vẬt liỆu trÊn cƠ sỞ zif-67: tỔng hỢp vÀ Ứng dỤng

54
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUỲNH TRƯỜNG NGỌ NGUYỄN M ẬU THÀNH VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 9440119 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HUẾ - NĂM 2021

Upload: others

Post on 15-May-2022

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HUỲNH TRƯỜNG NGỌ

NGUYỄN M

ẬU THÀNH

VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP

VÀ ỨNG DỤNG

Ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý

Mã số: 9440119

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HUẾ - NĂM 2021

Page 2: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

Công trình được hoàn thành tại

...........................................................................................................

...........................................................................................................

Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.

Người hướng dẫn khoa học:

1. GS.TS. Đinh Quang Khiếu PGS.S

2. TS. Lê Thị Hòa PGS.TS Nguyễn Đình Luyện

Phản biện 1: …………………………………………………..

Phản biện 2: …………………………………………………..

Phản biện 3:...............................................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng cấp: .....................................

vào lúc ....... h ........ ngày ........ năm ……….

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: …………………………

Page 3: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Vật liệu ZIFs (Zeolite Imidazolate Frameworks) thuộc nhóm vật

liệu khung hữu cơ - kim loại (MOFs) là nhóm vật liệu xốp, dạng tinh

thể lai hữu cơ - vô cơ được hình thành từ những ion kim loại chuyển

tiếp (Zn2+, Co2+, Ni2+,…) với phối tử hữu cơ imidazole để tạo thành

cấu trúc mạng không gian 3 chiều xác định. ZIFs có những tính chất

thú vị như diện tích bề mặt riêng lớn, có độ xốp cao, khung cấu trúc

linh động, có thể thay đổi kích thước, hình dạng lỗ xốp và đa dạng hóa

nhóm chức hóa học bên trong lỗ xốp [53]. Do tính chất đặc biệt như

thế, cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về ZIFs nói riêng

hay về MOFs được công bố trên các tạp chí chuyên ngành có uy tín

trên thế giới. Vật liệu ZIF-67 cấu tạo từ Co2+ và 2-methyl-imidazolate

thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học do có tiềm năng

ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong kỹ thuật:

lưu giữ và tách khí [111], [152], dẫn truyền thuốc [30], [154], xúc tác

[90], cảm biến hóa học [105],...Ngoài ưu điểm diện tích bề mặt riêng

lớn (có thể lên đến hàng ngàn m2/g), vật liệu ZIFs còn có hệ thống mao

quản đồng đều, có nhiều tâm xúc tác và hấp phụ ngay trên bề mặt vật

liệu, nhưng cũng có nhược điểm như kém bền nhiệt hay cơ lý, độ dẫn

điện kém [109], điều này giới hạn sử dụng nó trong ứng dụng điện hóa

hay xúc tác quang hóa. Do đó, để khắc phục hạn chế nêu trên, người

ta thường biến tính ZIF-67 bằng các chất hữu cơ hay vô cơ dẫn điện.

Nano oxide sắt từ (Fe3O4) với tính chất siêu thuận từ có nhiều ứng

dụng trong xúc tác bao gồm tạo ra hệ thống dễ dàng truyền điện tử, vật

liệu có từ tính nên dễ dàng thu hồi khi đặt trong từ trường. Graphene

oxide dạng khử (reduced graphene oxide, từ đây ký hiệu là rGO) là

một dạng oxy hóa của graphene có cấu trúc dạng tấm mỏng kích thước

nano, có nhiều nhóm chức chứa oxygen. Vật liệu g-C3N4 cũng có cấu

trúc tấm như graphite nhưng cấu tạo từ các vòng dị tố C3N4. Hai loại

vật liệu này có khả năng dẫn điện, bền cơ học, có diện tích bề mặt riêng

Page 4: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

2

lớn, có hệ thống liên liên hợp dễ dàng tương tác với các hợp chất

hữu cơ có vòng thơm khác.

Vật liệu ZIF-67 kết hợp vật liệu g-C3N4, rGO và Fe3O4 hy vọng

tạo ra vật liệu composite có thể khắc phục các nhược điểm cố hữu của

các loại vật liệu này khi ở trạng thái chưa kết hợp.

Các điện cực than thủy tinh (GCE) được biến tính hóa học bằng

các vật liệu xốp, composite silica xốp, carbon nano ống được nhiều

nhà khoa học quan tâm bởi vì điện cực GCE sau biến tính cải thiện

đáng kể về độ đáp ứng, độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp trong

phương pháp phân tích volt-ampere hòa tan. Việc tìm kiếm các vật liệu

mới để phát triển điện cực dùng trong phương pháp này được nhiều

nhà nghiên cứu quan tâm. Theo hiểu biết của chúng tôi, vật liệu ZIF-

67/rGO hay ZIF-67/g-C3N4 rất ít được nghiên cứu sử dụng làm chất

biến tính điện cực trong phương pháp volt-ampere. Vì vậy, đề tài

nghiên cứu của luận án “Vật liệu trên cơ sở ZIF-67: Tổng hợp và ứng

dụng” được lựa chọn với mục tiêu và nội dung cụ thể như sau:

2. Mục tiêu nghiên cứu

Tổng hợp các composite trên cơ sở vật liệu khung hữu cơ-kim

loại ZIF-67: ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4, Fe3O4/ZIF-67 có hoạt tính

hấp phụ và cảm biến điện hóa.

3. Nội dung luận án

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite ZIF-67/rGO và

xác định Rhodamine B bằng phương pháp volt-ampere dùng điện cực

biến tính ZIF-67/rGO-GCE.

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite ZIF-67/g-C3N4 và

xác định đồng thời uric acid và acetaminophen bằng phương pháp volt-

ampere dùng điện cực biến tính ZIF-67/g-C3N4-GCE.

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite Fe3O4/ZIF-67 và

ứng dụng hấp phụ một số phẩm nhuộm hữu cơ.

4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án

Page 5: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

3

Tổng hợp được các vật liệu lai trên cơ sở ZIF-67: ZIF-67/rGO,

ZIF-67/g-C3N4, Fe3O4/ZIF-67. Vật liệu thu được kết hợp các tính chất

nổi trội của vật liệu ZIF-67 và rGO, g-C3N4, Fe3O4, như diện tích bề

mặt riêng lớn, độ xốp cao, tăng tính dẫn điện, độ bền cơ lý và đã khắc

phục được các nhược điểm của các loại vật liệu này khi ở trạng thái

chưa kết hợp. Vật liệu tổng hợp được ứng dụng trong phân tích điện

hóa để xác định phụ gia độc hại Rhodamine B trong thực phẩm, xác

định đồng thời uric acid và acetaminophen trong nước tiểu người.

Ngoài ra, vật liệu lai Fe3O4 còn được sử dụng để nghiên cứu khả năng

hấp phụ một số phẩm màu: Methyl Orange, Methylene green,

Rhodamine B và Congo red nhằm góp phần giải quyết vấn đề bức xúc

hiện nay là xử lý nước thải dệt nhuộm.

5. Những đóng góp mới của luận án

- Tổng hợp được vật liệu ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4 và

Fe3O4/ZIF-67 có độ xốp cao và diện tích bề mặt riêng lớn.

- Phát triển phương pháp phân tích điện hóa đồng thời

acetaminophen và uric acid bằng phương pháp volt-ampere xung vi

phân (DP-ASV) dùng điện cực biến tính bằng vật liệu ZIF-67/g-C3N4.

Kết quả này đã được công bố trên tạp chí Journal of Nanomaterials,

Volume 2020, https://doi.org/10.1155/2020/7915878. (SCIE, Q2, IF =

1,9).

- Phát triển phương pháp phân tích điện hóa Rhodammine-B trong

thực phẩm bằng phương pháp volt-ampere xung vi phân (DP-ASV)

dùng điện cực biến tính bằng vật liệu ZIF-67/rGO. Kết quả này được

công bố trên tạp chí Journal of Nanomaterials, Volume 2020,

https://doi.org/10.1155/2020/4679061 (SCIE, Q2, IF = 1,9).

- Vật liệu Fe3O4/ZIF-67 có khả năng hấp phụ cao nhiều loại phẩm

nhuộm và dễ dàng thu hồi khi đặt trong từ trường.

6. Bố cục của luận án

Luận án được bố cục như sau:

- Chương 1: Tổng quan tài liệu

Page 6: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

4

- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Kết luận

- Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án

- Tài liệu tham khảo

NỘI DUNG LUẬN ÁN

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

- Giới thiệu về vật liệu khung hữu cơ-kim loại

- Vật liệu zeolite imidazole framework-67 (ZIF-67)

- Vật liệu g-C3N4

- Vật liệu graphene oxide dạng khử (reduced graphene oxide)

- Một số nghiên cứu về ứng dụng của vật liệu composite trên cơ

sở vật liệu ZIF-67

- Xác định Rhodamine B (RhB), uric acid (URA) và acetaminophen

(ACE) bằng phương pháp điện hóa

Hiện nay, Phương pháp volt-ampere được biết đến như là các

phương pháp tiềm năng để phát hiện lượng vết các hợp chất vô cơ và

hữu cơ do chúng đáp ứng được các tiêu chí đơn giản, rẻ tiền, độ nhạy

cao và có thể phân tích in-situ. Phát triển điện cực mới bằng cách biến

tính chúng với các vật liệu lai hữu cơ - vô cơ cho phép phát triển các

thiết bị tiềm năng trong phân tích lượng vết không chỉ đối với RhB mà

còn các hợp chất hữu cơ và vô cơ khác. Trong luận án này, chúng tôi

sẽ tổng hợp các composite của ZIF-67 với g-C3N4 hay rGO bằng

phương pháp có sự hỗ trợ của vi sóng để tạo ra vật liệu lai kết hợp các

tính chất nổi trội của ZIF-67 (diện tích bề mặt riêng lớn, có nhiều tâm

hoạt động) và g-C3N4 hay rGO (độ dẫn điện cao và bền hóa học) và có

thể dùng làm chất biến tính điện cực trong phân tích điện hóa. Ngoài

ra, chúng tôi còn nghiên cứu tổng hợp vật liệu có từ tính Fe3O4/ZIF-67

có diện tích bề mặt riêng lớn để ứng dụng trong hấp phụ một số phẩm

nhuộm hữu cơ.

