Điều chế chất xúc tác hệ Fenton dị thể La/Fe-Bentonite ứng dụng xử lý đỏ congo trong nước

1260(8) 8.2018
Khoa học Tự nhiên
Đặt vấn đề
Ngay nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học và công 
nghệ hiện đại làm cho đời sống của con người ngày càng 
được nâng cao. Bên cạnh sự phát triển đó, tình trạng ô 
nhiễm môi trường cũng ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt 
là ô nhiễm nước thải của ngành công nghiệp may mặc, giày 
dép và thuộc da... Mỗi năm có khoảng hơn 100.000 tấn 
thuốc nhuộm được sản xuất trên thế giới và khoảng 10% 
lượng sử dụng chưa được xử lý thải trực tiếp ra môi trường 
[1, 2]. Hiện nay, trong một số phương pháp được áp dụng 
để xử lý chất màu như hấp phụ, sinh học, hóa học và vật lý 
thì phương pháp hóa học sử dụng quá trình oxy hóa nâng 
cao được xem là phương pháp đầy hứa hẹn và đang được 
nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [1-3]. Phản ứng 
Fenton đồng thể đã được nghiên cứu rộng rãi, tuy nhiên việc 
sử dụng hệ xúc tác Fenton đồng thể thường được tiến hành ở 
pH thấp, làm cho phương pháp này mang lại hiệu quả kinh 
tế không cao. Để khắc phục hạn chế đó, phản ứng Fenton dị 
thể sử dụng chất xúc tác sắt trên nền chất mang khác nhau 
đã được nghiên cứu và phát triển mạnh trong những năm 
gần đây [1, 2, 4-6].
Xúc tác Fenton dị thể được sử dụng trên nền chất mang 
khác nhau: các chất hữu cơ như Nafion và nhựa [7], các vật 
liệu vô cơ như zeolite, carbon, đất sét [2, 8-10]. Trong số 
các chất mang đó, bentonite được xem là tác nhân mang 
tốt nhất vì chúng tồn tại trong tự nhiên, hàm lượng phong 
phú, hiệu quả xử lý cao và thân thiện với môi trường [2, 11]. 
Hơn nữa, bentonite có diện tích bề mặt cao, bền hóa học, 
bền cơ học, nhiều tính chất cấu trúc và tính chất bề mặt đặc 
biệt [12]. Tác giả M. Cheng và cs [10] cho rằng, bentonite 
mang sắt(III) có thể phân hủy xanh malachite và rhodamine 
B khi có mặt của H
2
O
2
. Tác giả L. Guz và cs [13] đã sử dụng 
sắt biến tính bentonite dùng làm chất xúc tác Fenton hoặc 
photo-Fenton để phân hủy tinh thể violet. 
Hiện nay, một số oxide kim loại đất hiếm bước đầu được 
sử dụng làm chất xúc tác dị thể. Lanthan là nguyên tố đất 
hiếm nhẹ, trữ lượng khá lớn, có tính chất xúc tác cao với giá 
thành thấp so với các nguyên tố đất hiếm khác. Lanthan(III) 
oxide thường được sử dụng làm chất xúc tác, đồng xúc tác, 
bởi vì La
2
O
3
 có cả tính chất acid và base Lewis trong hệ xúc 
tác Fenton dị thể. Khi lanthan(III) oxide được pha tạp vào 
sắt(III) oxide sẽ tăng cường độ bền và tăng khả năng phân 
hủy các hợp chất hữu cơ của Fe
2
O
3
. 
Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu một số kết 
quả về điều chế vật liệu bentonite biến tính bởi hỗn hợp 
polycation La/Fe (La/Fe-Bentonite) và đánh giá hoạt tính 
xúc tác của sản phẩm dưới sự hỗ trợ của H
2
O
2
 thông qua khả 
năng phân hủy đỏ congo trong nước. 
