C 2 H 5 OH Merck 

16 Dung dịch Cd(NO 3 ) 2 tiêu chuẩn 1000 ppm Merck 

17 Dung dịch Pb(NO 3 ) 2 tiêu chuẩn 1000 ppm Merck 

18 Dung dịch Bi(NO 3 ) 3 tiêu chuẩn 1000 ppm Merck 

2.1.2. Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía 

2.1.2.1. Xử lý với axit 

Bã mía sau khi được nghiền thành bột mịn, được tiến hành xử lý với 

axit sunfuric H 2 SO 4 (10%) trong các cốc thủy tinh 1 lít với tỉ lệ rắn/lỏng là 

1/15 (g/ml), khuấy đều trong 1 giờ ở 90 o C. Hỗn hợp sau đó được lọc rửa 

bằng máy hút chân không. Chất rắn tách ra được rửa với dung dịch Na 2 CO 3 

2% và nước cất đến pH trung tính, để khô qua đêm ở nhiệt độ phòng. 









29 



2.1.2.2. Xử lý với bazơ 

Bã mía sau xử lý với axit được xử lý tiếp với dung dịch NaOH 5% 

trong cốc nhựa 1 lít, tỉ lệ rắn/lỏng là 1/15 (g/ml) trên máy khuấy từ gia nhiệt 

trong 2 giờ ở 100 o C. Chất rắn sau xử lý được lọc rửa qua nước qua bằng máy 

hút chân không đến pH trung tính sau đó sấy khô để dùng cho các thí nghiệm 

tiếp theo. 

2.1.2.3. Tạo phức 

Quá trình tạo phức được tiến hành với dung dịch EDTA 0,5% trên máy 

khuấy từ gia nhiệt 30 phút ở 70 o C , trong cốc nhựa 1 lít với tỉ lệ rắn/lỏng là 

1/15 (g/ml). Sau khi phản ứng kết thúc, lọc rửa với nước cất 70 o C bằng máy 

hút chân không, sau đó sấy khô để dùng cho các thí nghiệm tiếp theo. 

2.1.2.4. Tẩy trắng 

Bước tẩy trắng được tiến hành với dung dịch H 2 O 2 5% trong cốc nhựa 

polypropylen trong 2 giờ ở 70 o C, tỉ lệ rắn/lỏng là 1/10 (g/ml). Chất rắn sau 

khi xử lý được lọc rửa với nước cất ở 70 o C bằng máy hút chân không, sau đó 

sấy khô để dùng cho các thí nghiệm tiếp theo. 

2.1.3. Tổng hợp CA từ xenlulozơ bã mía 

CA được tổng hợp theo các bước sau: hỗn hợp gồm 2 gam xenlulozơ 

chiết từ bã mía và 40 mL axit axetic đặc được khuấy 30 phút ở nhiệt độ 30 o C 

trên máy khuấy từ. Rồi sau đó, thêm hỗn hợp gồm 18 mL axit axetic đặc và 

0,16 mL H 2 SO 4 đặc vào và khuấy trong 45 phút. 

Tiếp theo, hỗn hợp phản ứng được cho thêm 28 mL andehit axetic với 

0,14 mL H 2 SO 4 đặc. Hỗn hợp được gia nhiệt lên 35 o C, khuấy trong 1 giờ rồi 

để yên trong 14 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, hỗn hợp được cho nước vào để 

dừng phản ứng và kết tủa CA. Lọc rửa kết tủa đến hết mùi axit axetic và đến 

pH = 7, đem sấy khô kết tủa trong tủ sấy ở nhiệt độ 60 o C qua đêm. 









30 



2.1.4. Điều chế MnO 2 

Trộn hai tiền chất KMnO 4 và Mn(CH 3 COO) 2 theo tỉ lệ mol 2:3, nghiền 

mịn trong cối mã não. Sau đó nung ở nhiệt độ 450 o C, 500 o C và 550 o C với 

thời gian nung là 3h. Mẫu sau khi nung được đánh siêu âm 30 phút, rửa sạch 

với nước cất và sấy khô. 

2.1.5. Điều chế vật liệu màng xenlulozơ axetat-MnO 2 

2 gam CA được hòa tan trong 10 mL hệ dung DMSO/Axeton theo tỉ lệ 

1:2 tạo thành dung dịch đồng nhất. Sau đó 5% nano MnO 2 (tính theo khối 

lượng CA) được cho vào dung dịch trên, hỗn hợp tiếp tục được khuấy và siêu 

âm trong 2 giờ để phân tán đều MnO 2 trong dung dịch. Dung dịch này được 

dùng để tạo màng theo hai phương pháp. 