Page 7: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

5

Chương 2. NỘI DUNG VA PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CỨU

2.1. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite ZIF-67/rGO và xác

định Rhodamine B bằng phương pháp volt-ampere dùng điện cực biến

tính ZIF-67/rGO-GCE.

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite ZIF-67/g-C3N4 và xác

định đồng thời uric acid và acetaminophen bằng phương pháp volt-

ampere dùng điện cực biến tính ZIF-67/g-C3N4-GCE.

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite Fe3O4/ZIF-67 và

ứng dụng hấp phụ một số phẩm nhuộm hữu cơ.

2.2. Phương phap nghiên cứu

2.2.1. Cac phương phap phân tích

Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffracion, XRD);

Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy,

SEM), phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy Despersive X-ray

spectroscopy) và bản đồ nguyên tố EDS (EDS-elemental mapping);

Hiển vi điện tử truyền qua (TEM);

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và khử phụ nitrogen (BET);

Phương pháp quang điện tử tia X (XPS);

Phổ Raman;

Phổ hồng ngoại FT-IR;

Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao;

Phương pháp volt-ampere hòa tan.

2.2.2. Hóa chất

2.2.3. Tổng hợp vật liệu

Tổng hợp graphene oxide dạng khử (rGO).

Tổng hợp vật liệu ZIF-67, ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4, Fe3O4/ZIF-

67.

2.2.4. Biến tính điện cực than thủy tinh (GCE) bằng vật liệu ZIF-

67/rGO và ZIF-67/g-C3N4

Page 8: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

6

- Chuẩn bị điện cực nền Glassy Carbon (GCE):

Điện cực nền là điện cực đĩa than thủy tinh (GCE), đường kính

2,8 ± 0,1 mm được mài bóng với bột Al2O3 chuyên dụng có kích thước

hạt 0,05 μm đến khi bề mặt điện cực sáng bóng. Ngâm điện cực GCE

trong dung dịch HNO3 2 M, sau đó rửa bề mặt điện cực nhiều lần bằng

ethanol và nước cất 2 lần, để khô tự nhiên.

- Biến tính điện cực GCE bằng vật liệu ZIF-67/rGO:

Chuẩn bị huyền phù ZIF-67/rGO 1 mg.L-1 trong nước bằng cách

phân tán 10 mg ZIF-67/rGO trong 10 mL nước cất rồi tiến hành rung

siêu âm trong 4 giờ. Biến tính điện cực bằng cách nhỏ 5 μL huyền phù

ZIF-67/rGO lên bề mặt điện cực GCE, sau đó sấy khô ở nhiệt độ

phòng. Chuẩn bị điện cực biến tính rGO hoặc ZIF-67 theo cách tương

tự như trên bằng cách thay huyền phù ZIF-67/rGO bằng huyền phù

rGO hoặc ZIF-67.

- Biến tính điện cực GCE bằng vật liệu ZIF-67/g-C3N4:

Phân tán 2 mg ZIF-67/g-C3N4 trong 1 ml dung dịch metanol bằng

sóng siêu âm trong 60 phút, thu được huyền phù màu tím đồng nhất.

Nhỏ 5 µl dung dịch huyền phù lên bề mặt điện cực GCE đã được làm

sạch. Sau đó, sấy khô điện cực thu được điện cực biến tính ZIF-67/g-

C3N4-GCE.

- Tiến hành đo điện hóa:

Sử dụng phương pháp volt-ampere vòng (CV) và phương pháp

volt-ampere xung vi phân (DPV) để khảo sát đặc tính điện hóa và xác

định định lượng Rhodamine B, uric acid, acetaminophen trên điện cực

biến tính.

2.2.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ phẩm nhuộm của Fe3O4/ZIF-67

Phần này, chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu 3 nội dung chính:

nghiên cứu động học, nghiên cứu đẳng nhiệt và nghiên cứu nhiệt động

học.

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Page 9: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

7

3.1. Tổng hợp vật liệu ZIF-67/rGO và ứng dụng xac định Rhodamine

B bằng phương phap volt-ampere hòa tan dùng điện cực GCE biến

tính bằng ZIF-67/rGO

3.1.1. Tổng hợp vật liệu ZIF-67/rGO

Kết quả phân tích bằng nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy: quá trình

khử graphene oxide đã thành công. Có sự xuất hiện các đỉnh đặc trưng

của ZIF-67 theo CCDC671073. Có thể khẳng định sự tạo thành

composite ZIF-67/rGO với sự xuất hiện rõ các nhiễu xạ đặc trưng của

ZIF-67 nhưng ở cường độ thấp hơn.

Hình thái của vật liệu được quan sát bằng TEM và SEM. Ảnh

TEM rGO cho thấy hình thái xếp chồng lên nhau và nhiều nếp gấp.

Quan sát SEM cho thấy các hạt tinh thể ZIF-67 được kết tinh, có hình

dạng là các khối đa diện tương đối đồng đều với kích cỡ hạt 140 nm.

Ảnh TEM của composi te ZIF-67/rGO cho thấy các hạt ZIF-67 có

kích cỡ hạt trung bình từ 50-70 nm được phân tán khá đồng đều trên

tấm rGO.

Sự tạo thành ZIF-67, rGO và composite ZIF-67/rGO cũng được

khẳng định bằng phương pháp phổ FT-IR. Đối với ZIF-67 và rGO: có

sự xuất hiện dao động đặc trưng của ZIF-67, rGO. Trong khi đó, với

ZIF-67/rGO: có sự xuất hiện các peak của cả ZIF-67 và rGO.

Phổ Raman cho thấy, tỷ số cường độ ID/IG của rGO là 1,02 và của

ZIF-67/rGO là 2,01. Kết quả trên chứng tỏ rằng composite chứa cấu

trúc của ZIF-67 và rGO.

Trạng thái oxi hóa của các nguyên tố được xác định bằng phổ

XPS. Kết quả cho thấy, Co(II) là dạng tồn tại chủ yếu trong vật liệu

ZIF-67 đã tổng hợp.

Xác định tính chất xốp của ZIF-67, rGO, và ZIF-67/rGO bằng

phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitrogen (hình 3.6).

Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ của vật liệu ZIF-67

thuộc loại I điển hình với lượng nitrogen hấp phụ lớn chứng tỏ vật

liệu có độ xốp lớn. Có sự gia tăng thể tích hấp phụ ở áp suất tương đối

Page 10: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

8

thấp chứng tỏ có sự tồn tại của vi xốp trong tất cả các mẫu ZIF-67.

Đường đẳng nhiệt của rGO và ZIF-67/rGO thuộc loại IV theo

phân loại của IUPAC. Sự xuất hiện đường vòng trễ ở vùng áp suất

tương đối lớn cho thấy có sự tồn tại của các lỗ xốp có kích thước trung

bình. Diện tích bề mặt riêng SBET của ZIF-67, rGO, và ZIF-

67/rGO lần lượt là 1330 m2.g-1, 319 m2.g-1, and 498 m2.g-1.

3.1.2. Xac định RhB bằng phương phap volt-ampere với kỹ thuật

xung vi phân sử dụng điện cực biến tính ZIF-67/rGO

3.1.2.1. Diện tích bề mặt hiệu dụng của điện cực ZIF-67/rGO-GCE

Phương pháp CV (cyclic voltammetry) được sử dụng để khảo sát

đặc tính điện hóa của các điện cực trong dung dịch K3[Fe(CN)6]. Kết

quả cho thấy, đó là quá trình thuận nghịch. Do đó, cường độ dòng đỉnh

anode (Ipa) tỷ lệ với căn bậc hai của tốc độ quét thế (v1/2) theo công

thức Randles-Sevcik:

Ipa = 2,69 x 105n3/2AD1/2C0v1/2 (3.1)

Diện tích bề mặt của điện cực: AGCE = 0,070 cm2, AZIF-67/rGO-GCE =

0,117 cm2.

3.1.2.2. Tính chất CV của RhB với điện cực ZIF-67/rGO-GCE

Kết quả khảo sát cho thấy (hình 3.8) đây là quá trình bất thuận

nghịch. Cường độ dòng đỉnh của RhB khi sử dụng điện cực ZIF-

67/rGO-GCE cao hơn 2,2 lần so với điện cực rGO-GCE.

Ảnh hưởng của pH

Chọn pH = 7 cho các nghiên cứu tiếp theo.

Phương trình hồi quy tuyến tính của Ep với pH như sau:

Ep = (1,27 ± 0,03) + (-0,053 ± 0,003) pH r = 0,993 (3.2)

Hệ số góc có giá trị 0,053 gần với giá trị lý thuyết theo phương

trình Nernst (0,0592) (Hình 3.9c) chứng tỏ sự oxi hóa RhB trên điện

cực có số electron và số proton trao đổi bằng nhau.

Ảnh hưởng của tốc độ quét thế

Khi tăng tốc độ quét, cường độ dòng đỉnh anode tăng nhanh kèm

theo sự dịch chuyển thế đỉnh về phía dương hơn (Hình 3.10a)

Page 11: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

9

Phương trình hồi quy tuyến tính giữa Ip and v1/2 :

Ipa = (0,039 ± 0,008) v1/2 + (0,027 ± 0,0045), r = 0,993 (3.3)

Hệ số chắn biến động từ 0,022 đến 0,032, có nghĩa rằng sự oxi

hóa RhB ở điện cực biến tính được kiểm soát bởi quá trình hấp phụ.

Tính toán số electron trao đổi của quá trình oxi hóa thông qua mối

quan hệ giữa thế đỉnh (Ep) và logarit của tốc độ quét theo phương trình

Laviron, tính được n = 1,98. Cơ chế oxi hóa RhB là cơ chế 2 electron

và 2 proton. Sơ đồ 3.2 minh họa cơ chế oxi hóa của RhB trên bề mặt

điện cực.

Sơ đồ 3.1. Cơ chế oxi hóa của RhB

Sơ đồ 3.2. Cơ chế oxi hóa đề xuất của quá trình oxi hóa RhB trên bề mặt điện cực

3.1.2.3. Xác định các thông số kỹ thuật đo

Kết quả khảo sát, chọn được các giá trị: Eacc = - 0,2 V; tacc = 20 s;

ΔE = 0,06 V; Ustep = 0,008V.