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nguyên liệu 
Trong nghiên cứu này, nguồn bentonite được sử dụng 
là bentonite Cổ Định - Thanh Hóa (Bent TH) đã được sơ 
chế, nghiền mịn, sàng qua rây 100 mesh. Sau khi làm sạch, 
bentonite đạt được một số tiêu chí sau: kích thước hạt 
đạt từ 100-200 μm, diện tích bề mặt riêng là 72,34 m2/g, 
dung lượng trao đổi cation là 73 mlđlg/100 gam bentonite 
khô. Thành phần hóa học (phần trăm khối lượng) chủ yếu 
Điều chế chất xúc tác hệ Fenton dị thể 
La/Fe-Bentonite ứng dụng xử lý đỏ congo trong nước
Bùi Văn Thắng*, Lê Thanh Châu
Khoa Sư phạm Lý - Hóa - Sinh, Trường Đại học Đồng Tháp
Ngày nhận bài 6/4/2018; ngày chuyển phản biện 13/4/2018; ngày nhận phản biện 14/5/2018; ngày chấp nhận đăng 18/5/2018
Tóm tắt:
Vật liệu La/Fe-Bentonite được điều chế bằng phương pháp trao đổi ion đơn giản và được ứng dụng để xử lý đỏ congo 
trong nước. Tính chất đặc trưng của vật liệu được đánh giá bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như XRD, phân 
tích nhiệt và BET. Sự có mặt của La làm tăng cường khả năng xử lý đỏ congo của vật liệu La/Fe-Bentonite ở cả pH 
trung tính và cao hơn. Hiệu suất loại bỏ đỏ congo trên 99% chỉ sau 1 giờ và đã đánh giá một số yếu tố ảnh hưởng 
đến khả năng xử lý đỏ congo như pH, lượng chất xúc tác, lượng H2O2, tỷ lệ mol Fe/La trong chất xúc tác. 
Từ khóa: bentonite, đỏ congo, fenton, fenton dị thể, La/Fe-Bentonite.
Chỉ số phân loại: 1.4
*Tác giả liên hệ: Email: bvthang@dthu.edu.vn
1360(8) 8.2018
Khoa học Tự nhiên
gồm: SiO
2
 (58,94%); Al
2
O
3
 (20,25%); MgO (3,02%); K
2
O 
(1,35%) và một số oxide khác. 
Các hóa chất khác gồm LaCl
3
.6H
2
O, FeCl
3
.6H
2
O, 
Na
2
CO
3
, đỏ congo (Trung Quốc) đều ở dạng tinh khiết, 
không cần chế hóa bổ sung và một số hóa chất cần thiết 
khác.
Phương pháp điều chế
Mẫu bentonite biến tính bằng polycation La/Fe được 
tổng hợp theo quy trình của H. Fida và cs [2]. Quá trình 
điều chế được tiến hành theo 2 giai đoạn: (i) Điều chế tác 
nhân biến tính: dung dịch polycation La/Fe được điều chế 
theo phương pháp đồng thủy phân bằng cách thêm từng 
giọt dung dịch Na
2
CO
3
 0,5M vào 100 ml dung dịch LaCl
3
0,5M và FeCl
3
 0,5M với tỷ lệ mol La3+/Fe3+ thay đổi (0:1; 
1:3; 1:2; 1:1; 2:1; 1:0) dưới điều kiện khuấy mạnh ở nhiệt 
độ 600C cho đến khi tỷ lệ mol OH–/(Fe3++La3+) là 2,0; tỷ 
lệ mol (Fe3++La3+)/bentonite là 10 mmol/gam và hỗn hợp 
được già hóa 3 giờ ở 600C thu được dung dịch polycation 
La/Fe; (ii) Điều chế vật liệu La/Fe-Bent: thêm chậm dung 
dịch polycation La/Fe vào huyền phù sét bentonite (1% khối 
lượng) dưới điều kiện khuấy mạnh ở 600C trong 6 giờ. Sản 
phẩm được lọc, rửa vài lần bằng nước cất để loại bỏ hết ion 
Cl– dư (thử bằng dung dịch AgNO
3
 0,1M) và sấy mẫu ở 
1100C trong 10 giờ, nghiền mịn và nung ở 4000C thu được 
vật liệu La/Fe-Bent.
Các phương pháp xác định đặc tính vật liệu
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của sản phẩm được ghi 
trên nhiễu xạ kế tia X D8 Advance-Bruker (Đức) sử dụng 
bức xạ 40 kV, 300 mA, quét từ 1-500, khoảng cách lớp được 
xác định qua mặt 001 của giản đồ XRD; sự mất khối lượng 
của vật liệu theo nhiệt độ được xác định trên thiết bị phân 
tích nhiệt Labsys TG/DTG SETARAM (Pháp) với tốc độ 
nâng nhiệt 100C/phút trong môi trường không khí từ 30 đến 
9000C. Phổ hồng ngoại (FTIR) của bentonite nguyên liệu và 
bentonite biến tính được xác định trên máy GX-PerkinElmer 
(Mỹ). Diện tích bề mặt BET của các mẫu được xác định từ 
đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitrogen tại 77K 
trên thiết bị Micromeritics (Mỹ). 
Đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu điều chế
Hiệu quả xúc tác của La/Fe-Bent được đánh giá bởi quá 
trình phân hủy đỏ congo trong nước bằng cách thêm 0,1 
gam vật liệu vào trong 100 ml dung dịch đỏ congo (100 
mg/l). Trước khi thêm H
2
O
2
, dung dịch được khuấy khoảng 
10 phút để phân tán chất xúc tác. Sau khoảng thời gian xác 
định, lấy khoảng 5 ml dung dịch nước lọc phân tích bằng 
phổ UV-Vis (UV2650-Shimadzu, Nhật Bản) với bước sóng 
496,5 nm [14]. Hiệu suất phân hủy của mẫu được xác định 
bằng cách so sánh nồng độ đỏ congo trong dung dịch trước 
và sau khi phản ứng. 
Kết quả và thảo luận
Phân tích đặc tính của bentonite trước và sau khi biến 
tính
Giản đồ XRD của mẫu bentonite nguyên liệu và 
bentonite biến tính được trình bày ở hình 1. Trong mẫu Bent 
TH có chứa thành phần chính là montmorillonite (MMT) 
với pic đặc trưng ở 2θ = 5,950 (d = 14,83Å); 19,680; 35,610. 
Từ giá trị d
001
 cho biết, bentonite Thanh Hóa thuộc loại 
bentonite kiềm thổ chứa chủ yếu là cation Mg2+, Ca2+
[15]. Bên cạnh các pic đặc trưng của MMT còn có một số 
pic của các tạp chất như quartz, nacrite, antigorite [2, 4]. 
Tuy nhiên, trong mẫu La/Fe-Bent xuất hiện thêm một số 
pic ở 2θ = 20,890; 24,480; 31,030; 35,520; tương tự như phổ 
XRD chuẩn của Fe
2
O
3
 (JCPDS card No. 033-0664) [2, 16] 
và pic phổ ở 2θ = 28,560; 30,580 cho thấy tín hiệu tồn tại của 
La
2
O
3
 (JCPDS card No. 54-0213) [2, 17]. So sánh với mẫu 
bentonite nguyên khai chỉ ra trong hình 1 có thể nhận định 
rằng, quá trình biến tính bentonite bằng tác nhân polycation 
La/Fe đã thành công với các pic phổ XRD đặc trưng cho 
từng loại vật liệu.
Preparation of La/Fe-Bentonite 
heterogenous Fenton catalysts for 
removing congo red in aqueous media
Van Thang Bui*, Thanh Chau Le
Faculty of Physics - Chemistry - Biology Teacher Education, 
Dong Thap University
Received 6 April 2018; accepted 18 May 2018
Abstract:
La/Fe modified bentonite material was synthesised by 
the simple ion exchange method and was applied to 
treat congo red in water. The characteristic properties 
was determined by XRD, thermal gravity, and BET. The 
lanthanum in material could increase the applicability 
in treating congo red in neutral and little base media. 
About 99% congo red could be removed after 1 hour. 
The factors during the treatment which were studied 
included pH, catalyst dosage, H2O2 dosage, and effect of 
Fe and La mol ratio in the catalyst.
Keywords: bentonite, congo red, fenton, heterogenous 
fenton, La/Fe-Bentonite.
Classification number: 1.4
1460(8) 8.2018
Khoa học Tự nhiên
Hình 1. Giản đồ XRD của các mẫu bentonite nguyên liệu và 
bentonite biến tính.
Hình 2 trình bày được đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ 
N
2
 và đường phân bố kích thước lỗ xốp của mẫu bentonite 
và bentonite biến tính. Từ hình 2 cho thấy những thay đổi 
về tính chất bề mặt của bentonite sau khi biến tính bằng tác 
nhân polycation La/Fe. Diện tích bề mặt của mẫu La/Fe-
Bent tăng lên 90,03 m2/g so với Bent TH (72,34 m2/g). Diện 
tích bề mặt, thể tích lỗ xốp và kích thước lỗ xốp được chỉ ra 
trong bảng 1. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với một số 
công bố trước đây [2, 4, 16, 18].
Hình 2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (A) và 
đường phân bố kích thước lỗ xốp (B) của mẫu bentonite nguyên 
liệu và bentonite biến tính.
Bảng 1. Các thông số đặc trưng cho tính chất bề mặt và cấu trúc 
mao quản của bentonite và benonite biến tính.
