Tóm tắt chính của bài báo “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polysunfat sắt (PFS), ứng dụng cho quá trình keo tụ”

1. Mục tiêu nghiên cứu
– Tổng hợp chất keo tụ polyferric sulfate (PFS) từ FeSO₄ qua quá trình thủy phân – tiền trùng hợp.
– Khảo sát ảnh hưởng của các thông số tổng hợp (tỷ lệ FeSO₄:H₂SO₄, nhiệt độ polyme hóa, tỷ lệ [OH⁻]/[Fe]) đến cấu trúc và hiệu năng keo tụ.
– Đánh giá hiệu quả xử lý độ đục và màu của PFS trên hệ mô phỏng nước mặt (kaolin + axit humic).

2. Phương pháp tổng hợp
– Oxid hóa Fe(II)→Fe(III) bằng H₂O₂ trong môi trường H₂SO₄ (40–50 °C, 2 h).
– Thủy phân Fe₂(SO₄)₃ với NaHCO₃, duy trì pH bằng nhỏ giọt dung dịch NaHCO₃ 0,5 N (50 °C).
– Trùng hợp polyme hóa thêm 2 h ở cùng nhiệt độ.
– Sản phẩm đông khô thu khối rắn vàng.

3. Các điều kiện khảo sát và mẫu đặc trưng
– Tỷ lệ FeSO₄:H₂SO₄: 1:1 (M1), 2:1 (M2), 2,5:1 (M3).
– Nhiệt độ polyme hóa: 50 °C (M2), 70 °C (M6), 90 °C (M7).
– Tỷ lệ [OH⁻]/[Fe]: 0,15 (M8), 0,375 (M2), 0,5 (M9).

4. Kết quả đặc trưng
– FT-IR: Xác định các dải hấp thụ đặc trưng Fe–OH (~600–660 cm⁻¹), H₂O–OH (3.409, 1.634 cm⁻¹), SO₄²⁻ (1.078, 1.135 cm⁻¹), HSO₄⁻ (1.226, 486 cm⁻¹).

• Mẫu M2 (2:1, [OH]/[Fe]=0,375) cho phổ rõ nét nhất của liên kết Fe–OH và SO₄²⁻.

• M1 và M8 thiếu/dập tắt các pic Fe–OH và SO₄²⁻ khi lượng axit quá dư hoặc OH⁻ quá ít.

• Nhiệt độ cao (M6, M7) làm mất pic SO₄²⁻ và một số dao động Fe–OH.
  – XRD: Cả M2 và M3 cho vật liệu chủ yếu vô định hình, không thấy tạp chất tinh thể rõ ràng.
  – SEM: Hình thái ngẫu nhiên, nhiều kích thước – hình dạng khác nhau.

5. Hiệu suất keo tụ
– Môi trường thử: 1 g L⁻¹ kaolin + 5 mg L⁻¹ axit humic, pH ~7,3.
– Liều tối ưu cho hiệu quả kép độ đục và màu: 0,25 g L⁻¹ PFS.

• Loại bỏ độ đục: 99%.

• Loại bỏ màu: 97%.
  – So sánh các mẫu:

• M2 (2:1, 50 °C, [OH]/[Fe]=0,375) đạt loại bỏ độ đục 99,8% và màu 77% ở liều 0,1 g L⁻¹, vượt trội so với M1, M3, M6–M9.

6. Kết luận
– PFS tổng hợp từ FeSO₄ qua thủy phân – tiền trùng hợp với điều kiện tối ưu:

• Tỷ lệ FeSO₄:H₂SO₄ = 2:1

• Nhiệt độ phản ứng = 50 °C

• Tỷ lệ [OH⁻]/[Fe] = 0,375
  – Vật liệu vô định hình, đa hình thái, cho hiệu quả keo tụ cao trên mẫu nước mô phỏng.
  – Liều khuyến nghị 0,25 g L⁻¹ để đồng thời đạt hiệu suất loại bỏ độ đục và màu trên 97%.
  – PFS sản xuất theo phương pháp này là keo tụ hiệu quả, tiềm năng ứng dụng xử lý nước thải.