Page 12: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

10

3.1.2.4. Ảnh hưởng của các chất cản trở

Kết quả nghiên cứu cho thấy: Chất cản trở vô cơ không ảnh hưởng

đến việc xác định RhB khi nồng độ chất cản trở vượt quá 100 lần, ngoại

trừ Na2SO4, tỷ số nồng độ được thử nghiệm vượt quá 50 lần. Tương tự

như thế, saccaroze (tỷ số nồng độ vượt mức 100 lần), glucose (vượt

mức 60 lần), natri benzodate và saccarine (vượt mức 50 lần) cũng

không ảnh hưởng đến kết quả phân tích RhB.

3.1.2.5. Độ tái lặp, Độ lặp lại, Khoảng tuyến tính và Giới hạn phát hiện

Độ tái lặp: xác định bằng cách đo 9 lần với điện cực ZIF-67/rGO-

GCE riêng biệt ở nồng độ RhB 5,7 µg.L-1 theo các điều kiện được tối

ưu hóa. Độ tái lặp tốt với RSD của tín hiệu dòng thu được là 7,0 %.

Độ lặp lại: Nghiên cứu độ lặp lại của phương pháp DP-ASV với

điện cực ZIF-67/rGO-GCE bằng cách đo 9 lần dung dịch RhB ở các

nồng độ 5,7 µg.L-1; 21,1 µg.L-1 và 44,1 µg.L-1. RSD thu được lần lượt

là 6,2; 3,9 và 0,8%, thấp hơn nhiều so với giá trị ½ RSDHorwitz predicted.

Khoảng tuyến tính: Trong khoảng nồng độ RhB 0,96 - 44,07

µg.L-1, giữa Ip và nồng độ RhB có tương quan tuyến tính tốt với r >

0,99 (Hình 3.12a và 3.12b)

Giới hạn phát hiện (LOD): xác định theo quy tắc 3σ. Kết quả xác

định LOD = 1,79 µg.L-1.

Giới hạn phát hiện của phương pháp DP-ASV với điện cực biến

tính ZIF-67/rGO-GCE so với các phương pháp khác được trình bày ở

Bảng 3.2. Khoảng tuyến tính và giới hạn phát hiện LOD của phương

pháp nghiên cứu này thấp hơn so với một số kết quả nghiên cứu công

bố trước đây.

Page 13: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

11

Bảng 3.2. So sánh giá trị LOD và khoảng tuyến tính của phương

pháp nghiên cứu với các phương pháp được công bố trước đây.

Phương phap Khoảng tuyến tính

(µg.L-1)

LOD

(µg.L-1)

Tài liệu tham

khảo

MSPE kết hợp HPLC 0,5 - 150 0,08 [28]

Chiết pha rắn kết hợp UV-Vis 250 - 3000 3,40 [125]

Phổ huỳnh quang 0,0467 - 100 0,014 [3]

Phương pháp DPV với điện cực

biến tính nano vàng/nano

carbon cầu rỗng

4,79 - 958,00 0,96 [166]

SPZP/NAF-GCE, DPV 0,005 - 2,395 2,06 [172]

Cu@CS-GCE, DPV 143,7 - 1437 47,90 [129]

Điện cực GCE, DPV 4,78 - 956,1 2,93 [167]

Điện cực biến tính ZIF-67/rGO,

DP-ASV 0,96 - 44,07 1,79

Nghiên cứu

này

3.1.2.6. Phân tích mẫu thực tế

Bảng 3.3. Kết quả phân tích Rhodamine B trong các mẫu thực phẩm

bằng phương pháp DP-ASV và phương pháp HPLC

Mẫu

thử

RhB thêm

vào (μg.mL-1)

DP-ASV HPLC

Nồng độ

RhB ± SD

(μg.mL-1)

ReV

(%)

Nồng độ

RhB ± SD

(μg.mL-1)

ReV

(%)

Tương

cà #1

0 0 98

0 99

100 98,0 ± 0,9 99,2 ± 0,5

Tương

cà #2

0 0 96

0 101

100 95,9 ± 0,8 101 ± 1

Tương

ớt

0 0 103

0 98

100 103,0 ± 2,0 98,3 ± 0,2

SD: Độ lệch chuẩn tương đối; ReV: Độ thu hồi

3.2. Nghiên cứu tổng hợp ZIF-67/g-C3N4 và xac định đồng thời uric

acid và acetaminophene bằng phương phap điện hóa sử dụng điện

cực biến tính ZIF-67/g-C3N4-GCE

3.2.1. Tổng hợp vật liệu ZIF-67/g-C3N4

Kết quả XRD cho thấy: với ZIF-67/g-C3N4, tất cả các đỉnh đặc trưng

của ZIF-67 và C3N4 vẫn được thấy rõ mặc dù tín hiệu bị giảm nhiều.

Page 14: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

12

Ảnh TEM của g-C3N4 (hình 3.14a): sợi nano có đường kính cỡ

50nm, trong khi đó hình thái của ZIF-67 bao gồm các khối đa diện

đồng nhất có kích thước khoảng 134,2 ± 5,6 nm (hình 3.14b). Các hạt

ZIF-67 với kích cỡ 10-20 nm phân tán đồng đều trên nền g-C3N4 (hình

3.14c)

Hình 3.14. a) TEM của g-C3N4; b) SEM của ZIF-67; c) TEM của

ZIF-67/g-C3N4.

Khảo sát phổ XPS để xác định thành phần hóa học và trạng thái

oxy hóa của các nguyên tố trong ZIF-67/g-C3N4. Kết quả ở hình 3.15a

cho thấy, vật liệu chứa các nguyên tố chính C, N và Co với năng lượng

liên kết tương ứng 285 eV; 400 eV và 795 eV. Các ion Co trong ZIF-

67/g-C3N4 tồn tại ở dạng hóa trị hai.

Kết quả XRD cho thấy (Hình 3.16), vật liệu bền trong dung dịch

nước ở khoảng pH = 3÷11

10 20 30 40 50

(011)

ên

g ®

é /arb

.

2-theta / ®é

as synthesized ZIF-67/C3N

4

ZIF-67/g-C3N

4(pH=9)

ZIF-67/g-C3N

4(pH=3)

ZIF-67/g-C3N

4(pH=1)

ZIF-67/g-C3N

4(pH=11)

10

0 c

ps.

(002)

(112)

(022)

(013)

(222)

(114)

(233)

(244)

(134)

(044)

Hình 3.16. Giản đồ XRD của ZIF-67/g-C3N4 ngâm trong nước ở

các giá trị pH khác nhau

(a) (b) (c)

Page 15: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

13

3.2.2. Khảo sát tính chất điện hóa

3.2.2.1. Ảnh hưởng của các loại điện cực

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

I /

m

E / V

GCE

g-C3N

4/GCE

ZiF-67/GCE

ZiF-67/g-C3N

4/GCE

(a)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

Ip /

mA

V / L

URA

ACE(b)

Hình 3.17. a) Các đường CV của các điện cực khác nhau trong

dung dịch đệm BR-BS 0,1 M ở pH 9, CURA=CACE = 0,5 mM; b) ảnh

hưởng của hàm lượng ZIF-67/g-C3N4 đến cường độ dòng đỉnh anode.

Hình 3.17a cho thấy ZIF-67/g-C3N4 đã cải thiện đáng kể khả năng

trao đổi điện tử và do đó làm tăng sự oxy hóa đối với URA và ACE.

3.2.2.2. Ảnh hưởng của CTAB

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06270 M CTAB

I /

E / V

(a)

0 M CTAB

0 50 100 150 200 250 3000.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

E

p / V

CCTAB

/

(b)

Hình 3.18. a) Đường volt-ampere vòng CV của ZIF-67/g-C3N4-GCE

trong dung dịch đệm BR-BS 0,1 M chứa CURA = CACE = 0,5 mM và

các nồng độ CTAB khác nhau; b) Sự tách giữa 2 pick là một hàm số

của nồng độ CTAB.

Chọn nồng độ CTAB = 150 µM cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.2.3. Ảnh hưởng của pH

Page 16: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

14

Giá trị pH = 9 được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 7

8

9

10

I /

(a)

E / V

6 7 8 9 10 11

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35 (b) URA

ACE

Ep /

V

pH6 7 8 9 10 11

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030(c)

URA

ACE

p /

mA

pH Hình 3.19. a) Đường Von ampe vòng của ZIF-67/C3N4-GCE trong

dung dịch đệm BR-BS 0,1 M ở pH= 7÷10 chứa nồng độ như nhau

0,5 mM URA, ACE và 150 μM CTAB; b) Đồ thị của Ep so với pH;

c) Đồ thị của Ip so với pH.

Giữa thế đỉnh oxi hóa và giá trị pH có tương quan tuyến tính tốt

(Hình 3.19b) trong khoảng pH từ 7-10 với hệ số tương quan cao, r =

0,985 và 0,999.

3.2.2.4. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

I /

E / V

(a)

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80.00

0.02

0.04

0.06(b)

Ip

URA

ACE

-2.4 -2.2 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.60.0

0.1

0.2

0.3

0.4

URA

ACE

Ep /

V

ln

(c)

Hình 3.20. a) Sự phụ thuộc giữa tốc độ quét thế vào thế đỉnh và

cường độ dòng đỉnh; b) đồ thị tuyến tính của Ip với ν1/2; c) Ep với lnv

(ĐKTN: CCTAB =150×10–6 M , CURA = CACE = 0,5×10–3 M trong

dung dịch đệm BR-BS 0,1 M, pH 9)

Phương trình hồi quy tuyến tính biểu thị mối tương quan giữa Ip và v1/2:

Ip, URA = (-0,160±0,033)+(0,100±0,006)v1/2 r = 0,995 p < 0,001 (3.9)

Ip, ACE = (-0,023±0,019)+(0,091±0,011)v1/2 r = 0,979 p = 0,004

Dựa trên cơ sở lý thuyết Laviron, tính được n của ACE = 1,9 và

URA = 1,98. Do đó, đối với ACE là cơ chế 2e, 2 proton. Với URA, tỷ

số proton và elecron trao đổi không bằng nhau.