Mẫu S
BET
 (m2/g) S
mic
 (m2/g) S
ext
 (m2/g) V
p
 (cm3/g) D
max
,
PB
 (nm)
Bent TH 72,34 40,52 31,82 0,089 2,5
Bent TH [4] 70,26 23,64 46,63 0,139 3,9
La/Fe-Bent 90,03 - - 0,177 3,9
Độ bền nhiệt của bentonite và bentonite biến tính được 
khảo sát bằng phân tích trọng lượng nhiệt. Hình 3 là giản đồ 
TG và DTG của mẫu bentonite và bentonite biến tính.
Hình 3. Giản đồ TG và DTG của bentonite nguyên liệu và 
bentonite biến tính.
Từ hình 3 nhận thấy rằng, trong khoảng nhiệt độ từ 30-
2000C là giai đoạn mất khối lượng trên đường TG do quá 
trình giải hấp phụ nước hấp phụ vật lý trên bề mặt ngoài và bề 
mặt trong của lớp sét với khối lượng giảm là 10,76% (Bent 
TH) và 10,41% (La/Fe-Bent). Giai đoạn mất khối lượng 
trong khoảng nhiệt độ từ 200-6000C được quy gán cho quá 
trình mất nước hydrat cation vô cơ hoặc mất nhóm hydroxyl 
trong polyoxocation kim loại nằm ở lớp giữa sét bentonite 
với độ giảm khối lượng là 3,55% (Bent TH) và 7,25% (La/
Fe-Bent). Giai đoạn mất khối lượng trên 6000C được quy 
gán cho quá trình tách nhóm -OH của lớp aluminosilicate 
với khối lượng mất khoảng 2,34% (Bent TH) và 1,77% (La/
Fe-Bent) [4]. 
Ảnh hưởng của một số thông số đến khả năng phân 
hủy đỏ congo
Đánh giá hiệu quả phân hủy đỏ congo của vật liệu điều 
chế: kết quả đánh giá hiệu quả xúc tác của bentonite nguyên 
liệu và bentonite biến tính đối với sự phân hủy đỏ congo 
được chỉ ra ở hình 4. Các mẫu Bent TH có hiệu suất xử lý 
nhỏ hơn 25% lượng đỏ congo trong dung dịch khi có mặt 
H
2
O
2 
và không có H
2
O
2
. Trong khi đó, mẫu La/Fe-Bent xử 
lý trên 99,15% lượng đỏ congo trong dung dịch khi có mặt 
H
2
O
2
. Điều này cho thấy, La/Fe-Bent là chất xúc tác Fenton 
dị thể có ái lực cao trong phân hủy chất màu hữu cơ [2].
Hình 4. Hiệu suất phân hủy đỏ congo của bentonite và bentonite 
biến tính.
Ảnh hưởng của thời gian: ảnh hưởng của thời gian đến 
sự phân hủy đỏ congo bằng vật liệu La/Fe-Bent được nghiên 
cứu trong điều kiện: nồng độ đỏ congo là 100 mg/l, lượng 
chất xúc tác là 1 g/l, nhiệt độ 300C, tiến hành lấy mẫu sau 
1560(8) 8.2018
Khoa học Tự nhiên
khoảng thời gian nhất định trong 90 phút. Kết quả khảo sát 
ảnh hưởng của thời gian đến sự phân hủy đỏ congo bằng La/
Fe-Bent được trình bày ở hình 5.
Hình 5. Ảnh hưởng của thời gian đến sự phân hủy đỏ congo bằng 
vật liệu La/Fe-Bent.
Từ hình 5 cho thấy, quá trình phân hủy đỏ congo bằng 
La/Fe-Bent xảy ra nhanh trong thời gian 45 phút đầu, sau đó 
tốc độ phân hủy giảm dần và gần như đạt cân bằng khi thời 
gian đạt 60 phút. Do vậy thời gian 60 phút được sử dụng cho 
các nghiên cứu tiếp theo. 
