Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng trong môi trường nước của vật liệu khung cơ kim trên cơ sở Fe (III)

phương trình BET cho kết quả đạt đến 1.797,561 
m2/g (theo BET) với thể tích lỗ xốp vật liệu đạt tới 0,838 cm3/g. Vật liệu có cấu 
trúc dạng khung với mao quản trung bình được sắp xếp một cách trật tự là đặc 
điểm của vật liệu khung cơ kim. Với diện tích bề mặt riêng lớn, vật liệu MIL-Fe có 
nhiều hứa hẹn trong các ứng dụng như hấp phụ, xúc tác, tích trữ khí, chất mang 
Trong nghiên cứu này, vật liệu MIL-Fe đã được thử nghiệm đánh giá khả năng hấp 
phụ các ion kim loại nặng trong môi trường nước định hướng ứng dụng hấp phụ xử 
lý nước thải. 
3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 207
Tiến hành quá trình hấp phụ của 0,01 g vật liệu MIL-Fe đối với 50 ml dung 
dịch cần xử lý trong 60 phút có sử dụng khuấy. Kết quả được ghi lại tại bảng 1 
dưới đây: 
Bảng 1. Hiệu quả hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu MIL-Fe. 
TT 
Đối tượng hấp 
phụ 
Nồng độ, mg/l Hiệu quả hấp phụ, H 
(%) Ban đầu Sau hấp phụ 
1 Fe3+ 99,76 65,26 34,58 
2 Pb2+ 20,08 2,43 87,90 
3 Cr3+ 9,99 7,31 26,83 
4 As (V) 0,994 0,298 70,02 
Căn cứ theo hiệu quả hấp phụ các ion kim loại nặng trong môi trường nước, 
vật liệu khung cơ kim trên cơ sở sắt có thể sử dụng để hấp phụ xử lý nước thải có 
chứa các ion kim loại nặng nêu trên. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ của vật liệu đối 
với từng ion ở các nồng độ khác nhau là khác nhau. Trong số các kim loại đã lựa 
chọn, vật liệu MIL-Fe hấp phụ tốt chì và asen, trung bình đối với sắt và kém đối 
với crôm. 
Để xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vât liệu MIL-Fe đối với các ion 
kim loại, tiến hành quá trình 0,01 g vật liệu hấp phụ với các nồng độ của Pb2+, 
As(V) và Fe3+ trong 24 giờ. Kết quả được chỉ ra ở bảng 2 dưới đây: 
Bảng 2. Dung lượng hấp phụ của MIL-Fe ở các nồng độ ion kim loại khác nhau. 
TT Đối tượng hấp phụ C0 Ct Q, mg/g Ct/Q 
1 Pb2+ 9,92 0,72 46,00 0,01565 
20,08 2,43 88,25 0,02754 
38,01 5,63 161,93 0,03474 
79,65 32,75 234,50 0,13966 
99,87 52,33 237,70 0,22015 
2 As (V) 1,01 0,13 4,41 0,02974 
2,02 0,22 9,02 0,02440 
4,10 1,02 15,45 0,06572 
5,02 1,14 19,37 0,05897 
10,21 4,49 28,62 0,15685 
3 Fe3+ 10,08 1,30 43,90 0,02961 
19,33 4,20 75,65 0,05552 
50,21 21,53 143,40 0,15014 
74,88 41,28 168,00 0,24571 
99,76 65,26 172,50 0,37832 
Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
N. T. H. Phương, L. T. Bắc, , “Nghiên cứu khả năng hấp thụ trên cơ sở Fe (III).” 208 
Hình 3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của các ion kim loại trên MIL-Fe. 
Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu với các ion được xác định thông qua 
hệ số góc của phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: 
max
1
q
tg
 , trong đó, tgα là hệ số góc của phương trình thực nghiệm: 
Ct = tgα.Ct/Q + β 
Từ đó, ta xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu MIL-Fe đối 
với từng ion như sau: 
Bảng 3. Dung lượng hấp phụ cực đại của MIL-Fe đối với các ion kim loại nặng. 
