Tổng hợp vật liệu FexOy/ tro trấu và vai trò của chất mang trong hấp phụ Asen từ nước ngầm

trình hoạt hóa bằng axit HF. Ngoài ra, sự 
tiến nhanh đến trạng thái cân bằng cũng có 
thể do tích điện tích dương trên bề mặt oxit 
sắt, được tạo ra từ tương tác mạnh giữa 
RHA và oxit sắt. 
Hình 6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 
đến khả năng hấp phụ asen từ nước ngầm 
(điều kiện thí nghiệm: 50 mg mẫu 15 
KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA, 50 mL nước 
ngầm, pH  7) 
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng 
FeCl3 được tẩm 
Các kết quả (Hình 7) cho thấy khi tính 
trên một đơn vị vật liệu hấp phụ, hoạt tính 
hấp phụ asen tăng dần khi tăng hàm lượng 
FexOy trên bề mặt RHA (từ 0  10 KL.% 
(FeCl3)) nhưng sau đó lại giảm hiệu quả 
hấp phụ asen khi tiếp tục tăng hàm lượng 
FexOy trên bề mặt RHA (từ 15  20 KL.% 
(FeCl3)). Điều này có thể giải thích như 
126 
sau: đối với các mẫu có hàm lượng FexOy 
tẩm thấp thì việc tăng hàm lượng FexOy là 
tương đương với việc tăng số lượng tâm 
hấp phụ asen. Tuy nhiên, đối với các mẫu 
có hàm lượng FexOy tẩm cao thì việc tăng 
hàm lượng FexOy là tương đương với việc 
giảm diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và các 
cấu tử asen trong nước ngầm; bởi vì diện 
tích bề mặt riêng của oxit sắt nhỏ hơn diện 
tích bề mặt riêng của chất mang (RHA). 
Do vậy, hoạt tính hấp phụ có thể sắp xếp 
theo thứ tự như sau: 10 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA > 15 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA > 20 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA > 5 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA 
> 0 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA. 
Hình 7. Ảnh hưởng của hàm lượng sắt 
được tẩm đến hoạt tính hấp phụ asen của 
vật liệu FexOy/RHA (điều kiện thí nghiệm: 
10 mg vật liệu, 50 mL nước ngầm, 
thời gian tiếp xúc 15 phút, pH  7) 
Tuy nhiên, khi tính dung lượng As bị 
hấp phụ trên cơ bản một đơn vị khối lượng 
ion sắt thì trật tự hoạt tính hấp phụ As của 
các vật liệu có sự thay đổi nhỏ: 5 KL.% 
(FeCl3)-FexOy/RHA > 10 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA > 15 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA > 20 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA. Lưu ý rằng, trong phần này 
vật liệu 0 KL.% (FeCl3)- FexOy/RHA 
không được xét trong dãy thứ tự hoạt tính 
hấp phụ này; bởi vì mẫu vật liệu này là tro 
trấu sau quá trình hoạt hóa (RHA, không 
có oxit sắt trên bề mặt chất mang) và cũng 
được xem là mẫu đối chứng. Sự thay đổi 
trật tự trên có thể là do sự giảm tương tác 
điện tử của chất mang và các hạt nano oxit 
sắt. Quá trình này được hình thành từ lực 
tương tác mạnh giữa oxit trong chất mang 
(SiO2 trong tro trấu) và oxit sắt [14]. Chính 
tương tác giữa SiO2 (chất mang) - FexOy đã 
tích điện dương trên bề mặt các oxit sắt 
(các electron dịch chuyển từ các hạt oxit 
sắt về SiO2 chất mang) như được minh họa 
trong Hình 8. Nhưng lực tương tác giữa 
chất mang oxit và oxit sắt sẽ giảm khi bề 
dầy của lớp oxit sắt (hàm lượng oxit sắt) 
trên bề mặt chất mang tăng. Ngoài ra, mẫu 
2 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA cũng được 
tổng hợp. Tuy nhiên, kết quả kiểm tra hoạt 
tính hấp phụ asen của mẫu 2 KL.% 
(FeCl3)-FexOy/RHA (không đưa kết quả 
vào báo cáo) cho hiệu quả hấp phụ asen 
thấp hơn so với mẫu 5 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA. Điều này có thể là do số 
lượng tâm sắt hấp phụ asen của mẫu 2 
KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA thấp hơn mẫu 5 
KL.% (FeCl3)- FexOy/RHA. 