2.1.5.1 Theo phương pháp casting 

Dung dịch được chuẩn bị ở trên được cho lên tấm kính phẳng, dùng 

thanh cán có rãnh khuôn màng 250 µm cán ngang qua hỗn hợp với tốc độ 1 

mm/s. Sau đó chuyển tấm kính này vào bể nước tinh khiết ở 25 o C để kết tụ 

màng. Màng trước khi dùng được bảo quản trong nước đề ion. 

2.1.5.2. Theo phương pháp electrospinning 

Cho 5 mL hỗn hợp dung dịch chuẩn bị ở trên vào xilanh, gắn mũi kim 

23G vào xilanh. Lắp xilanh vào hệ electrospinning, khoảng cách từ đầu kim 

tới tấm thu là 15 cm, điện áp 15 kV với tốc độ đẩy cố định 2mL/h. Màng thu 

được sấy ở 50 o C. 

2.1.6. Xác định hàm lượng Klason lignin và hemixenlulozơ 

2.1.6.1. Xác định hàm lượng Klason lignin 

Hàm lượng Klason lignin trong mẫu bã mía ban đầu và trong các mẫu 

sau xử lý axit, bazơ, H 2 O 2 được xác định theo phương pháp sau: 2 gam mẫu 

cần xác định hàm lượng Klason lignin được chuyển vào bình cầu lưu. Cho từ 

từ 15 ml H 2 SO 4 72 % vào và khuấy 2 giờ trong một bể nước ở nhiệt độ 

phòng. 









31 



Thêm tiếp 560 ml nước cất vào hệ thống và gia nhiệt cho đến khi dung dịch 

trong bình cầu sôi. Sau đó hệ thống được để nguội và cặn không hòa tan được 

lọc rửa bằng 500 ml nước nóng. Mẫu cặn sau khi rửa sạch được sấy 12 giờ ở 

105 o C và sau khi khô được cân lại để định lượng hàm lượng Klason lignin. 

2.1.6.2. Xác định hàm lượng hemixenlulozơ 

Hàm lượng hemixenlulozơ trong mẫu bã mía ban đầu và trong các mẫu 

xenlulozơ sau xử lý axit, bazơ, H 2 O 2 được xác định theo phương pháp sau: 

Cho 5 gam bã mía vào cốc 250 ml chứa 0,75 gam NaClO 2 , thêm hỗn hợp 0,5 

ml CH 3 COOH đặc và 100 ml nước khuấy cho đến khi clorit tan hoàn toàn. 

Sau đó đậy mặt kính thủy tinh lên miệng cốc và đặt vào trong bể ổn nhiệt ở 75 

o C khuấy nhẹ trong 1 giờ. 

Sau mỗi giờ thêm cùng lượng thuốc thử vào cốc trong thêm 2 giờ nữa, 

tổng thời gian khuấy là 3 giờ. Hệ được làm mát đến 10 o C bằng nước đá và 

sau đó lọc rửa chất rắn 6 lần với nước đá và sấy khô ở 105 o C trong 6 giờ. 

Cho 3g chất rắn sau khi được sấy khô vào bình nón 250 ml và trộn với 100 ml 

dung dịch KOH 5%.Sau đó, hệ được đưa vào bể ổn nhiệt ở 25 o C và khuấy 

đều trong 2 giờ.Hỗn hợp đã được lọc qua phễu sứ và rửa sạch với 50 ml dung 

dịch KOH 5% và 100 ml nước cất. Nước lọc được đưa vào bình nón 1 lít và 

được kết tủa bằng cách thêm một lượng dung dịch có chứa tỉ lệ 1:1 của 

CH 3 COOH và C 2 H 5 OH. Chất kết tủa thu được là hemixenlulozơ. Chất rắn 

được giữ lại trên phễu sứ được chuyển đến bình nón 250 ml và được làm 

tương tự để tiếp tục tách hemixenlulozơ. 

Tuy nhiên, chất rắn được rửa sạch với 25 ml dung dịch KOH 24 %, sau 

đó rửa lại với 25 ml CH 3 COOH 10% và cuối cùng với 100 ml nước cất. Nước 

lọc được thu hồi trong bình nón 1 lít và được kết tủa với một lượng dung dịch 

có chứa tỉ lệ 1:1 của CH 3 COOH và C 2 H 5 OH. Lọc kết tủa và sấy khô ở 60 o C 

qua đêm và được cân lại để định lượng hàm lượng hemixenlulozơ. 









32 



2.1.7. Xác định độ thay thế DS 

0,1 g CA được ngâm 24 giờ trong bình nón chứa 5 mL etanol 75% và 5 

mL dung dịch NaOH 0,25 M. Tiếp theo thêm 10 mL dung dịch HCl 0,25 M 

vào và để yên trong 30 phút. Sau đó hỗn hợp được chuẩn độ bằng dung dịch 

chuẩn NaOH 0,25 M với chất chỉ thị phenolphtalein, quá trình này được làm 3 

lần. Phần trăm của nhóm axetyl (% AG) được tính theo phương trình sau 

[38]: 

%AG = [( ). . ]. 