TT 
Đối tượng hấp 
phụ 
Hệ số góc 
tgα 
Hệ số hồi quy, 
R2 
Dung lượng hấp phụ cực đại, 
mg/g 
1 Pb2+ 0,0039 0,9991 256,41 
2 As (V) 0,0053 0,9987 188,68 
3 Fe3+ 0,0296 0,9856 33,78 
Kết quả cho thấy, vật liệu MIL-Fe có khả năng hấp phụ được các ion kim loại 
nhưng với hiệu quả khác nhau. Đánh giá hiệu quả hấp phụ được thông qua dung 
lượng hấp phụ cực đại của vật liệu cho thấy trong số các ion kim loại lựa chọn 
khảo sát, vật liệu liệu MIL-Fe có khả năng hấp phụ tốt Pb2+ khi đạt giá trị 256,41 
mg/g, trong khi đó, với As(V) mà ion được hấp phụ ở đây là AsO4
3- đạt 188,68 
mg/g và hấp phụ kém Fe3+ với dung lượng cực đại chỉ đạt 33,78 mg/g. Điều này 
cho thấy, mặc dù vật liệu hấp phụ chỉ chọn lọc với từng ion khác nhau, tuy nhiên, 
việc sử dụng vật liệu MIL-Fe để xử lý nước thải có chứa nhiều ion kim loại cho 
thấy nhiều khả quan. Một mô hình xử lý ion kim loại nặng trong dung dịch nước 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 209
được đề xuất dưới đây nhằm mục đích mang thêm sự lựa chọn cho các nhà quản lý 
và khống chế ô nhiễm môi trường. 
3.3. Xây dựng mô hình xử lý nước thải chứa ion kim loại 
1- Đầu vào dung dịch 
2- Lớp bông giữ vật liệu 
3- Lớp vật liệu hấp phụ 
4- Khóa van điều chỉnh 
5- Đầu ra dung dịch 
Hình 4. Mô hình xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng. 
Nước thải được lấy tại cống thải gần Công ty Cổ phần Pin Văn Điển (số 72 
đường Phan Trọng Tuệ, Thanh Trì, Hà Nội) được xác định nồng độ các ion ban 
đầu sau đó được cho chảy qua cột có nhồi 0,05 g vật liệu được trải đều trên bề mặt 
lớp bông để diện tích tiếp xúc của nước thải với vật liệu là cao nhất. Lưu lượng 
dung dịch đi qua lớp vật liệu được điều chỉnh thông qua van số 4 trong sơ đồ. Kết 
quả hấp phụ các ion kim loại nặng theo lưu lượng dòng chảy của dung dịch được 
xác định và chỉ ra ở bảng 4 sau đây: 
Bảng 4. Kết quả hấp phụ ion kim loại nặng trong nước thải thực tế 
theo mô hình đề xuất. 
TT 
Đối 
tượng 
Nồng độ ion kim loại nặng trong nước thải, 
mg/l 
Hiệu quả hấp phụ (%) 
C0 C10 C25 C50 H10 H25 H50 
1 Pb
2+ 24,06 7,198 9,988 13,42 70,08 58,49 44,22 
2 As (V) 0,592 0,482 0,528 0,539 18,58 10,81 8,95 
Kết quả khảo sát cho thấy khi tăng lưu lượng dòng chảy, hiệu quả hấp phụ của 
vật liệu giảm nhanh chóng. Vì thế, để hiệu quả xử lý nước thải theo mô hình đề 
xuất cần duy trì lưu lượng khoảng 10 ml/phút. Mặt khác, khi trong nước thải có 
chứa hỗn hợp nhiều ion kim loại, vật liệu hấp phụ tương đối có chọn lọc, trong đó 
vật liệu thể hiện là có khả năng hấp phụ chì tốt hơn asen. 
Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
N. T. H. Phương, L. T. Bắc, , “Nghiên cứu khả năng hấp thụ trên cơ sở Fe (III).” 210 
Hình 5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp 
 phụ vào lưu lượng dòng chảy. 
4. KẾT LUẬN 
Vật liệu khung cơ kim trên cơ sở sắt với phối tử là axit benzentricacboxylic cho 
thấy có khả năng hấp phụ xử lý các ion kim loại nặng trong môi trường nước. 
Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu này đối với Pb2+, As (V) và Fe3+ lần lượt 
là 256,41 mg/l; 188,68 mg/l và 33,78 mg/l. Vật liệu có thể sử dụng trong thực tiễn 
để xử lý nước thải có chứa Pb2+, As (V) với mô hình chảy qua cột hấp phụ với lưu 
lượng đề xuất là 10 ml/phút. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Trần Thị Phương, Luận văn thạc sĩ “Phân tích và đánh giá hàm lượng kim 
loại nặng trong một số nhóm sinh vật tại hai hồ Trúc Bạch và Thanh Nhàn 
của Thành phố Hà Nội”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, (2012). 