Ảnh hưởng của tỷ lệ mol La và Fe: ảnh hưởng của tỷ lệ 
mol Fe và La trong chất xúc tác La/Fe-Bent đến khả năng 
phân hủy đỏ congo được trình bày ở hình 6. Hiệu suất phân 
hủy đỏ congo của mẫu La/Fe-Bent với tỷ lệ mol Fe/La là 3/1 
và 2/1 gần bằng nhau và đạt trên 97,8%. Do vậy, tỷ lệ mol 
Fe/La trong La/Fe-Bent là 3/1 được sử dụng để tối ưu hóa 
điều kiện điều chế chất xúc tác với tỷ lệ mol khác nhau. Ảnh 
hưởng xúc tác của mẫu La/Fe-Bent có thể được giải thích 
dựa trên tính acid - base của lanthan(III) oxide trong hệ xúc 
tác dị thể. Oxygen mạng lưới ở bề mặt tinh thể trong La
2
O
3
là tâm base Lewis, trong khi ion kim loại lanthan là tâm acid 
Lewis [19]. Acid Lewis có thể xúc tác cho phản ứng oxy hóa 
do sự tạo thành sản phẩm cộng acid - base với chất nền hoặc 
với tác nhân oxy hóa [20]. Hơn nữa, La
2
O
3
 là một oxide 
bền, làm giảm năng lượng hình thành oxygen - lỗ trống. Tuy 
nhiên, hóa trị của chất pha tạp phải thấp hơn hoặc bằng hóa 
trị của lanthan hoặc enthalpy và năng lượng tự do Gibbs của 
chất pha tạp phải kém bền hơn [21]. Trong trường hợp La/
Fe-Bent, Fe là đa hóa trị và enthalpy hình thành của Fe
2
O
3
(-826,2 kJ/mol) thấp hơn của La
2
O
3
 (-1791,6 kJ/mol) [22]. 
Do đó, độ bền và hiệu quả xúc tác của La/Fe-Bent do đóng 
góp của tỷ lệ mol Fe/La trong La/Fe-Bent và ảnh hưởng của 
quá trình đồng kết hợp của chúng đối với sự phân hủy đỏ 
congo [2].
Ảnh hưởng của pH: hiệu suất xử lý đỏ congo trong nước 
bằng vật liệu La/Fe-Bent được chỉ ra ở hình 7 cho thấy, khả 
năng xử lý gần như hoàn toàn trong khoảng pH từ 2 đến 7. 
Xu hướng biến đổi này tương tự như hệ Fenton đồng thể, 
tuy nhiên, khác với quá trình Fenton đồng thể là hiệu quả 
vẫn đạt trên 98% khi pH = 7. Khi pH > 8, hiệu suất xử lý 
giảm đi đáng kể. Ở pH cao, hiệu quả của chất xúc tác giảm 
đáng kể là do tính không bền của H
2
O
2
 và khả năng oxy hóa 
thấp của gốc hydroxyl trong dung dịch kiềm.
Hình 7. Hiệu suất xử lý đỏ congo trong nước của La/Fe-Bent phụ 
thuộc vào pH dung dịch.
Quá trình Fenton phụ thuộc chủ yếu vào pH dung dịch là 
do ảnh hưởng dạng tồn tại của sắt và hydro peroxide. Theo 
S. Parsons [23], pH tối ưu cho phản ứng Fenton đồng thể là 
3,0 và khả năng xúc tác của hệ Fenton giảm khi pH cao là sự 
tạo thành các dạng sắt oxohydroxide và kết tủa hydroxide 
của sắt không hoạt động. Trong trường hợp này, các gốc 
hydroxyl ít được tạo thành do các loại ion sắt hoạt động 
không có sẵn trong dung dịch. Ngược lại, trong khoảng pH 
≈ 3, ion Fe3+ không dễ tái hòa tan và do đó không tham gia 
vào quá trình khử. Trong đó, Fe2+ hòa tan dễ dàng đồng kết 
tủa với Fe3+ oxohydroxide khi cả 2 ion này xuất hiện ở pH 
trung hòa và pH cao [9]. Phản ứng Fenton có hiệu quả cao 
trong môi trường acid (pH ≈ 3) giúp cho các loại Fe3+ tan 
trong dung dịch. Hơn nữa, sự tự phân hủy của H
2
O
2
 tăng và 
khả năng oxy hóa của gốc HO• giảm ở pH cao [6]. Ở pH rất 
thấp, các dạng ion phức sắt [Fe(H
2
O)
6
]2+ tồn tại gây cản trở 
khả năng phản ứng với H
2
O
2
 so với các dạng tồn tại khác 
[5]. Hơn nữa, khi nồng độ ion H+ cao thì H
2
O
2
 dễ hình thành 
ion oxonium [H
3
O
2
]+ bền. Ion oxonium làm cho H
2
O
2
 bền 
hơn và làm giảm khả năng phản ứng của nó với các ion sắt 
trong dung dịch [2, 6]. 
Hình 6. Ảnh hưởng của tỷ lệ Fe/La trong La/Fe-Bent đến khả 
năng phân hủy đỏ congo.