. 100 (2.1) 

 

Trong đó: V b1 là thể tích NaOH thêm vào hệ (L); 

V b2 là thể tích NaOH tiêu tốn trong quá trình chuẩn độ (L); 

V a là thể tích HCl thêm vào hệ (L); 

C a , C b lần lượt là nồng độ của HCl và NaOH đã dùng (M); 

M là khối lượng mol của nhóm axetyl (M = 43 g.mol -1 ); 

m CA là khối lượng của mẫu CA (g). 

Giá trị DS được tính theo công thức [43]: 

DS = 

2.1.8. Xác định độ nhớt theo phương pháp điểm đơn 

, × % 

, % 

(2.2) 

Để xác định độ nhớt, dùng hệ dung môi diclometan/ethanol (8/2).Dung 

dịch CA có nồng độ 2 g/L. Sử dụng nhớt kế Ostwald, thí nghiệm xác định 

thời gian chảy của hệ dung môi và dung dịch trong nhớt kế. 

Trước khi đo, nhớt kế được nhúng trong bể ổn nhiệt ở 25 o C trong vài 

phút để ổn định nhiệt. Độ nhớt được tính theo các phương trình liên hệ sau 

[16]: 

[ η] 

2( ηsp 

− ln( ηrel 

)) t 

= ; η 

rel 

= , ηsp 

= ηrel 

− 1 (2.3) 

C 

t 


Với [η] là độ nhớt thực; η rel là độ nhớt tương đối; η sp là độ nhớt riêng; C là 

nồng độ của dung dịch; t và t o là thời gian chảy của dung dịch và dung môi. 

o 








33 



Khối lượng phân tử trung bình (M) tính theo độ nhớt được xác định 

theo phương trình Mark-Houwink-Sakurada: 

[ ] 

α 

η = k.(M ) (2.4) 

Trong đó k và α là các hằng số đặc trưng của polyme, dung môi và 

nhiệt độ.Với k = 13,9.10 -3 mL.g -1 và α = 0,834 [16]. 

2.1.9. Xác định độ thấm ướt và tốc độ chảy của màng 

Độ thấm ướt của màng được tính theo công thức: 

Trong đó: 

W 

m 

− m 

W c : là độ thấm ướt của màng (%); 

v 

n k 

C 

= ×100 (2.5) 

mn 

m n : là khối lượng của màng ngậm nước (gam); 

M k : là khối lượng của màng khô (gam). 

Tốc độ chảycủa màng được xác định bằng cách đo thể tích dịch lọc vận 

chuyển qua màng trong một khoảng thời gian tại áp suất xác định. 

Tốc độ chảy qua màng được xác định theo công thức: 

Trong đó: 

hoặc 

V: Thể tích dịch lọc (L hoặc mL); 

V 

J = (L/m 2 .h.bar) (2.6) 

S × t × ∆Ρ 

V 

J = (L/m 2 .h) (2.7) 

S × t 

S: Diện tích bề mặt làm việc của màng (m 2 hoặc cm 2 ); 

t: Thời gian lọc (h hoặc phút); 

∆P: Áp suất tách (bar). 









34 



2.1.10. Khảo sát khả năng hấp phụ Cd(II) của vật liệu màng xenlulozơ 

axetat - MnO 2 casting 

2.1.10.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ưu 

Màng hình tròn có diện tích 9,62 cm 2 với khối lượng chất hấp phụ 

MnO 2 trên màng là 3,125.10 -3 gam, lắp vào hệ thống lọc hút chân không. 

Cho 50 mL mẫu Cd(II) 3,745 ppm, pH = 5,57 vào phễu lọc và tiến hành 

hấp phụ ở các khoảng thời gian 10, 40, 70, 130 phút. 

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Cd(II) còn lại sau 

hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn. 

2.1.10.2. Khảo sát nồng độ chất bị hấp phụ 

Màng hình tròn có đường kính 9,62 cm 2 với khối lượng chất hấp phụ 

MnO 2 trên màng là 3,125.10 -3 gam lắp vào hệ thống lọc hút chân không. 

Cho 50 mL mẫu Cd(II) với các nồng độ đầu là 1,519; 2,196; 3,745; 

6,697; 10,702 ppm ở pH = 5,57 vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các 

khoảng thời gian 70 phút. 

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Cd(II) còn lại sau 


2.1.10.3. Khảo sát pH hấp phụ tối ưu 


MnO 2 trên màng là 3,125.10 -3 gam lắp vào hệ thống lọc hút chân không. 

Cho 50 mL mẫu Cd(II) 3,745 ppm ở các giá trị pH lần lượt là 2,37; 

3,32; 4,31; 5,57; 6,95 vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời 

gian 70 phút. 