[2]. Trần Thị Phả, Hoàng Thị Mai Anh, Hà Thị Lan, "Đánh giá sự ô nhiễm kim 
loại nặng trong môi trường đất sau khai thác khoáng sản tại khu vực mỏ sắt 
Trại Cau - huyện Đồng Hỷ - tỉnh Thái Nguyên", Tạp chí Khoa học và công 
nghệ, Đại học Thái Nguyên, Số 78, tập 2, trang 93-96, (2010). 
[3]. Nguyễn Thị Mai Hương, Lê Thị Phương Quỳnh, Nguyễn Thị Bích Ngọc, 
Christina Seilder, Matthias Kaendler, Dương Thị Thủy, Hàm lượng một số 
kim loại nặng trong môi trường đất và nước vùng canh tác nông nghiệp (hoa 
- rau - cây ăn quả) tại xã Phú Diễn và xã Tây Tựu (Hà Nội), Tạp chí Khoa 
học và Công nghệ, số 50, tập 6, trang 491-496, (2012). 
[4]. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và nước 
thải, Nxb Thống kê, Hà Nội. 
[5]. Nguyễn Phương, Nguyễn Phương Đông, Hạ Quang Hưng, "Những vấn đề môi 
trường trong khai thác khoáng sản rắn và giải pháp giảm thiểu", Tuyển tập 
báo cáo Hội nghị Khoa học lần thứ 20, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, trang 
116-126, (2012). 
[6]. Nguyễn Thị Thanh Hải, Nguyễn Thị Hương Giang, Đỗ Quang Trung, Nguyễn 
Thị Huệ (2013), Nghiên cứu đặc tính hấp phụ Hg(II) trong nước của than 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 211
hoạt tính biến tính bằng dung dịch Kali iodua, Tạp chí Phân tích Hoá, Lý và 
Sinh học, T18(3) 22-28. 
[7]. González, P. G., & Pliego-Cuervo, Y. B. (2014). Adsorption of Cd(II), Hg(II) 
and Zn(II) from aqueous solution using mesoporous activated carbon 
produced from Bambusa vulgaris striata. Chemical Engineering Research and 
Design, 92(11), 2715–2724. 
[8]. Zorpas A., Constantinides, T., Vlyssides, A.G., Haralambous, I., Loizidou, M, 
Heavy metal uptake by natural zeolite and metals partitioning in sewage 
sludge compost, Bioresource Technology, Vol 72, pp. 113–119., (1999). 
[9]. Nguyễn Thị Hoài Phương, Ninh Đức Hà, Đặng Thị Huế (2016), “Nghiên cứu 
khả năng hấp phụ hợp chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước của vật 
liệu MIL-100(Fe), Tạp chí Hóa học, số 5e (54), p.p 338-342. 
[10]. M. G. Plaza, A. M. Ribeiro, A. Ferreira, J. C. Santos, Y. K. Hwang, Y. -K. 
Seo, U. -H. Lee, J. -S. Chang, J. M. Loureiro, and A. E. Rodrigues (2012), 
“Microporous and Mesoporous Materials” 153, 178-190. 
ABSTRACT 
STUDYING ON HEAVY METAL ION ADSORPTION BEHAVIOUR IN 
AQUEOUS SOLUTION OF FE(III) BASED METAL-ORGANIC FRAMEWORK 
Metal-organic frameworks which are constructed from metal ions or 
metal ion clusters and bridging organic linkers, have recently emerged as an 
important family of porous materials due to their unique structural and 
functional properties. Metal-organic framework which bases on Fe (III) is 
one of the important metal-organic frameworks for highly practical 
application in gas storage, separation molecules, as a catalytic or adsorption 
material. In this study, we report a facile thermal decomposition route to 
fabricate a MIL-Fe and charac-terizing by using SEM, XRD and BET. Batch 
experiments were carried out to evaluate the heavy metal ion adsorption 
behavior of the MIL-Fe material. The result showed that it is very promising 
candidate for effective removal of heavy metal ion from aqueous solution. 
Keywords: MOF, MIL, Heavy metal ion, Adsorption, Environment. 
Nhận bài ngày 13 tháng 7 năm 2017 
Hoàn thiện ngày 25 tháng 8 năm 2017 
Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 9 năm 2017 
Địa chỉ: 1 Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; 
 2 Đại học Quy Nhơn. 
 * Email: hoaiphuong.hvc@gmail.com.