Page 17: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

15

Cơ chế oxi hóa ACE và URA ở điện cực biến tính được đề xuất

như ở sơ đồ 3.3.

Sơ đồ 3.3. Cơ chế oxi hóa URA và ACE đề xuất ở điện cực biến

tính ZIF-67/g-C3N4

3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của cac chất cản trở

Kết quả cho thấy, ảnh hưởng của các muối vô cơ là không đáng

kể. Tuy nhiên, một số hợp chất hữu cơ, như glucose, chỉ gây cản trở ở

nồng độ cao.

Page 18: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

16

Bảng 3.4. Giới hạn ảnh hưởng của các chất cản trở, Ctol (5.10–7 M

URA hoặc 5.10–7 M ACE trong dung dịch đệm BR-BS 0,1 M ở pH 9

và CTAB 150 µM)

Chất cản trở

Ctol (μM)

URA

(0,5 μM) RE (%)

ACE

(0,5 μM)

RE (%)

Glucose 75 -4,55 75 4,90

Sucrose 75 -4,30 75 4,99

Oxalate 75 -4,79 150 4,85

NaNO3 150 -4,92 150 4,86

CaCl2 100 2,49 100 -3,40

K2SO4 150 4,20 150 -3,10

(NH4)2SO4 100 -3,26 100 4,38

KHCO3 150 -4,32 150 3,19

3.2.4. Độ ổn định, Độ lặp lại và Khoảng tuyến tính

Độ ổn định: RSD của Ip đối với URA và ACE lần lượt là 7,72 và

7,02. Các giá trị này thấp hơn ½ RSDH.

Độ lặp lại: được đánh giá qua hệ số RSD bằng cách đo lặp lại 9

lần liên tục URA 5×10–7 M và ACE 5×10–7 M. RSD của URA và ACE

là 1,03 và 1,52, các giá trị này nhỏ hơn 1/2RSDHorwitz chứng tỏ rằng

phương pháp DP-ASV đề xuất có độ ổn định cao.

Khoảng tuyến tính: CURA = 0,02 - 0,65 µM, giữa Ip và CURA có

tương quan tuyến tính tốt khi có mặt ACE với LOD là 0,055 µM. Tương

tự với ACE với LOD là 0,056 µM. Hình 3.23a trình bày các đường DP-

ASV khi thêm đồng thời URA và ACE ở khoảng nồng độ 0,02 - 0,65 µM.

Đồ thị của Ip, URA và Ip, ACE với nồng độ URA và ACE được mô tả ở Hình

3.23b. Các phương trình hồi quy tuyến tính như sau:

Ip, URA = (0,06 ± 0,05) + (5,82 ± 0,03) x CURA r = 0,998 (3.12)

Ip, ACE = (0,14 ± 0,04) + (5,84 ± 0,11) x CACE r = 0,999

Page 19: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

17

LOD của URA và ACE lần lượt là 0,052 μM và 0,053 μM. Giá

trị LOD của URA và ACE riêng rẽ cũng tương tự như trên.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0

1

2

3

4

I /

E / V

(a)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

1

2

3

4

URA

ACE

Ip /

C / A

(b)

Hình 3.23. a) Đường DP-ASV của ZIF-67/C3N4-GCE trong BR-

BS 0,1 M pH 9 chứa nồng độ bằng nhau của chất phân tích biến động

từ 0,2 đến 6,5 µM; b) Đồ thị tuyến tính cường độ dòng đỉnh anode

với nồng độ chất phân tích.

Bảng 3.5 trình bày giới hạn phát hiện URA và ACE của điện cực

ZIF-67/g-C3N4-GCE so với các điện cực nghiên cứu được công bố.

Điện cực ở nghiên cứu này có giới hạn phát hiện thấp hơn nhiều khi

xác định URA và ACE so với hầu hết các điện cực biến tính bằng các

vật liệu khác.

Bảng 3.5. So sánh LOD và khoảng tuyến tính của một số điện cực

biến tính dùng để xác định URA và ACE.

Điện cực Khoảng tuyến tính

(µM) (URA/ACE)

LOD (µM) Tài liệu tham

khảo URA ACE

RTIL-MWCNTs-CHIT-CGE (2 - 450)/(1 - 400) 0,34 0,24 [68]

Fc-S-Au/C NC/graphene/GCE (0,6 - 9,2)/(0,5 - 46) 0,2 0,1 [153]

SWCNTs-CHIT-RTIL/GCE (3 - 320)/(2 - 200) 0,27 0,11 [1]

MWCNTs-CHIT/GCE (10 - 400)/ (2 - 250) 0,4 0,16 [9]

ZIF-67/g-C3N4-GCE (0,2 - 6,5)/(0,2 - 6,5) 0,052 0,053 Nghiên cứu này

3.2.5. Ứng dụng phân tích mẫu sinh hóa

Điện cực biến tính ZIF-67/g-C3N4 được dùng để phân tích mẫu

thật. Mẫu nước tiểu người được lấy từ 3 người tình nguyện khỏe mạnh.

Page 20: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

18

Hàm lượng URA và ACE trong mẫu thử được trình bày ở bảng 3.6.

Độ thu hồi nằm của phương pháp đề xuất biến động trong giới hạn cho

phép, từ 90 -110 %.

Bảng 3.6. Kết quả xác định URA và ACE trong mẫu nước tiểu bằng

phương pháp nghiên cứu và phương pháp HPLC

Mẫu thử Chất phân

tích Thêm chuẩn

(μM) Kết quảa

(μM) Rev (%)

HPLC (μM)

Urine #1 URA

0 22,69 99,4

-(a) 10 32,63 32,77

ACE 0 0

96,7 -

10 9,67 9,81

Urine # 2 URA

0 26,11 97,8

- 10 35,89 35,92

ACE 0 0

98,0 -

10 9,80 9,85

Urine # 3 URA

0 25,03 96,9

- 10 34,72 34,81

ACE 0 0

104,0 -

10 10,4 9,80 (a) Không xác định

3.3. Tổng hợp Fe3O4/ZIF-67 và ứng dụng làm chất hấp phụ phẩm

nhuộm

3.3.1. Tổng hợp vật liệu Fe3O4/ZIF-67

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2 theta / ®é

C­êng ®

é (

arb

.)

ZIF-67

Fe3O4@ZIF-67

50000 c

ps

(a)

10 20 30 40 50 60 70 80

0

500

1000

1500

2000

ên

g ®

é (

co

un

ts)

2-theta / ®é

(b)

Hình 3.24. a) Giản đồ XRD của ZIF-67 và Fe3O4/ZIF-67, b) giản đồ

XRD của oxide sắt từ

Kết quả từ giản đồ XRD chứng tỏ có sự tạo thành composite của Fe3O4

và ZIF-67.

Page 21: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

19

Kết quả xác định phổ FT-IR cũng cho thấy có sự xuất hiện các

dao động đặc trưng của cả ZIF-67 và hạt sắt từ.

Hình 3.26. a) Ảnh SEM của ZIF-67; b) Ảnh SEM của Fe3O4/ZIF-67;

c) Ảnh TEM của Fe3O4/ZIF-67

Hình 3.26 trình bày ảnh SEM của ZIF-67 và Fe3O4/ZIF-67. Hình

thái của ZIF-67 bao gồm các hạt đa diện đều đặn bề mặt nhẵn kích

thước khoảng 0,5 - 1 µm (Hình 3.26a). Trong khi đó các hạt sắt từ có

kích thước nano khoảng 20 nm (Hình 3.26b). Các hạt Fe3O4/ZIF-67 có

kích thước nhỏ hơn khoảng 0,3 - 0,5 µm và bề mặt gồ ghề hơn do oxide

sắt từ bám vào.

Hình 3.27. a) Phổ EDX; b) ảnh SEM; c) bản đồ nguyên tố EDX

(Co màu đỏ; C màu đen, O màu xanh lục, Fe màu xanh lá cây,

N màu xanh nước biển đậm)

(a) (b)

(c)

(b) (c)

1µm

Page 22: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

20

Hình 3.27a trình bày phổ EDX của Fe3O4/ZIF-67. Phổ bản đồ

nguyên tố ở hình 3.27c cho thấy các nguyên tố tạo nên composite nằm

đan xen nhau, đặc biệt nguyên tố sắt phân tán đều lên bề mặt ZIF-67.

Độ bão hòa từ của Fe3O4 và Fe3O4/ZIF-67 lần lượt 62 và 6 emu.g-

1. Đây là vật liệu siêu thuận từ.

Diện tích bề mặt riêng tính theo mô hình BET đối với Fe3O4, ZIF-

67 và Fe3O4/ZIF-67 lần lượt là 105,3; 1403,4 và 1123,9 m2.g-1.

3.3.2. Ứng dụng hấp phụ một số phẩm màu

3.3.2.1. Ứng dụng hấp phụ phẩm màu Methyl Orange (MO)

Nghiên cứu động học

Động học hấp phụ của MO trên vật liệu Fe3O4/ZIF-67 với các

nồng độ ban đầu khác nhau được trình bày trên Hình 3.30. Kết quả cho

thấy dung lượng hấp phụ cân bằng tăng từ 91 mg.g-1 đến 150 mg.g-1 khi

nồng độ ban đầu của MO tăng từ 40 mg.L-1 đến 60 mg.L-1. Sự hấp phụ

của MO xảy ra rất nhanh trong những phút đầu (0 – 5 phút). Thời gian

để đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ giữa Fe3O4/ZIF-67 và MO khoảng

30 phút.

0 10 20 30 40 50 600

20

40

60

80

100

120

140

160

qt / m

g.g

-1

Thêi gian / phót

60 mg/L

40 mg/L

20 mg/L

Hình 3.30. Giản đồ hấp phụ của MO trên Fe3O4/ZIF-67

(Điều kiện: nồng độ ban đầu của MO = 20 – 60 mg.L-1; khối lượng

của chất hấp phụ = 0,2 g; thể tích của dung dịch màu = 2000 mL;

nhiệt độ thực nghiệm: nhiệt độ phòng 25oC; tốc độ khuấy = 300

vòng/phút)

Page 23: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

21

Mô hình động học biểu kiến bậc nhất và bậc hai được sử dụng để

nghiên cứu động học biểu kiến quá trình hấp phụ MO.