Hình 8. Mô tả tương tác mạnh giữa chất 
mang oxit và oxit sắt [15] 
127 
Để thấy được vai trò đặc biệt của chất 
mang RHA và chứng minh vật liệu 
FexOy/RHA có hiệu quả hấp phụ cao đối 
với asen, cạnh tranh đối với các vật liệu 
trên thị trường thì các thí nghiệm đối 
chứng là rất cần thiết. Ở đây, các vật liệu 
FexOy/AC (than hoạt tính) và NC-F20 (20 
KL.% FexOy/Bentonite-Việt Nam) được sử 
dụng vào mục đích này. Các kết quả (Hình 
9) cho thấy vật liệu 5 KL.% (FeCl3)-
FexOy/RHA cho hiệu quả hấp phụ asen cao 
nhất. Điều này có thể giải thích như sau: 
Vật liệu 5 KL.% (FeCl3)-FexOy/AC cho 
hoạt tính thấp hấp phụ asen thấp hơn so với 
5 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA có thể là thiếu 
lực tương tác oxit sắt và chất mang (lực 
tương tác giữa cacbon và kim loại hoặc 
oxit kim loại là rất yếu). Kết quả là không 
làm thay đổi điện tích trên bề mặt oxit sắt. 
Vật liệu NC-F20 (20 KL.% (FeCl3)-
FexOy/Bentonite) cho hoạt tính hấp phụ 
asen thấp nhất, điều này có thể là chất 
mang bentonite thường có diện tích bề mặt 
riêng (< 200 m
2
/g) nhỏ hơn than hoạt tính 
và tro trấu sau hoạt hóa; đồng thời vật liệu 
bentonite được biết là một vật liệu 
alumosilicat được tạo thành bởi hỗn hợp 
oxit silic và oxit nhôm; và có cấu trúc lớp. 
Do đó sự có mặt của oxit nhôm có thể làm 
giảm cường độ rút electron từ oxit sắt về 
chất mang oxit (để giải thích điều này cần 
có những nghiên cứu sâu hơn). 
Ngoài ra, Zhong và cộng sự (2006) đã 
nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit sắt 
và cho thấy vật liệu có khả năng hấp phụ 
7,6 mgAs/gFe [16]. Vì vậy, vật liệu 
FexOy/RHA cho hiệu quả hấp phụ asen cao 
hơn so với nano oxit sắt (không có chất 
mang) có thể do hiệu ứng tương tác mạnh 
của chất mang và oxit sắt mang lại. 
Hình 9. So sánh hiệu quả hấp phụ asen của 
oxit sắt trên các chất mang khác nhau 
(điều kiện thí nghiệm: 10 mg vật liệu, 
50 mL nước ngầm, thời gian tiếp xúc 
15 phút, pH  7) 
4. Kết luận 
Chất mang RHA và các vật liệu 
FexOy/RHA đã được tổng hợp thành công 
và cũng được đặc trưng bằng các phân tích 
hiện đại như TEM, SEM, FTIR, XRD. Các 
vật liệu FexOy/RHA cho hiệu quả hấp phụ 
cao đối với asen từ nước ngầm; trong đó 
mẫu 5 KL.% (FeCl3)-FexOy/RHA cho hiệu 
quả hấp phụ asen cao nhất khi tính trên cơ 
bản một đơn vị khối lượng ion sắt (~14 
mgAs/gFe). Ở đây, vai trò của RHA (tro 
trấu sau hoạt hóa) đã được thể hiện rõ trong 
việc nâng cao hiệu quả và giảm thời gian 
đạt cân bằng hấp phụ asen (~15 phút); như 
là cung cấp một bề mặt lớn giúp phân bố 
tốt các hạt nano oxit sắt; đóng vai trò một 
chất khử để khử một phần sắt (III) về sắt 
(II); tăng điện tích dương trên bề mặt các 
oxit sắt nhờ vào tương tác mạnh giữa oxit 
sắt và các oxit trong chất mang. Nhìn 
chung, vật liệu FexOy/RHA có thể được 
đánh giá là một dạng vật liệu mới có tính 
cạnh tranh cao đối với vật liệu NC-F20 
thương mại và là một vật liệu hấp phụ đầy 
triển vọng để triển khai áp dụng thực tế./. 
128 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Dang Ngoc Chanh, Vu Trong Thien, Dang 
Minh Ngoc và Nguyen Qui Hoa, (2010). 
Investigating Arsenicosis Cases in An Giang 
Province. Journal of Medicine-Ho Chi Minh 
City, 14(2), p. 140-146. 
2. Trần Thị Thanh Hương và Lê Quốc Tuấn 
(2010), “Cơ chế gây độc Asen và khả năng 
giải độc asen của vi sinh vật”, Hội thảo Môi 
trường và Phát triển bền vững, ngày 18-20 
tháng 06 năm 2010, Vườn Quốc gia Côn 
Đảo, tr. 82-92. 
3. Gupta A., M. Yunus and N. 
Sankararamakrishnan, (2013). Chitosan-and 
Iron–Chitosan-Coated Sand Filters: A Cost-
Effective Approach for Enhanced Arsenic 
Removal. Industrial & Engineering 
Chemistry Research, 52(5), p. 2066-2072. 