Lọc dung dịch qua màng, tiến hành đo lại nồng độ Cd(II) còn lại sau 










35 



2.1.11. Khảo sát khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu màng xenlulozơ 

axetat - MnO 2 casting 

2.1.11.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ưu 


MnO 2 trên màng là 3,125.10 -3 gam, lắp vào hệ thống lọc hút chân không. 

Cho 50 mL mẫu Pb(II) 11,754 ppm vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ 

ở các khoảng thời gian 10, 40, 70, 100, 130, 190 phút. 

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Pb(II) còn lại sau 


2.1.11.2. Khảo sát nồng độ chất bị hấp phụ 


MnO 2 trên màng là 3,125.10 -3 lắp vào hệ thống lọc hút chân không. 

Cho 50 mL mẫu Pb(II) với nồng độ đầu là 1,354; 2,305 ; 5,754; 9,640; 

11,754 ppm vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời gian 100 

phút. 



2.1.11.3. Khảo sát pH hấp phụ tối ưu 


MnO 2 trên màng là 3,125.10 -3 lắp vào hệ thống lọc hút chân không. 

Cho 50mL mẫu Pb(II) 5,490 ppmở các giá trị pH lần lượt là 2,25; 3,48; 

4,52; 5,51; 6,32 vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời gian 100 

phút. 











36 



2.1.12. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu màng xenlulozơ axetat- 

MnO 2 casting 

Để đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu trong quá trình hấp phụ 

chúng tôi tiến hành giải hấp vật liệu bằng axit HNO 3 5% trong 2 giờ. Sau đó 

vật liệu được rửa bằng nước cất tới pH = 7. 

Tiếp theo tiến hành đánh giá khả năng hấp phụ Pb(II) tại nồng độ 3,656 

ppm ở pH = 5,51 với thời gian là 100 phút. 

2.2. Tính toán quá trình hấp phụ 

2.2.1. Tính toán hiệu suất quá trình hấp phụ 

Hiệu suất quá trình hấp phụ (H%) được tính theo công thức: 

(%) = 

∗ 100%(2.8) 

 

Trong đó: C dau : nồng độ ban đầu khi chưa hấp phụ (ppm); 

C cuoi : nồng độ sau quá trình hấp phụ (ppm). 

2.2.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấpphụ 

Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ 

là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ: 

q = f(T, PhoặcC) 

Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn q = f(P hoặc C) 

được gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt. 

Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp 

phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ 

tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định. 

Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì 

đường hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình hấp phụ đẳng 

nhiệt Freundlich, Langmuir… 









37 



2.2.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 

Mô hình đẳng nhiệt Langmuir giả định rằng sự hấp thụ các ion kim loại 

xảy ra trên một bề mặt đồng nhất của vật liệu và sự hấp phụ là đơn lớp, không 

có bất kì sự tương tác nào giữa các ion hấp thụ. Phương trình tuyến tính của 

mô hình đẳng nhiệt Langmuir được đưa ra bởi công thức sau: 

Trong đó: 

 

= 

+ 

 

 

 

(2.9) 

K L : hằng số (cân bằng) hấp phụ Langmuir; 

q e : dung lượng hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/1 đơn vị chất hấp phụ); 

q m : dung lượng hấp phụ tối đa của chất hấp phụ (lượng chất bị hấp 

phụ/1 đơn vị chất hấp phụ); 

C e : nồng độ dung dịch hấp phụ. 

Phương trình phi tuyến có dạng: 

= 

(2.10) 

 

2.2.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 

Mô hình đẳng nhiệt Freundlich là một phương trình thực nghiệm dựa 

trên sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất của vật liệu. 

Phương trình tuyến tính thường được biểu diễnlà: 

Trong đó: 

e 

log = log + log (2.11) 

C : nồng độ tại thời điểm cân bằng (mg/L); 

q : lượng ion kim loại bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng vật liệu 

e 


hấp phụ (mg/g); 

K F : hằng số Freundlich. 








38 



Dạng phi tuyến tính của phương trình Freundlich như sau: 

 

= 

 

(2.12) 

Mô hình Freundlich được lựa chọn để đánh giá cường độ hấp phụ của 

chất bị hấp phụ trên bề mặt chất bị hấp phụ. 

2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu 

2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) 

Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây 

dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một 

trật tự nhất định. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong 

mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ 

đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm 

phát ra các tia phản xạ. Mặt khác, các nguyên tử, ion này được phân bố trên 

các mặt phẳng song song. 

Mối liên hệ giữa độ dài khoảng cách hai mặt phẳng song song (d), góc 

giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ (θ) và bước sóng (λ) được biểu thị 

bằng hệ phương trình Vulf-Bragg: 

Trong đó: 

n: bậc nhiễu xạ; 

2dsinθ = nλ 

λ: bước sóng của tia Rơnghen; 

d: khoảng cách giữa các mặt tinh thể; 

θ: góc nhiễu xạ. 