Các kết quả thực nghiệm phù hợp với mô hình hấp phụ biểu kiến

bậc 2 vì thu được hệ số tương quan cao (R2 = 0,97 – 0,99 %) và các giá

trị qe,cal gần với giá trị qe,exp.

Bảng 3.7. Những thông số động học của mô hình biểu kiến bậc 1 và

mô hình biểu kiến bậc 2

Nồng độ

(mg·L–1)

Mô hình biểu kiến bậc 1 Mô hình biểu kiến bậc 2

k1

(min–1)

qe,cal

(mg·g–1)

qe,exp

(mg·g–1)

R2

k2

(mg–1·g

·min–1)

qe,cal

(mg·g–1)

qe,exp

(mg·g–1)

R2

20 2,202 36,400 91,500 0,870 0,011 90,100 91,500 0,990

40 2,308 100,300 112,300 0,860 0,010 115,000 112,300 0,980

60 2,410 95,300 150,100 0,660 0,009 149,100 150,100 0,970

Nghiên cứu nhiệt động học

Các giá trị ΔGo ΔHo ΔSo được trình bày ở Bảng 3.8. Quá trình hấp

phụ MO trên Fe3O4/ZIF-67 là quá trình thu nhiệt được minh chứng

bằng giá trị dương của ΔH0. Giá trị âm của năng lượng tự do Gibbs

kèm theo giá trị dương của entropy chuẩn cho biết phản ứng hấp phụ

tự xảy ra với ái lực cao.

Bảng 3.8. Các tham số nhiệt động học

Nhiệt độ

(K)

Nồng độ

cân bằng

(mg.L-1)

Dung lượng hấp

phụ cân bằng

(mg.g-1)

ΔHo

(J.mol-1)

ΔSo

(J.mol-1.K-1)

ΔGo

(J.mol-1)

313 50,10 99,00 -1840,24

323 45,51 144,95 32598,40 110,00 -2940,51

333 41,85 181,50 -4040,79

343 37,48 225,20 -5141,06

353 44,89 150,11

Nghiên cứu cân bằng hấp phụ

Các dữ liệu hấp phụ đẳng nhiệt thực nghiệm của thuốc nhuộm

MO trên vật liệu Fe3O4/ZIF-67 sử dụng dạng tuyến tính và phi tuyến

cho kết quả không khác nhau nhiều và có sự tương thích với cả hai mô

Page 24: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

22

hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Có nghĩa rằng hấp phụ đơn

lớp và tồn tại bề mặt không đồng nhất trên chất hấp phụ.

Bảng 3.9. Các thông số mô hình đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich tại các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ

Mô hình đẳng nhiệt Langmuir Mô hình đẳng nhiệt Freundlich

qmom

(mg·g–1)

KL

(L·mg–1) R2 p

KF

(L·g–1) n R2 P

298

(phi tuyến) 223,7 0,091 0,994 37,95 2,29 0,967

298

(tuyến tính) 238,1 0,079 0,994 0,003 33,21 2,10 0,960 <0,001

Bảng 3.10 cho thấy vật liệu Fe3O4/ZIF-67 có khả năng hấp phụ MO

rất cao so với vật liệu đã công bố.

Bảng 3.10. So sánh khả năng hấp phụ MO với một số nghiên cứu khác

TT Chất hấp phụ Dung lượng hấp phụ

(mg·g–1) Tham khảo

1 Fe3O4/ZIF-67 223,70 Nghiên cứu này

2 Ống nanocarbon đa tường 50,20 [175]

3 Carbon mao quản trung bình 291,10 [107]

6 Hypercrosslinked polymer 404,40 [101]

7 Polymer siêu liên kết HJ1 76,92 [68]

8 Calcil hydroxide kép 200 [114]

9 Vỏ cam 20,50 [8]

10 Vỏ chuối 21 [8]

3.3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ congo red (CGR), methylene

blue (MB) và Rhodamine B (RhB)

Vật liệu Fe3O4/ZIF-67 cũng được áp dụng để nghiên cứu đẳng nhiệt

hấp phụ của CGR, MB và RhB. Kết quả cho thấy giá trị cân bằng thực

nghiệm tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir (Bảng 3.11).

Kết quả ở bảng 3.12 cho thấy Fe3O4/ZIF-67 có khả năng hấp phụ

rất cao đối với thuốc nhuộm CGR. Dung lượng hấp phụ đối với MB

và RhB trên Fe3O4/ZIF-67 cũng cao hơn hay tương đương với các chất

hấp phụ khác.

Page 25: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

23

Bảng 3.11. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Frendlich một số phẩm

màu khác của vật liệu Fe3O4/ZIF-67

Phẩm

màu hấp

phụ

Mô hình Langmuir Mô hình Freundlich

qmom

(mg.g-1)

KL

(L.mg-1) R p

qmom

(mg.g-1)

KF

(L.mg-1) n R p

Congo

red 151,50 1,380 0,931 0,01 322,10 77,61 2,29 0,999 < 0,01

Rhoda-

mine B 78,13 0,003 0,987 < 0,01 38,05 4,45 1,58 0,989 0,16

Methyl-

ene blue 36,23 0,023 0,909 0,021 14,988 1,67 1,55 0,919 < 0,01

Bảng 3.12. Dung lượng hấp phụ của các chất hấp phụ khác nhau đối

với CGR, MB, và RhB tại nhiệt độ phòng

TT Chất hấp phụ Phẩm màu BET

(m2·g–1)

qe

(mg·g–1) Tham khảo

1 Fe3O4/ZIF–67 CGR* 1123,9 151,5 Nghiên cứu này

2 Tro bã mía CGR 168 11,8 [103]

3 Than hoạt tính thương mại CGR 390 0,637 [103]

4 Than hoạt tính mao quản

trung bình CGR 370 - 679 52 - 189 [99]

5 Tấm nano Ni(OH)2 và NiO CGR 127 - 201 39,7 - 152 [32]

6 Hạt gel chitosan biến tính

bằng cetyl trimethyl

ammonium bromide

CGR - 352 [26]

7 Hạt gel chitosan bến tính

bằng than nano ống CGR 237,8 450,4 [26]

8 Spinel CoFe2O4 CGR N/A 244,5 [153]

9 Zeolites tự nhiên biến tính

bằng N,N–dimethyl

dehydroabietylamine oxide

CGR N/A 69,49 [96]

10 Fe3O4/ZIF–67 MB** 1123,9 36,2 Nghiên cứu này

11 Al–MCM–41 MB N/A 66,5 [187]

12 Xơ dừa Ấn độ MB 167 5,87 [75]

13 Fe3O4/ZIF-8 MB 1068 20,2 [185]

14 Fe3O4/ZIF-67 RhB*** 1123,9 78,3 Nghiên cứu này

15 Bã cà phê RhB - 5,255 [129]

16 Mn2O3/MCM-41 RhB 793 23,9 [59]

17 Al–MCM–41 RhB 625 91 [187]

*CGR: Congo red; **MB: Methylene blue; ***RhB: Rhodamine B

Page 26: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

24

KẾT LUẬN

1) Đã nghiên cứu tổng hợp thành công composite ZIF-67/rGO.

Hình thái của ZIF-67/rGO bao gồm các hạt nano ZIF-67 phân tán cao

trên các tấm rGO, có diện tích bề mặt riêng cao. Điện cực GCE biến

tính bằng vật liệu ZIF-67/rGO có thể sử dụng để phân tích Rhodamine

B bằng phương pháp xung vi phân với phạm vi tuyến tính, từ 0,96 đến

44,07 μg.L-1 và giới hạn phát hiện thấp là 1,79 μg.L-1. Quy trình phân

tích đã được áp dụng để xác định định lượng hàm lượng RhB trong

một số mẫu thực phẩm với tỷ lệ thu hồi (98-103%). Kết quả phân tích

định lượng bằng phương pháp này tương đồng với phương pháp sắc

ký lỏng hiệu năng cao, cho thấy rằng vật liệu này có triển vọng phát

triển phương pháp phát hiện nhanh tại hiện trường phụ gia độc hại

Rhodamine B trong thực phẩm.

2) ZIF-67/g-C3N4 được tổng hợp thành công có sự hỗ trợ của sóng

siêu âm. Vật liệu thu được có diện tích bề mặt riêng lớn và độ ổn định

cao ở khoảng pH 3-11. Đã phát triển phương pháp phân tích điện hóa

đồng thời ACE và URA sử dụng điện cực biến tính bằng ZIF-67/g-

C3N4 với cetyltrimethylammonium bromide đóng vai trò như là chất

tách peak. Mối quan hệ tuyến tính của dòng đỉnh oxy hóa của URA và

ACE và nồng độ dao động từ 0,2 μM đến 6,5 μM với giới hạn phát

hiện thấp 0,052 μM cho URA và 0,053 μM cho ACE. Phương pháp đề

xuất đã được áp dụng để phân tích đồng thời URA và ACE trong nước

tiểu người với kết quả không khác với phân tích bằng phương pháp

HPLC trên phương diện thống kê.

3) Đã nghiên cứu tổng hợp Fe3O4/ZIF-67 có diện tích bề mặt riêng

cao, có tính siêu thuận từ. Vật liệu tổng hợp được có khả năng hấp phụ

cao với MO, động học MO tuân theo mô hình động học bậc hai. Ngoài

ra vật liệu Fe3O4/ZIF-67 có khả năng hấp phụ cao với nhiều phẩm

nhuộm như MB, RhB và CGR. Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình

Langmuir.

Page 27: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Huỳnh Trường Ngọ, Lê Thị Hòa, Hồ Văn Minh Hải (2021). Sử

dụng điện cực glassy carbon biến tính với ZIF-67/rGO để xác định

Rhodamin B bằng phương pháp von-ampe. Tạp chí Khoa học tự nhiên,

Đại học Huế, 130(1A), tr 77-86.

2. Bùi Quang Thành, Huỳnh Thị Thanh Phương, Huỳnh Trường Ngọ

(2020). Nghiên cứu động học và cân bằng hấp phụ methyl orange bằng

vật liệu lai Fe3O4/ZIF-67. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Trường

Đại học Khoa học, Đại học Huế, 16(2), tr 89-100.