4. Lê Hoàng Việt, Nguyễn Hữu Chiếm, Huỳnh 
Long Toản và Phan Thanh Thuận (2013), 
“Xử lý nước dưới đất ô nhiễm arsenic qui 
mô hộ gia đình”, Tạp chí Khoa học Trường 
Đại học Cần Thơ, 25(A), tr. 36-43. 
5. Chang-Yan Cao, Jin Qu, Wen-Sheng Yan, 
Jun-Fa Zhu, Zi-Yu Wu, and Wei-Guo Song, 
(2012). Low-Cost Synthesis of Flowerlike 
α-Fe2O3 Nanostructures for Heavy Metal 
Ion Removal: Adsorption Property and 
Mechanism. Langmuir, 28(9), p. 4573-4579. 
6. Nguyễn Trung Thành, Vũ Thị Đan Thanh và 
Phan Phước Toàn (2014), “Giải pháp thích 
hợp để loại bỏ asen trong nước ngầm tại các 
vùng nông thôn Việt Nam”, Tạp chí Khoa 
học Trường Đại học Cần Thơ, 33(A), 
tr. 101-108. 
7. Addo Ntim, S. and S. Mitra, (2011). 
Removal of Trace Arsenic to Meet Drinking 
Water Standards Using Iron Oxide Coated 
Multiwall Carbon Nanotubes. Journal of 
Chemical & Engineering Data, 56(5), 
p. 2077-2083. 
8. Nguyễn Trung Thành, Nguyễn Thùy Trang, 
Lâm Thành Trí, Hồ Nguyễn Thy Thy và Lê 
Ngọc Hăng (2010), “Nghiên cứu ứng dụng 
tro trấu từ lò đốt gạch thủ công làm chất hấp 
phụ metyl da cam”, Hội thảo quốc tế Giáo 
dục và Môi trường. Đại học Hoa Sen và Đại 
học An Giang. 
9. Phan Phước Toàn, Nguyễn Trung Thành và 
Ngô Thụy Diễm Trang, (2016), “Đặc trưng 
và khả năng hấp phụ metyl da cam của tro 
trấu hoạt hóa”, Tạp chí Khoa học Trường 
Đại học Cần Thơ, 42(A), tr. 50-57. 
10. Shen M., Cai H., Wang X., Cao X., Li K., 
Wang S.H., Guo R., Zheng L., Zhang G., and 
Shi X., (2012). Facile One-Pot Preparation, 
Surface Functionalization, and Toxicity Assay 
of APTS-Coated Iron Oxide Nanoparticles. 
Nanotechnology, 23(10), p. 105601. 
11. Sharma G. and P. Jeevanandam, (2013). 
Synthesis of Self-Assembled Prismatic Iron 
Oxide Nanoparticles by a Novel Thermal 
Decomposition Route. RSC Advances (Royal 
Society of Chenmistry), 3(1), p. 189-200. 
12. Chanéac C., E. Tronc and J.P. Jolivet, 
(1995). Thermal Behavior of Spinel Iron 
Oxide-Silica Composites. Nanostructured 
Materials, 6(5–8), p. 715-718. 
13. Longlong Geng, Xiuyan Zhang, Wenxiang 
Zhang, Mingjun Jiaa and Gang Liu, (2014). 
Highly Dispersed Iron Oxides on Mesoporous 
Carbon for Selective Oxidation of Benzyl 
Alcohol with Molecular Oxygen. Chemical 
Communications, 50(22), p. 2965-2967. 
14. Carl R. F. Lund and J. A. Dumesic, (1981). 
Strong Oxide-Oxide Interactions in Silica-
Supported Magnetite Catalysts. 1. X-ray 
Diffraction and Miissbauer Spectroscopy 
Evidence for Interaction. The Journal of 
Physical Chemistty, 85(21), p. 3175-3180. 
15. Francesco Arena, Giorgio Gatti, Gianmario 
Martra, Salvatore Coluccia, Lorenzo 
Stievano, Lorenzo Spadaro, Pio Famulari, 
Adolfo Parmaliana, (2005). Structure and 
Reactivity in The Selective Oxidation of 
Methane to Formaldehyde of Low-Loaded 
FeOx/SiO2 Catalysts. Journal of Catalysis, 
231, p. 365-380. 
16. Zhong L.S., J.S. Hu, H.P. Liang, A.M. Cao, 
W.G. Song and L.J. Wan, (2006). Self-
Assembled 3D Flowerlike Iron Oxide 
Nanostructures and Their Application in 
Water Treatment. Advanced Materials, 
18(18), p. 2426-2431. 
Ngày nhận bài: 18/10/2016 Biên tập xong: 15/01/2017 Duyệt đăng: 20/01/2017