Phương trình Vulf-Bragg là phương trình cơ bản nghiên cứu cấu trúc 

tinh thể.Từ hệ thức Vulf-Bragg có thể nhận thấy góc phản xạ tỉ lệ nghịch với 

d hay khoảng cách giữa hai nút mạng. Đối với vật liệu vi mao quản khoảng 

cách hai lớp cỡ vài chục nguyên tử nên góc quét 2θ thường > 5 độ, tuy nhiên 

đối với vật liệu MQTB kích thước > 20Å, nên góc quét 2θ thường từ 0,5 độ 

trở lên. 









39 



Thực nghiệm: Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu được đo trên nhiễu xạ kế 

Brucker D8 Advance với ống phát tia X của Cu có bước sóng λ (CuKα) = 

1,5406 Å, công suất 40 kV, dòng 40 mA. Góc quét từ 5 đến 60°, mỗi bước 

quét là 0,008° và thời gian mỗi bước quét 0,6 giây. Các phép đo được thực 

hiện tại phòng Thí nghiệm phân tích, khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự 

nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. 

2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) 

Nguyên tắc: Với phân tử không thẳng hàng có N nguyên tử sẽ có 3N- 6 

dao động chuẩn, còn với phân tử thẳng hàng thì có 3N - 5. Mỗi dao động 

chuẩn ứng với một tần số dao động cơ bản. Năng lượng để làm chuyển các 

mức dao động này khá bé, tương đương với năng lượng bức xạ hồng ngoại. 

Tuy nhiên không phải bất cứ phân tử nào cũng có khả năng hấp phụ bức xạ 

hồng ngoại để có hiệu ứng phổ dao động. Người ta đã chứng minh rằng chỉ có 

các phân tử khi dao động có gây ra sự thay đổi momen lưỡng cực điện mới có 

khả năng hấp phụ bức xạ hồng ngoại. Về mặt nguyên tắc, bằng thực nghiệm, 

người ta có thể xác định các bước sóng của bức xạ hồng ngoại tương ứng với 

các liên kết giữa các nguyên tử. Có nghĩa tại bước sóng đó, liên kết hấp thụ 

năng lượng bức xạ để chuyển sang một mức dao động mới, mức dao động 

kích thích và bước sóng đó đặc trưng cho liên kết tương ứng. 

Người ta có thể dùng phổ hồng ngoại để phân tích định tính hoặc định 

lượng. Để phân tích định tính, phổ của mẫu được so sánh với mẫu 

chuẩn.Hoặc để xác định cấu trúc, dựa vào các phổ và so sánh với bảng chuẩn 

để tìm các nhóm chức hoặc các nhóm nguyên tử. Để phân tích định lượng, 

người ta dựa vào định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer - Lambert - Beer. Đầu 

tiên xây dựng đường chuẩn theo một pic mạnh đặc trưng. Sau đó, so sánh 

cường độ hấp thụ của pic tương ứng của mẫu phân tích với đường chuẩn. 









40 



Thực nghiệm: Phổ hồng ngoại được ghi trên phổ kế IRPrestige-21 

(Shimadzu) trong khoảng 400 đến 4000 cm -1 . Trước khi đo, mẫu được nghiền 

và ép viên với KBr. Mẫu được đo tại Khoa Hóa, Trường Đại học Quy Nhơn. 

2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, thường viết 

tắt là SEM) là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải 

cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các 

electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện 

thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của 

chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Nguyên lí hoạt động và sự tạo ảnh trong 

SEM như sau: việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo 

ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát 

ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường. . .) sau 

đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 

50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước 

sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn.Điện tử được phát 

ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến 

vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các 

cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm 

điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, 

chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, 

độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt 

mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức 

xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông 

qua việc phân tích các bức xạ này. Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như 

kính hiển vi điện tử truyền qua, nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm 

mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật. 









41 



Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản hơn 

rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng. Một điều khác là giá thành 

của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều 

so với TEM. 

Thực nghiệm: Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để ghi ảnh hiển vi điện tử quét và 

phân tích EDS cùng trên một thiết bị bao gồm rửa sạch mẫu bằng etanol, phân 

tán mẫu và sấy khô. Sau đó phủ một lớp vàng cực mỏng lên bề mặt mẫu 

đãphân tán.Mẫu được ghi ảnh trên máy Nova NanoSEM 450 tại Khoa Vật 

lý,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội. 

2.3.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) 

Phương pháp quang phổ tia X (X-ray photoelectron spectroscopy, 

XPS) được sử dụng phổ biến để xác định thành phần nguyên tố cũng như 

trạng thái oxi hóa của chúng trong mẫu. Phương pháp này dựa trên hiệu ứng 

quang điện tử (photoelectronic effect) được tạo ra khi chiếu một chùm bức 

xạ có bước sóng ngắn vào bề mặt vật liệu. Khi được hấp thu năng lượng, 

các electron ở lớp ngoài cùng hoặc electron hóa trị thoát ra với năng 

lượng động năng: 

E k = h ν - E b - φ 

Trong đó: E k : động năng của các quang electron; 

φ: công thoát electron (phụ thuộc vào thiết bị); 

E b : năng lượng liên kết của electron; 

n: tần số photon, h là hằng số Planck. 