3. Huynh Truong Ngo, Le Thi Hoa, Nguyen Tan Khanh, Tran Thi

Bich Hoa, Tran Thanh Tam Toan, Tran Xuan Mau, Nguyen Hai

Phong, Ho Sy Thang and Dinh Quang Khieu (2020). ZIF-67/g-C3N4-

Modified electrode for Simultaneous Voltammetric Determination of

Uric acid and Acetaminophen with Cetyltrimethylammonium

bromide as Discriminating agent. Jornal of Nanomaterials,

https://doi.org/10.1155/2020/7915878 (SCIE, Q2, IF = 1,9).

4. Huynh Truong Ngo, Vo Thang Nguyen, Tran Đuc Manh, Tran

Thanh Tam Toan, Nguyen Minh Triet, Nguyen Thi Vuong Hoan,

Nguyen Thanh Binh, Tran Vinh Thien and Đinh Quang Khiếu (2020).

Voltammetric determination of Rhodamine B using ZIF-67/reduced

graphene oxide modified electrode. Jornal of Nanomaterials,

https://doi.org/10.1155/2020/4679061 (SCIE, Q2, IF = 1,9).

.

Page 28: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

HUE UNIVERSITY

UNIVERSITY OF SCIENCES

HUYNH TRUONG NGO

NGUYỄN M

ẬU THÀNH

ZIF-67-BASED MATERIALS:

SYNTHESIS AND APPLICATIONS

Major: Theoretical Chemistry and Physical Chemistry

Code: 9440119

PhD DISSERTATION ABSTRACT

HUE - 2021

Page 29: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

The dissertation has been completed at Department of Chemistry,

University of Sciences, Hue University.

Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.

Supervisors:

1. Prof. Dr. Đinh Quang Khieu PGS.S

2. Dr. Le Thi Hoa PGS.TS Nguyễn Đình Luyện

Reviewer 1: …………………………………………………..........

Reviewer 2: …………………………………………………..........

Reviewer 3:.......................................................................................

The dissertation will be defended in front of the level council: Hue

University at ....... h ........ date ........ year ……….

The dissertation will be found at...........................................................

Page 30: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

1

INTRODUCTION

1. The urgency of the thesis

ZIFs (Zeolite Imidazolate Frameworks), known as a porous and

crystalline inorganic-organic hybrid materials, are a subclass of metal

organic frameworks (MOFs). The materials are composed of transition

metals (Zn2+, Co2+, Ni2+,…) connected to organic imidazole linkers to

form a tree-dimensional network structure. ZIFs have interesting

properties such as large specific surface area, high porosity, flexible

structural framework, adjustable pores size and diversify chemical

functional groups inside pores [51]. Due to their special properties, so

far, there have been many research projects on ZIFs, in particular

MOFs ingeneral which have been published in prestigious specialized

journals in the world. ZIF-67 is composed of Co2+ and 2-methyl-

imidazolate has attracted research interest of scientists because of their

potential applications in many different fields, especially in

engineering: storage and air separation [102], [142], drug delivery

[29], [144], catalysis [81] and chemical sensor [96],... The advantage

of ZIFs materials includes a high specific surface area (up to thousands

of m2/g), a uniform capillary system, with many catalytic centers and

adsorption on the surface of the material. However, it also has

disadvantages such as poor thermal or mechanical stability, poor

electrical conductivity [100]. This limits its use in electrochemical or

photocatalytic applications. To overcome this problem, the common

strategy is to combining ZIF-67 with the organic or inorganic

substances which have better electrical conductivity.

Ferromagnetic nano oxide (Fe3O4) with superparamagnetic

properties has many applications in catalysis including creating an

easy to transfer electron system, the material is magnetic so it is easily

recovered when placed in a magnetic field.

Page 31: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

2

Reduced graphene oxide (abbreviated as rGO) is an oxidized form

of graphene with a thin sheet-like structure of nanoscale, with many

oxygen-containing functional groups. g-C3N4 material, composed of

C3N4 heterocyclics, has a graphite-like sheet structure. These two

materials exhibit electrical conductivity, mechanical stability, high

specific surface area, with a π- π conjugate system to easily interact

with other aromatic organic compounds.

The combination of ZIF-67 and g-C3N4, rGO and Fe3O4 are

expected to create composite materials that can overcome the inherent

disadvantages of these materials when in the non-combined state.

The chemical modification of glassy carbon electrodes (GCE)

with porous materials, porous silica composite, carbon nanotubes have

received considerable scientific interests because the post-modified

GCE electrode has improved significantly responsiveness, high

selectivity, low detection limit in stripping voltammetric method.

Many researchers are interested in searching new materials to develop

electrodes used in above method. To the best of our knowledge, there

is very little report on the use of ZIF-67/rGO or ZIF-67/g-C3N4

material as electrode modifiers in the voltammetric method. Therefore,

we conduct a study "ZIF-67-based materials: Synthesis and

applications" focusing on the following objectives and contents:

2. The aim of the thesis

Synthesis of metal-organic framework ZIF-67-based composites:

ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4, Fe3O4/ZIF-67 in which they possess

adsorption activity and electrochemical sensors.

The content of the thesis

- Study on ZIF-67/rGO nanomaterials synthesis and

determination of Rhodamine B by the voltammetric method using ZIF-

67/rGO-GCE modified electrode.

Page 32: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

3

- Study on ZIF-67/g-C3N4 composite nanomaterial synthesis and

simultaneous determination of uric acid and acetaminophen by the

voltammetric method using ZIF-67/g-C3N4-GCE modified electrode.

- Study on Fe3O4/ZIF-67 nanomaterial synthesis and adsorption

application of some organic dyes.

3. The new contributions of the thesis

- ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4 and Fe3O4/ZIF-67 materials was

synthesized with high porosity and high specific surface area.

- A method of electrochemical analysis has been developed for

simultaneous determination acetaminophen and uric acid by

differential pulse anodic striping voltammetry method (DP-ASV)

using a ZIF-67/g-C3N4-modified electrode. This result has been

published in the Journal of Nanomaterials, Volume 2020,

https://doi.org/10.1155/2020/7915878. (SCIE, Q2, IF = 1.9).

- A method of electrochemical analysis has been developed for

analysis of Rhodammine B in foods by differential pulse voltammetry

method (DP-ASV) using a ZIF-67/rGO modified electrode. This result

is published in the Journal of Nanomaterials, Volume 2020,

https://doi.org/10.1155/2020/4679061 (SCIE, Q2, IF = 1.9).

- Fe3O4/ZIF-67 material has high adsorption capacity of many

dyes and is easily recovered in magnetic field.

4. The structure of the thesis

The thesis is arranged as follows:

- Introduction

- Chapter 1. Literature review.

- Chapter 2. Research objectives, contents and methodlogy.

- Chapter 3. Results and discussions.

- Conclusions.

- List of publications.

Page 33: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

4

THESIS CONTENT

Chapter 1. OVERVIEW

- Introductrion to metal-organic framework materials

- Zeolite imidazole framework-67 (ZIF-67) material

- g-C3N4 material

- Reduced graphene oxide material

- Some researches on the application of ZIF-67-based composite

materials

- Determination of Rhodamine B (RhB), uric acid (URA) and

acetaminophen (ACE) by electrochemical method

Nowaday, the voltammetric approaches have been recognized

as the potential methods for the detection of organic and inorganic

compounds in trace amount as they offer a simple, low cost, highly

selective, and in situ operational procedure. The development of novel

electrodes by modifying them with hybrid organic-inorganic materials

provides potential tools in trace analysis of not only RhB but other

organic and inorganic substances. In this thesis, we will synthesize

composites of ZIF-67 with g-C3N4 or rGO to create a hybrid material

that combines the outstanding properties of ZIF-67 (large specific

surface area, have many acitve sites) and g-C3N4 or rGO (superior

electrical conductivity and chemical stable behaviors) and can be used

as electrode modifiers in electrochemical analysis. In addition, we also

synthesized magnetic materials Fe3O4/ZIF-67 with large specific

surface area for application in adsorption of some organic dyes.

Chapter 2. CONTENTS AND METHODS

2.1. Contents

- Study on ZIF-67/rGO nanomaterials synthesis and

determination of Rhodamine B by the voltammetric method using ZIF-

67/rGO-GCE modified electrode.

Page 34: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

5

- Study on ZIF-67/g-C3N4 composite nanomaterial synthesis and

simultaneous determination of uric acid and acetaminophen by the

voltammetric method using ZIF-67/g-C3N4-GCE modified electrode.

- Study on Fe3O4/ZIF-67 nanomaterial synthesis and adsorption

application of some organic dyes.

2.2. Methods

2.2.1. Analytical methods

X-ray diffracion (XRD);

Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Despersive X-ray

spectroscopy and EDS-elemental mapping;

Tramistion Scanning Microscopy (TEM);

Nitrogen adsorption and desorption isotherms (BET);

X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);

Raman spectroscopy;

Fourier Transformation Infared (FT-IR);

High-performance liquid chromatography;

Stripping voltammetry.

2.2.2. Chemicals

2.2.3. Synthesis of materials

Synthesis of reduced graphene oxide (rGO)

Synthesis of ZIF-67, ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4, Fe3O4/ZIF-67

materials

2.2.4. Modification of glassy carbon electrode (GCE) by ZIF-

67/rGO and ZIF-67/g-C3N4 materials

- Preparation of Glassy Carbon Electrode (GCE)

A glassy carbon electrode (GCE) (2.8 mm diameter) was polished

using 0.05 mm alumina slurry and rinsed thoroughly with distilled

water. The electrode was immersed in HNO3 2M, then the electrode

was rinsed thoroughly.

Page 35: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

6

- Modification of GCE electrode by ZIF-67/rGO material

A 1 mg.L-1 suspension of ZIF-67/rGO in water was prepared by

dispersing 10 mg ZIF-67/rGO into 10 mL of distilled water under

ultrasonic condition for 4 hours. The modified electrode was obtained

by drop-cast 5 μL of ZIF-67/rGO suspension on the surface of GCE

and then dried at ambient temperature. The rGO or ZIF-67 modified

electrode was fabricated in a similar manner by replacing ZIF-67/rGO

suspension with ZIF-67 or rGO one.