1660(8) 8.2018
Khoa học Tự nhiên
H
2
O
2
 + H+ → [H
3
O
2
]+ (1)
Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến khả năng phân 
hủy đỏ congo: ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến khả 
năng phân hủy đỏ congo của La/Fe-Bent được chỉ ra trong 
hình 8. Kết quả cho thấy, hiệu suất phân hủy đỏ congo bị 
ảnh hưởng đáng kể khi lượng chất xúc tác thay đổi từ 0,25 
đến 1,0 g/l. Khi lượng chất xúc tác tăng từ 0,25 đến 1,0 g/l 
thì hiệu suất xử lý tăng từ 34,19 lên 99,21%. Sự gia tăng 
lượng chất xúc tác dẫn đến tăng số lượng chất hấp phụ sẵn 
có và tâm xúc tác đối với sự phân hủy đỏ congo [2]. Tuy 
nhiên, hiệu suất phân hủy đỏ congo gần như không đổi khi 
lượng La/Fe-Bent tăng lên đến 2,0 g/l. Lý do, có thể khi gia 
tăng lượng La/Fe-Bentonite, nồng độ các dạng tồn tại của 
sắt trong dung dịch tăng lên. Sự dư thừa ion sắt trong quá 
trình Fenton dị thể có thể đóng vai trò là chất thải, cản trở 
khả năng phân hủy đỏ congo khi lượng chất lớn hơn 1 g/l. 
Hình 8. Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến khả năng xử lý 
đỏ congo.
Ảnh hưởng của lượng chất H2O2 đến sự phân hủy đỏ 
congo: hình 9 cho thấy ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
 đến 
khả năng phân hủy đỏ congo bằng vật liệu La/Fe-Bent. Hiệu 
suất loại bỏ đỏ congo của La/Fe-Bent tăng khi nồng độ H
2
O
2
thay đổi từ 5 đến 30mM. Nồng độ H
2
O
2
 nhỏ hơn 30mM 
không đủ để tạo ra gốc HO•, do vậy làm chậm tốc độ oxy 
hóa và làm giảm hiệu quả xử lý. Khi nồng độ H
2
O
2
 tăng từ 
30 đến 60mM thì hiệu suất xử lý đỏ congo của La/Fe-Bent 
thay đổi không đáng kể và có xu hướng giảm. Khi nồng độ 
H
2
O
2
 tăng dẫn đến giảm tốc độ phân hủy tạo ra gốc HO•, bởi 
vì H
2
O
2
 phản ứng với gốc HO•. Gốc HO• phản ứng với H
2
O
2
hình thành gốc HO
2
• ít có khả năng phản ứng hơn so với 
gốc HO• chỉ ra trong phản ứng (2) và (3). Do đó, trong các 
nghiên cứu tiếp theo nồng độ H
2
O
2
 được sử dụng là 30mM. 
H
2
O
2
 + HO• → HOO• + H
2
O (2)
HOO• + HO• → H
2
O + O
2
 (3)
Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ phản ứng: ảnh hưởng 
của nhiệt độ đến sự phân hủy đỏ congo được nghiên cứu ở 
các khoảng nhiệt độ khác nhau (30; 35; 40 và 450C), kết quả 
chỉ ra ở hình 10. Để đánh giá khả năng ảnh hưởng của nhiệt 
độ đến tốc độ phân hủy đỏ congo bằng vật liệu La/Fe-Bent 
thường sử dụng phương trình giả động học bậc 1 [2, 24]. 
Dạng tuyến tính của phương trình giả động học bậc 1 được 
biểu diễn theo biểu thức (4).
0ln .
C
k t
C
 
= 
 
 (4)
Trong đó, k là hằng số tốc độ giả động học bậc 1 (phút-1), 
C
0
 và C (mg/l) là nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng tại 
thời gian t.
Hình 10. Dạng tuyến tính của phương trình giả động học bậc 1 
của quá trình xử lý đỏ congo bằng La/Fe-Bent.
Hình 10 cho thấy, nhiệt độ tăng thì tốc độ phân hủy đỏ 
congo của vật liệu La/Fe-Bent tăng. Hằng số tốc độ tăng từ 
0,0587 lên 0,0692 phút-1 khi nhiệt độ tăng từ 30 lên 450C. 
Điều này có thể được giải thích rằng, tăng nhiệt độ phản ứng 
Fenton làm cải thiện tốc độ phát sinh ra nhóm HO• và do đó 
tăng cường khả năng phân hủy đỏ congo. 