Năng lượng liên kết E b là đại lượng đặc trưng cho nguyên tử nên từ giá 

trị này chúng ta có thể xác định thành phần nguyên tố và trạng thái oxi hóa 

của chúng trong mẫu. 

Thực nghiệm: Phổ XPS được đo trên máy Shimadzu Kratos 

AXISULTRA DLD spectrometer, sử dụng nguồn phát tia X với bia Al, ống 









42 



phát làm việc ở 15kV - 10 mA. Các dải năng lượng liên kết (binding energies) 

được hiệu chỉnh bằng cách chuẩn nội với đỉnh C1s (ở 284,6 eV). Đầu tiên, 

quét sơ bộ toàn bộ ộ mẫu từ 0-1200 eV, sau đó quét với độ phân giảicao cho 

đỉnh Cr2p từ 557eV - 607 eV. Đỉnh được phân giải trên phần mềm Casa 

XPS. 

2.3.5. Phổ tán sắc năng lượng l tia X (EDS) 

Phổ tán xạ năng lượng tia X hay Phổ tán sắc năng lượng 

là kỹ thuật 

phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát 

ra từ vật rắn do tương tác với v các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng 

lượng cao trong các kính hiển vi điện tử). Trong các tài liệu khoa học, kỹ 

thuật này thường được viết tắt là EDX hay EDS xuất phát từ tên t gọi tiếng 

Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy. Kỹ thuật EDS chủ ủ 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 v vật rắn. 

Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ 

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 tửử số (z) của nguyên tử theo định luật Mosley: 

Có nghĩa là tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tửử 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 ố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về 

tỉ phần các nguyên tố ố này. 









43 



Hình 2.1. Mô hình tán xạ năng lượng tia X 

Có nhiều thiết bị phân tích EDS nhưng chủ yếu EDS được đ 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 các hệ ệ có 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 c phân tích nhờ phổ kế tán sắc năng lượng, do đo, ghi nhận 

thông tin về các nguyên tố t cũng như thành phần. Kỹ thuật EDS được phát 

triển từ những năm 1969 và v thiệt bị thương phẩm xuất hiện vào v đầu những 

năm 1969 và thiết bị ị thương phẩm xuất hiện vào đầu những năm 1970 với 

việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge. 

Thực nghiệm: Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để phân tích EDS cùng c trên một 

thiết bị đo o SEM, bao gồm rửa sạch mẫu bằng etanol, phân tán mẫu và sấy 

khô. Sau đó phủ một lớp vàng cực mỏng lên bề mặt mẫu đã ã phân tán. Mẫu 

được ghi ảnh trên máy Nova NanoSEM 450 tại Khoa Vật lý, Trường Đại học 

Khoa học Tự nhiên, thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội. 

2.3.6. Phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ N 2 ở 77K 

Hấp phụ khí thường được sử dụng để đặc trưng một số ố tính chất của vật 

liệu mao quản như: diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, phân bố kích 

thước mao quản cũng như tính chất bề mặt. Có rất nhiều phương pháp hấp 









44 



phụ để đặc trưng cho vật liệu mao quản, nhưng phổ biến hơn cả là dùng đẳng 

nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N 2 ở 77K. 

Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể tích là đại lượng 

đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, 

nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn. V là một hàm đồng 

biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa P o , người ta 

đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/P o ) thì thu được 

đường “đẳng nhiệt hấp phụ”, còn khi đo V với P/P o giảm dần thì nhận được 

đường “đẳng nhiệt khử hấp phụ”. 

Trong thực tế, đối với vật liệu MQTB đường đẳng nhiệt hấp phụ và 

khử hấp phụ không trùng nhau, mà thường thấy một vòng khuyết (hiện tượng 

trễ) đặc trưng cho hiện tượng ngưng tụ mao quản của vật liệu MQTB. Theo 

phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ 

biểu diễn trên Hình 2.2. 

Hình 2.2. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân loại IUPAC 

Đường đẳng nhiệt kiểu I trong hình 2.2 tương ứng với vật liệu vi mao 

quản hoặc không có mao quản. Kiểu II và kiểu III là của vật liệu mao quản có 

mao quản lớn (d > 50 nm). Đường đẳng nhiệt kiểu IV và V tương ứng vật liệu 

có MQTB.Kiểu bậc thang VI ít gặp. 