- Modification of GCE electrode by ZIF-67/g-C3N4 material

2 milligrams of ZIF-67/g-C3N4 was dispersed in 1 mL methanol

under ultrasonic agitation for 60 min, resulting in a homogeneous

purple suspension. 5 μL of ZIF-67/ g-C3N4 suspension was dropped on

the electrode surface. Then, the modified electrode was then dried at

ambient temperature to obtain a ZIF-67/ g-C3N4 /GCE.

- Electrochemical Measurements

The electrochemical measurements of URA and ACE were

performed using cyclic voltammetry (CV) and differential pulse

voltammetry (DPV). 2.2.5. Study on the dye adsortion capacity of Fe3O4/ZIF-67

In this section, we focus on three main topics: kinetic sudy,

isothermal study, thermodynamic stydy.

Chapter 3. RESULTS AND DISCUSSIONS

3.1. Synthesis of ZIF-67/rGO material and application of voltammetric

determination of Rhodamine B using a ZIF-67/rGO modified GCE

electrode.

3.1.1. Preparation of ZIF-67/rGO

The analysis results of X-ray diffraction (XRD) showed that

graphene oxide reduction was successful. ZIF-67 exhibited

characteristic picks according to CCDC671073. The formation of ZIF-

67/rGO composite can be confirmed with apparance of the

characteristic picks of ZIF-67 but in lower intensity.

Page 36: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

7

The morphology of the obtained materials was observed by TEM

and SEM images. The TEM image of rGO shows a stacked and

crumpled morphology. SEM observation shows that ZIF-67 particles

aggregated and were in uniform polyhedra morphology with the size

of 140 nm. The TEM image of ZIF-67/rGO composite shows that the

ZIF-67 particles with an average size of 50-70 nm dispersed well on

rGO sheet.

The formation of ZIF-67, rGO and ZIF-67/rGO composite is also

confirmed by the FT-IR spectra. For ZIF-67 and rGO: there was a

characteristic vibration of ZIF-67, rGO. Meanwhile, ZIF-67/rGO

exhibits a combination of infrared peaks of ZIF-67 and rGO.

The Raman spectra of rGO and ZIF-67/rGO showed that the

intensity ratio of ID/IG is 1.02 for rGO and 2.01 for ZIF-67/rGO. The

results confirm that the composite consists of rGO and ZIF-67

structures.

The oxidation states of elements were examined by XPS

spectrum. The results show that, Co(II) is the main form in the as-

prepared ZIF-67 material.

The textural properties of ZIF-67, rGO and ZIF-67/rGO were

examined via nitrogen adsortion-desortion isotherms (3.6 figure). The

ZIF-67 material exhibits a typical type-I adsortion isotherm with a high

amount of N2 adsortion indicating high porosity. An increase in

adsortion volume at a low relative pressure indicates the existence of

micropores in all ZIF-67 samples. The isotherms curves of rGO and

ZIF-67/rGO belong to typical type IV according to IUPAC

classfication. The presence of the hysteresis loop at high relative

pressure region indicates the existence of mesopore which can be

attributed to the void among the primary particals. The specific surface

areas of ZIF-67, rGO and ZIF-67/rGO derived from the BET model

are found to be 1330 m2.g-1, 319 m2.g-1, and 498 m2.g-1, respectively.

3.1.2. Differential pulse anodic stripping voltammetry

Page 37: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

8

determination of Rhodamine B using a ZIF-67/rGO modified

electrode

3.1.2.1. The electroactive surface area of ZIF-67/rGO-GCE

electrode

The electrodechemical behavior of different electrodes was

characterized by cyclic voltammetry (CV) experiments on

K3[Fe(CN)6] solution. The results show that it is a reversible process.

Therefore, the anodic peak current (Ipa) is proportional to the square

root of scan rates (v1/2) as described in Randles-Sevcik formula:

Ipa = 2,69 x 105n3/2AD1/2C0v1/2 (3.1)

The value of surface area of electrode is found: AGCE = 0.070 cm2,

AZIF-67/rGO-GCE = 0.117 cm2

3.1.2.2. Cyclic Voltammetry behavior of RhB at ZIF-67/rGO-GCE

The results of survey show that (figure 3.8) this is an irreversible

process. The peak current of RhB with ZIF-67/rGO-GCE electrode is

2.2 times higher compared with rGO-GCE.

Effect of pH

pH = 7 was selected for futher experiments.

The linear regression equation of Ep against pH is expressed as

follows:

Ep = (1.27 ± 0.03) + (-0.053 ± 0.003) pH r = 0.993 (3.2)

The value of 0.053, that close to the theoretical Nestian value of

0.0592 (figure 3.9c), implies that the oxidation reaction of RhB at

electrode involves an equal number of electrons and protons.

Effect of scan rate

Upon increasing scan rates, the magnitude of anodic peak current

grows along with the shift of peak potential to more positive value

(figure 3.10a).

The linear regression equation of Ip vs v1/2 is derived as follows:

Ipa = (0.039 ± 0.008) v1/2 + (0.027 ± 0.0045), r = 0.993 (3.3)

The intercept varies from 0.022 to 0.032 which means that the

oxidation of RhB at the modified electrode is an adsorption controlled

process.

Page 38: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

9

The number of electrons transferred during the oxidation process

can be determined via the relation of peak potential (Ep) and natural

logarithm of scan rate expressed by Laviron equation, n = 1.98. The

oxidation mechanisms for RhB can involve two electrons and two

protons. The oxidation mechanism of RhB on the electrode surface can

be illustrated in Scheme 3.2.

Scheme 3.1. Oxidation mechanism of RhB.

Scheme 3.2. The proposed mechanism of electrode process for RhB oxidation

3.1.2.3. Determination of measurement specifications

The result of survey show that: Eacc = - 0.2 V; tacc = 20 s; ΔE =

0.06 V; Ustep = 0.008V.

3.1.2.4. Inteference study

In this study: For inorganic salts, except for Na2SO4, tested at 50-

fold excess, all other inorganic substances at 100-fold excess show no

interference effect on the detection of RhB. Similarly, saccarine (at

100-fold excess), glucose (60-fold excess), sodium benzodate and

saccharine (50-fold excess) do not interfere the signal of RhB.

3.1.2.5. Reproducibility, repeatability, linear range and limit of detection

Reproducibility: was investigated with nine individual ZIF-

67/rGO-GCEs in the detection of 5.7 µg.L-1 RhB under the optimized

Page 39: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

10

conditions. It was found that a good reproducibility the RSD of the

current responses of 7.0 % can be obtained.

Repeatability: The repeatability of ZIF-67/rGO-GCE for DP-

ASV method was studied with determination of 5.7, 21.1 and 44.1

µg.L-1 RhB for nine times. The obtained RSD was 6.2, 3.9 and 0.8 %

respectively, which are lower than the value of ½ RSDHorwitz predicted.

Linear range: In the range of RhB concentration from 0.96 - 44.07

µg.L-1, between the Ip and RhB concentration have a good linear

correlation with r > 0.99 (Figures 3.12a and 3.12b).

Limit of detection (LOD): is calculated by 3σ regulation. We

found that LOD = 1.79 µg.L-1.

The detection performance of the ZIF-67/rGO-GCE modified

electrode in DP-ASV method was compared with the other methods as

shown in Table 3.2. The linear range and LOD of RhB at the ZIF-

67/rGO-GCE are almost lower than the results reported previously.

Table 3.2. Comparison of LOD and linear range of the proposed

method with the previous methods.

Methods Linear range

(µg.L-1)

LOD

(µg.L-1) References

MSPE followed by HPLC 0,5 - 150 0.08 [28]

Solid phase extraction followed

by UV-Vis spectrophotometry 250 - 3000 3.40 [125]

Fluorimetric method 0.0467 - 100 0.014 [3]

DPV method using nano

gold/hollow carbon nanosphere 4.79 - 958.00 0.96 [166]

SPZP/NAF-GCE, DPV 0.005 - 2.395 2.06 [172]

Cu@CS-GCE, DPV 143,7 - 1437 47.90 [129]

GCE electrode, DPV 4.78 - 956.1 2.93 [167]

ZIF-67/rGO modified

electrode, DP-ASV 0.96 - 44.07 1.79 This study

3.1.2.6. Real sample analysis

Table 3.3. Rhodamine B detection in food samples using the DP-

ASV and HPLC method

DP-ASV HPLC

Page 40: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

11

Sampl

e

RhB added

(μg.mL-1)

RhB found

± SD

(μg.mL-1)

ReV

(%)

RhB found

± SD

(μg.mL-1)

ReV

(%)

Tomat

o sauce

#1

0 0

98

0

99 100 98.0 ± 0.9 99.2 ± 0.5

Tomat

o sauce

#2

0 0

96

0

101 100 95.9 ± 0.8 101 ± 1

Chili

sauce

0 0 103

0 98

100 103.0 ± 2.0 98.3 ± 0.2

SD: standard derivation; ReV: recovery

3.2. Study on ZIF-67/g-C3N4 synthesis and simultaneous

determination of uric acid and acetaminophene by

electrochemical method using ZIF-67/g-C3N4-GCE modified

electrode

3.2.1. ZIF-67/g-C3N4 preparation

In the XRD pattern of ZIF-67/g-C3N4, all the characteristics peaks

of g-C3N4 and ZIF-67 are reduced significantly but still clearly

observed.

The TEM image of g-C3N4 (figure 3.14a) exhibits nanorods with

50 nm diameters, while the morphology of ZIF-67 consists of uniform

polyhedrons of 134.2 ± 5.6 nm (figure 3.14b). ZIF-67 particles of

around 10-20 nm which are highly dispersed on the g-C3N4 matrix

(figure 3.14c)

Figure 3.14. a) TEM of g-C3N4; b) SEM of ZIF-67; c) TEM of ZIF-

67/g-C3N4.

To determine the chemical composition and the elemental state of

(a) (b) (c)

Page 41: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

12

ZIF-67/g-C3N4, its XPS was performed. As can be seen in figure 3.15a,

the composite mainly consists of C, N and Co with binding energy at

around 285, 400 and 795 eV, respectively. Co ions in ZIF-67/g-C3N4

are divalent.

XRD results show that (figure 3.16), the composite is stable in

aqueous in the range of pH = 3÷11.

10 20 30 40 50

(011)

ên

g ®

é /arb

.