Giả thiết hằng số tốc độ trong khoảng nhiệt độ từ 30 đến 
450C tuân theo phương trình Arrhenius,
0 .
aE
RTk k e
−
=
[24],
lấy logarit cơ số e cả 2 vế ta được phương trình dạng tuyến 
tính, 0
1ln ln a
E
k k
R T
 
= −  
 
 biểu thị mối quan hệ giữa lnk và
1/T chỉ ra trong hình 11. Hệ số góc trong hình 11 chính là
aE
R
 ứng với giá trị là -1029 đối với đỏ congo. Lấy giá trị R 
= 8,314 (J/mol.K) ta tính được giá trị E
a
 của sự phân hủy đỏ 
congo bằng La/Fe-Bent là 8,56 kJ/mol [2]. 
Hình 9. Ảnh hưởng của lượng H2O2 đến khả năng phân hủy đỏ 
congo của hệ La/Fe-Bent/H2O2.
1760(8) 8.2018
Khoa học Tự nhiên
Hình 11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnk qua 1/T của sự 
phân hủy đỏ congo bằng La/Fe-Bent.
Độ bền của La/Fe-Bent đối với sự phân hủy đỏ congo: kết 
quả đánh giá khả năng tái sử dụng chất xúc tác La/Fe-Bent 
đối với sự phân hủy đỏ congo chỉ ra trong hình 12 cho thấy, 
khả năng phân hủy đỏ congo 86% sau 5 lần thí nghiệm. Hiệu 
quả tái sử dụng này có thể được ứng dụng làm chất xúc tác 
trong thực tế. 
Hình 12. Độ bền của vật liệu La/Fe-Bent đối với sự phân hủy đỏ 
congo.
Kết luận
Chất xúc tác Fenton dị thể được điều chế là La/Fe-
Bentonite và đánh giá khả năng xử lý đỏ congo trong nước. 
Các phương pháp phân tích hóa lý như XRD, TG-DTG 
và BET chứng minh quá trình biến tính bentonite bằng 
polycation La/Fe đã thành công với các pic đặc trưng của 
La
2
O
3
 và Fe
2
O
3
 chỉ ra trong phổ XRD, các pic phổ dao động 
đặc trưng của tác nhân điều chế được chỉ ra trong phổ FTIR. 
Ảnh hưởng của một số thông số đến khả năng phân hủy đỏ 
congo của vật liệu như pH, lượng chất xúc tác, lượng H
2
O
2
, 
tỷ lệ mol Fe/La cho thấy hiệu suất loại bỏ đỏ congo của vật 
liệu trên 97% khi pH = 3-7, lượng chất xúc tác là 1 g/l, lượng 
H
2
O
2
 là 30mM và tỷ lệ Fe/La là 3/1. Hiệu quả phân hủy của 
La/Fe-Bentonite là do sự tham gia của lanthan(III) oxide với 
cả tính acid và base Lewis. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] A. Ajmal, I. Majeed, R.N. Malik, H. Idrissc, M.A. Nadeem (2014), “Principles 
and mechanisms of photocatalytic dye degradation on TiO
2
 based photocatalysts: a 
comparative overview”, RSC Advances, 4(70), pp.37003-37026.
[2] H. Fida, G. Zhang, S. Guo, A. Naeem (2017), “Heterogeneous Fenton 
degradation of organic dyes in batch and fixed bed using La-Fe montmorillonite as 
catalyst”, Journal of Colloid and Interface Science, 490, pp.859-868.
[3] W. Jiang, W. Zhu, H. Li, Y. Chao, S. Xun, Y. Chang, H. Liu, Z. Zhao (2014), 
“Mechanism and optimization for oxidative desulfurization of fuels catalyzed by 
Fenton-like catalysts in hydrophobic ionic liquid”, Journal of Molecular Catalysis 
A: Chemical, 382, pp.8-14.
[4] Lê Thị Mỹ Linh (2016), Nghiên cứu biến tính bentonit Cổ Định và ứng dụng 
trong xúc tác - hấp phụ, Luận án tiến sĩ hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học 
Huế.
[5] X.R. Xu, X.Y. Li, X.Z. Li, H.B. Li (2009), “Degradation of melatonin by 
UV, UV/H
2
O
2
, Fe2+/H
2
O
2
 and UV/Fe2+/H
2
O
2
 processes”, Separation and Purification 
Technology, 68, pp.261-266.
[6] A. Babuponnusami, K. Muthukumar (2014), “A review on Fenton and 
improvements to the Fenton process for wastewater treatment”, Journal of 
Environmental Chemical Engineering, 2, pp.557-572.