45 



Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo phương pháp Brunauer – 

Emmolett - Teller (BET). Theo phương pháp này, diện tích bề mặt được tính 

dựa trên diện tích bề mặt bị chiếm giữ bởi các phân tử khí hấp phụ đơn lớp 

trên bề mặt vật liệu. Phân bố kích thước mao quản cũng có thể được tính bởi 

nhiều phương pháp khác nhau, nhưng thông dụng nhất là phương pháp Barret, 

Joyner and Halenda (BJH). 

Thực nghiệm: Các mẫu được đặc trưng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp 

phụ nitơ trên Micromeritics ASAP 2000ở 77K. Trước khi đo, các mẫu được 

xử lý chân không ở 150 o C trong 5 giờ. Mẫu được đo tại Khoa Hóa, Trường 

Đại học Sư phạm Hà Nội. 

2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA) 

Phân tích nhiệt là một phương pháp thực nghiệm bao gồm hàng chục 

kỹ thuật đo khác nhau, cho phép xác định các tính chất nhiệt của vật chất trực 

tiếp, hoặc gián tiếp, hoặc thông qua ảnh hưởng của tác động nhiệt lên các tính 

chất cơ bản của vật liệu. 

Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi 

sai (Differential Thermal Analysis-DTA) và phân tích nhiệt trọng lượng 

(Thermo Gravimetric Analysis-TGA) để nghiên cứu vật liệu. Nguyên lý 

chung của nhiệt vi sai, các phép đo được thực hiện đồng thời trên hai mẫu. 

Một mẫu cần đo và một mẫu so sánh, thông tin nhận được là kết quả so sánh 

tín hiệu nhận được từ mẫu đo và mẫu so sánh. 

Phân tích nhiệt trọng lượng theo nhiệt độ (TGA) là khảo sát sự thay đổi 

khối lượng của mẫu khi tác động chương trình nhiệt độ lên mẫu. Phân tích 

nhiệt vi sai (DTA) là khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu nghiên cứu với 

mẫu chuẩn trong quá trình nâng nhiệt. Nhờ phương pháp này có thể nhận 

biết quá trình thu hay tỏa nhiệt. Phương pháp phân tích nhiệt được ứng 

dụng rất rộng, bao gồm hầu hết các lĩnh vực khoa học, công nghệ và sản 









46 



xuất có liên quan tới vật liệu. Trong lĩnh vực hóa học, phân tích nhiệt được 

ứng dụng để xác định các tính chất quan trong của vật liệu như: nhiệt 

chuyển pha, xác định hiệu ứng nhiệt, nhận biết các thành phần phản ứng, 

nghiên cứu vật liệu xúc tác,... 

Trong luận văn mẫu phân tích nhiệt được phân tích nhiệt trên máy tích 

nhiệt Labsys Evo (Pháp), mẫu đo trong môi trường khí quyển Argon, tốc độ 

gia nhiệt 10 o C/phút tại Phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu. 

2.3.8. Phương pháp von-ampe hòa tan (SV) 

Theo phương pháp von-ampe hòa tan, quá trình phân tích gồm hai giai 

đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan. 

Giai đoạn làm giàu: chất phân tích trong dung dịch được làm giàu bằng 

cách tập trung lên bề mặt điện cực làm việc ở một thế và thời gian xác định. 

Trong quá trình làm giàu, dung dịch được khuấy trộn đều bằng cách dùng 

khuấy từ hoặc cho điện cực quay. Cuối giai đoạn này, thế trên điện cực làm 

việc vẫn giữ nguyên nhưng ngừng khuấy hoặc ngừng quay điện cực trong 

khoảng thời gian 2÷ 30 s để chất phân tích phân bố đều trên bề mặt điện cực 

làm việc. 

Giai đoạn hòa tan: hòa tan chất phân tích khỏi bề mặt điệc cực làm việc 

bằng cách quét thế theo một chiều xác định (anot hoặc catot), đồng thời ghi 

tín hiệu von-ampe hòa tan bằng một kỹ thuật von-ampe nào đó. Trong giai 

đoạn này, thường không khuấy dung dịch phân tích. Nếu quá trình hòa tan là 

quá trình anot thì lúc này phương pháp được gọi là von-ampe hòa tan anot 

(ASV) và ngược lại nếu quá trình hòa tan là quá trình catot thì được gọi là 

von-ampe hòa tan catot (CSV). Khi quá trình làm giàu là quá trình hấp phụ, 

người ta gọi tên phương pháp là von-ampe hòa tan hấp phụ catot (hoặc vonampe 

hòa tan hấp phụ - AdSV). Các kỹ thuật von-ampe thường dùng để ghi 

tín hiệu von-ampe hòa tan: von-ampe xung vi phân (DP), von-ampe sóng 









47 



vuông (SQW)… Khi sử dụng kỹ thuật von-ampe, người ta đưa tên gọi của kỹ 

thuật von-ampe vào trước tên gọi của phương pháp, chẳng hạn phương pháp 

DP-ASV, SQW-ASV… 

Trong phương pháp ASV và CSV, để chọn thế điện phân làm giàu 

(E dep ), người ta dựa vào phương trình Nerst hoặc một cách gần đúng có thể 

dựa vào giá trị thế bán sóng (E 1/2 ) trên sóng cực phổ của chất phân tích. 

Chẳng hạn, trong phương pháp ASV, E dep được chọn âm hơn so với E 1/2 và 

nếu kim loại cần phân tích (Me) tan được trong thủy ngân tạo thành hỗn hống 

(khi dùng điện cực làm việc là điện cực thủy ngân). 

Các phản ứng xảy ra như sau: 

Giai đoạn làm giàu: giữ E dep không đổi: 

Me n+ + Hg + ne 

Giai đoạn hòa tan: quét thế anot: 

Me ( Hg ) – ne 

Quá trình catot 

Quá trình anot 

Quá trính catot 

Me (Hg) 

Me n+ + Hg 

Trong phương pháp CSV, E dep được chọn dương hơn so với E 1/2 và nếu 

phân tích kim loại mà hợp chất của nó với một thuốc thử nào đó có thể kết tủa 

trên bề mặt điện cực làm việc.Các phản ứng xảy ra như sau : 

Giai đoạn làm giàu: giữE dep không đổi: 

Me n+ + (n+m)R– me 

Giai đoạn hòa tan: quét thế anot: 


MeR n+m ↓ 

MeR n+m + me Me n (n+m) R 

( R có thể là chất hữu cơ , OH - ...) 

Phương pháp CSV còn cho phép xác định các chất hữu cơ hoặc các 

anion tạo được kết tủa với Hg I hoặc Hg II khi dùng điện cực làm việc HMDE. 









48 



Các phản ứng xảy ra như sau: 

Giai đoạn làm giàu: giữ E dep không đổi 

pHg (HMDE) + qX - ne 

Giai đọan hòa tan: quét thế anot 


Hg p X q (HMDE) 

(X có thể là chất hữu cơ hoặc anion vô cơ như halogenua, S 2- , MoO 4 2- , VO 3- , 

PO 4 3- ...) 

Hg p X q (HMDE) + ne 

Quá trình catot 

pHg (HMDE) + qX 

Trong phương pháp AdSV, giai đoạn làm giàu xảy ra hai quá trình: quá 

trình tạo phức và quá trình hấp phụ. Phức của ion kim loại và phối tử hữu cơ 

(được thêm vào dung dịch phân tích) hình thành và hấp thụ điện hóa lên bề 

mặt điện cực làm việc, do vậy chất phân tích được làm giàu. Hai quá trình đó 

có thể xảy ra hầu như đồng thời hoặc một trong hai quá trình sẽ xảy ra trước. 

Trong giai đoạn này, thế trên điện cực làm việc được giữ không đổi và dung 

dịch phân tích được khuấy trộn đều. Trong giai đoạn hòa tan, tiến hành quét 

thế catot để khử các tiểu phân điện hoạt trên bề mặt điện cực làm việc (có thể 

là phức của ion kim loại với phối tử hoặc kim loại cần phân tích hoặc phối 

tử), đồng thời ghi tín hiệu von-ampe hòa tan bằng một kỹ thuật von-ampe nào 

đó. Trong giai đoạn này, thường không khuấy dụng dịch phân tích. 

Đường von-ampe hòa tan thu được có dạng đỉnh (peak). Thế đỉnh (E p ) 

và độ lớn của dòng đỉnh hòa tan (I p ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành 

phần nền (chất điện ly nền, pH, chất tạo phức...), bản chất của điện cực làm 

việc, thế và thời gian điện phân làm giàu, điều kiện thủy động học (sự khuấy 

trộn hoặc quay điện cực…) trong giai đoạn làm giàu, tốc độ quét thế trong 

giai đoạn hòa tan, kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan,… 









49 



Trong những điều kiện xác định, E p đặc trưng cho bản chất điện hóa 

của chất phân tích và do đó, dựa vào E p có thể phân tích định tính. I p tỉ lệ 

thuận với nồng độ chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc (C * ), nhưng 

C * tỉ lệ với nồng độ chất phân tích trong dung dịch phân tích (C) , nên I p tỉ lệ 

thuân với C theo phương trình: I p = kC; trong đó k là hệ số tỉ lệ. 

Với nguyên tắc trên, phương pháp SV có thể xác định đồng thời nhiều 

ion kim loại trong cùng một dung dịch phân tích. Trong trường hợp đó, đường 

von-ampe hòa tan sẽ xuất hiện nhiều đỉnh ở các thế khác nhau và độ lớn mỗi 

đỉnh tỉ lệ với nồng độ của ion kim loại tương ứng có mặt trong dung dịch 

phân tích.

Preview Nghiên cứu tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?