[7] S. Parra, L. Henao, E. Mielczarski, J. Mielczarski, P. Albers, E. Suvorova, 
J. Guindet, J. Kiwi (2004), “Synthesis, Testing, and Characterization of a Novel 
Nafion Membrane with Superior Performance in Photoassisted Immobilized Fenton 
Catalysis”, Langmuir, 20, pp.5621-5629.
[8] J. Chen, L. Zhu (2011), “Oxalate enhanced mechanism of hydroxyl-Fe-
pillared bentonite during the degradation of Orange II by UV-Fenton process”, 
Journal of Hazardous Materials, 185, pp.1477-1481.
[9] E.L. Kochany, J. Kochany (2008), “Effect of humic substances on the Fenton 
treatment of wastewater at acidic and neutral pH”, Chemosphere, 73, pp.745-750.
[10] M. Cheng, W. Song, W. Ma, C. Chen, J. Zhao, J. Lin, H. Zhu (2008), 
“Catalytic activity of iron species in layered clays for photodegradation of organic 
dyes under visible irradiation”, Applied Catalysis B: Environmental, 77, pp.355-363.
[11] H. Hassan, B.H. Hameed (2011), “Fe-clay as effective heterogeneous Fenton 
catalyst for the decolorization of Reactive Blue 4”, Chemical Engineering Journal, 
171, pp.912-918.
[12] T. Undabeytia, M.C. Galán-Jiménez, E. Gómez-Pantoja, J. Vázquez, B. 
Casal, F. Bergaya, E. Morillo (2013), “Fe-pillared clay mineral-based formulations 
of imazaquin for reduced leaching in soil”, Applied Clay Science, 80-81, pp.382-389.
[13] L. Guz, G. Curutchet, R.M.T. Sánchez, R. Candal (2014), “Adsorption 
of crystal violet on montmorillonite (or iron modified montmorillonite) followed 
by degradation through Fenton or photo-Fenton type reactions”, Journal of 
Environmental Chemical Engineering, 2(4), pp.2344-2351.
[14] M.K. Toor (2010), Enhancing adsorption capacity of Bentonite for dye 
removal: physiochemical modification and characterization, Masters in Engineering 
Science, The University of Adelaide.
[15] L.G. Yan, Y.Y. Xu, H.Q. Yu, X.D. Xin, Q. Wei, B. Du (2010), “Adsorption of 
phosphate from aqueous solution by hydroxy-aluminum, hydroxy-iron and hydroxy-
iron-aluminum pillared bentonites”, Journal of Hazardous Materials, 179, pp.244-
250.
[16] Y.J. Wang, F. Ji, W. Wang, C.J. Yuan, Z.H. Hu (2016), “Removal of roxarsone 
from aqueous solution by Fe/La-modified montmorillonite”, Desalination and Water 
Treatment, 57(43), pp.20520-20533.
[17] L. Song, P. Du, J. Xiong, X. Fan, Y. Jiao (2012), “Preparation and luminescence 
properties of terbium-doped lanthanum oxide nanofibers by electrospinning”, Journal 
of Luminescence, 132, pp.171-174.
[18] Bùi Văn Thắng (2012), Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu bentonit 
biến tính và ứng dụng hấp phụ phốtphat trong nước, Luận án tiến sĩ hóa học, Viện 
Công nghệ - Xạ hiếm, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.
[19] H.V. Lee, J.C. Juan, Y.H. Taufiq-Yap (2015), “Preparation and application 
of binary acid-base CaO-La
2
O
3
 catalyst for biodiesel production”, Renewable Energy, 
74, pp.124-132.
[20] C. Avelino, G. Hermenegildo (2002), “Lewis acids as catalysts in oxidation 
reactions: from homogeneous to heterogeneous systems”, Chem. Rev., 102, pp.3837-
3892.
[21] B. Li, H. Metiu (2010), “DFT Studies of Oxygen Vacancies on Undoped and 
Doped La
2
O
3
 Surfaces”, Journal of Physical Chemistry C, 114(28), pp.12234-12244.
[22] J.H. Cheng, A. Navrotsky, X.D. Zhou, H.U. Anderson (2011), “Enthalpies 
of Formation of LaMO
3
 Perovskites (M = Cr, Fe, Co, and Ni)”, Journal of Materials 
Research, 20, pp.191-200.
[23] S. Parsons (2004), Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater 
Treatment, IWA Publishing, London.
[24] Hồ Sỹ Thắng (2011), Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu SBA-16 ứng 
dụng làm chất hấp phụ và xúc tác, Luận án tiến sĩ hóa học, Trường Đại học Sư phạm, 
Đại học Huế.