2-theta / ®é

as synthesized ZIF-67/C3N

4

ZIF-67/g-C3N

4(pH=9)

ZIF-67/g-C3N

4(pH=3)

ZIF-67/g-C3N

4(pH=1)

ZIF-67/g-C3N

4(pH=11)

10

0 c

ps.

(002)

(112)

(022)

(013)

(222)

(114)

(233)

(244)

(134)

(044)

Figure 3.16. XRD patterns of ZIF-67/g-C3N4 in water with

different pH

3.2.2. Electrochemical behaviour

3.2.2.1. Effect of electrodes

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

I /

m

E / V

GCE

g-C3N

4/GCE

ZiF-67/GCE

ZiF-67/g-C3N

4/GCE

(a)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

Ip /

mA

V / L

URA

ACE(b)

Figure 3.17. a) CVs at different electrodes in 0.1 M BR-BS pH 9

containning equal concentrations of 0.5 mM URA and ACE; b) effect

of ZIF-67/g-C3N4 amount on anodic peak curent.

Figure 3.17 reveal that ZIF-67/g-C3N4 significantly promotes the

electron transfer, and thus, oxidation of URA and ACE.

3.2.2.2. Effect of CTAB

Page 42: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

13

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06270 M CTAB

I /

E / V

(a)

0 M CTAB

0 50 100 150 200 250 3000.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

E

p / V

CCTAB

/

(b)

Figure 3.18. a) CVs at ZIF-67/g-C3N4-GCE in 0.1 M BR-BS

containing CURA = CACE = 0.5 mM and various concentrations of

CTAB; b) pick-to-peak separation as a function of CTAB

concentration.

The concentration of 150 µM for CTAB is suitable for futher

experiments.

3.2.2.3. Effect of pH

The value of pH = 9 is selected for futher experimentals.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 7

8

9

10

I /

(a)

E / V

6 7 8 9 10 11

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35 (b) URA

ACE

Ep /

V

pH6 7 8 9 10 11

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030(c)

URA

ACE

p /

mA

pH

Figure 3.19. a) CVs recording at ZIF-67/C3N4-GCE in 0.1 M BR-BS

buffer pH = 7÷10 contaning equal concentrations of 0.5 mM URA, ACE

and 150 μM CTAB; b) The plot of Ep vs pH; c) The plot of Ip vs pH.

The anodic peak potential corresponds well to pH ranging from 7

to 10 with high correlation coefficients, r = 0.985 and 0.999.

Page 43: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

14

3.2.2.4. Effect of scan rate

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

I /

E / V

(a)

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80.00

0.02

0.04

0.06(b)

Ip

URA

ACE

-2.4 -2.2 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.60.0

0.1

0.2

0.3

0.4

URA

ACE

Ep /

V

ln

(c)

Figure 3.20. a) Scan rate dependence of peak potential and peak

current; b) the linear plots of Ip vs ν1/2; c) Ep vs lnv

(Experimental conditions: CCTAB =150×10–6 M , CURA = CACE =

0,5×10–3 M in 0.1 M BR-BS buffer, pH 9)

The linear regression equations of Ip vs v1/2 are expressed as

follows:

Ip, URA = (-0.160±0.033)+(0.100±0.006)v1/2 r = 0.995 p < 0.001 (3.9)

Ip, ACE = (-0.023±0.019)+(0.091±0.011)v1/2 r = 0.979 p = 0.004

According to Laviron theory, value n was calculated is 1.9 for

ACE and 1.98 for URA. This means that two electrons and two protons

are mechanism for ACE. In the case of URA, the ratio of the number

of protons and transferred electrons is not equal.

The oxidation mechanism for ACE and URA at the modified

electrodes is proposed in scheme 3.3.

Page 44: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

15

Scheme 3.3. Proposed mechanism of URA and ACE oxidation

at the ZIF-67/g-C3N4-modified electrode.

3.2.3. Interferent study

The results of study show that the interference of inorganic salts

is insignificant. However, some organic compounds, such as glucose

interfere but only at high concentrations.

Table 3.4. Tolerance limits of interferents, Ctol (5.10–7 M URA or

5.10–7 M ACE in 0.1 M BR-BS buffer, pH 9 and 150 µM CTAB)

Interfering

subtances

Ctol (μM)

URA

(0.5 μM) RE (%)

ACE

(0.5 μM)

RE (%)

Glucose 75 -4.55 75 4.90

Sucrose 75 -4.30 75 4.99

Oxalate 75 -4.79 150 4.85

NaNO3 150 -4.92 150 4.86

CaCl2 100 2.49 100 -3.40

K2SO4 150 4.20 150 -3.10

(NH4)2SO4 100 -3.26 100 4.38

KHCO3 150 -4.32 150 3.19

3.2.4. Stability, Repeatability and Linear range

Stability: The RSDs of Ip for URA and ACE were 7.72 and 7.02

%, respectively. These value were lower than ½ RSDH.

Repeatability: was evaluated by using a RSD for nine consecutive

determinations of 5×10–7 M URA and 5×10–7 M ACE. The RSD of

URA and ACE is 1.03 and 1.52, which is lower than 1/2RSDHorwitz

indicates that the proposed DP-ASV method exhibits high stability.

Linear range: CURA = 0.02 - 0.65 µM, Ip increases linearly with

CURA in the presence of ACE with LOD of 0.055 µM. Similarly to ACE

with LOD of 0.056 µM. Figure 3.23a represents the DP-ASV curves

recorded for the simultaneous addition URA and ACE in the

concentration range between 0.02 and 0.65 µM. The plots of Ip,URA and

Page 45: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

16

Ip,ACE vs the URA and ACE concentrations are shown in Fugure 3.23b.

The linear regression equations are expressed as belows:

Ip, URA = (0.06 ± 0.05) + (5.82 ± 0.03) x CURA r = 0.998 (3.12)

Ip, ACE = (0.14 ± 0.04) + (5.84 ± 0.11) x CACE r = 0.999

The LOD of URA and ACE are 0.052 μM and 0.053 μM,

respectively. The similarity in LOD of URA and ACE individuals.

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0

1

2

3

4

I /

E / V

(a)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

1

2

3

4

URA

ACE

Ip /

C / A

(b)

Figure 3.23. a) DP-ASV recorded at ZIF-67/C3N4-GCE in 0.1

M BR-BS pH 9 containing equal concentrations varying from 0.2 to

6.5 µM; b) Plot of anodic peak current as a function of analyte

concentration

Table 3.5 shows the ability of the ZIF-67/g-C3N4-GCE electrode

for the URA and ACE determination compared with other reported

electrodes. The present electrode has a much lower limit of detection

for the determination of URA and ACE with most modified materials.

Table 3.5. Comparison of some LOD and linear range of different

modified electrodes for the determination of URA and ACE.

Electrode Linear range (µM)

(URA/ACE)

LOD (µM) Reference

URA ACE

RTIL-MWCNTs-CHIT-CGE (2 - 450)/(1 - 400) 0.34 0.24 [68]

Fc-S-Au/C NC/graphene/GCE (0.6 - 92)/(0.5 - 46) 0.2 0.1 [153]

SWCNTs-CHIT-RTIL/GCE (3 - 320)/(2 - 200) 0.27 0.11 [1]

MWCNTs-CHIT/GCE (10 - 400)/ (2 - 250) 0.4 0.16 [9]

ZIF-67/g-C3N4-GCE (0.2 - 6.5)/(0.2 - 6.5) 0.052 0.053 This study

3.2.5. Biochemical analysis Application

Page 46: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

17

ZIF-67/g-C3N4-modified electrode was utilized in the real sample

analysis. Human urine samples was collected from three healthy

volunteers. The amount of URA and ACE in the samples is presented

in Table 3.6. The recovery of the proposed method varies in the

acceptable range of 90 -110 %.

Table 3.6. URA and ACE detection in urine samples obtained using

the proposed mthod and HPLC

Sample Analytes Added (μM)

Founda (μM)

Rev (%)

HPLC (μM)

Urine #1 URA

0 22.69 99.4

-(a) 10 32.63 32.77

ACE 0 0

96.7 -

10 9.67 9.81

Urine # 2 URA

0 26.11 97.8

- 10 35.89 35.92

ACE 0 0

98.0 -

10 9.80 9.85

Urine # 3 URA

0 25.03 96.9

- 10 34.72 34.81

ACE 0 0

104.0 -

10 10.4 9.80 (a) No analysis.

3.3. The synthesis of Fe3O4/ZIF-67 material and application as a

dye adsorbent

3.3.1. The synthesis of Fe3O4/ZIF-67

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2 theta / ®é

C­êng ®

é (

arb

.)

ZIF-67

Fe3O4@ZIF-67

50000 c

ps

(a)

10 20 30 40 50 60 70 80

0

500

1000

1500

2000

(440

)

(511

)(4

22

)

(400

)

(311

)

ên

g ®

é (

co

un

ts)

2-theta / ®é

(b)

(220

)

Figure 3.24. a) XRD patterns of ZIF-67 and Fe3O4/ZIF-67, b) XRD

patterns of ferromagnetic oxide

The results from XRD patterns show that there is a composite

Page 47: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

18

formation of Fe3O4 and ZIF-67.

The results of FT-IR spectra also showed the appearance of both

characteristic peaks of ZIF-67 and Fe3O4 particles.

Figure 3.26. a) SEM of ZIF-67; b) SEM of Fe3O4/ZIF-67; c) TEM of

Fe3O4/ZIF-67

Figure 3.26 shows the SEM image of the ZIF-67 and Fe3O4/ZIF-

67. The morphology of ZIF-67 consists of smooth surface uniform

polyhedrons particles of around 0.5 - 1 µm in size (Figure 3.26a).

Meanwhile, the Fe3O4 particles exhibit a nanoscale with 20 nm

diameters (Figure 3.26b). Fe3O4/ZIF-67 particles are about 0.3 - 0.5

µm smaller in size and the surface become rougher due to the adhering

of Fe3O4 particles.

(a) (b)

(c)

(b) (c)

1µm

Page 48: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

19

Figure 3.27. a) EDX spectrum; b) image of SEM; c) EDX maping

(Co red; C black, O blue, Fe green, N dark blue)

Figue 3.27a shows EDX spectrum of Fe3O4/ZIF-67. The

spectrum of element map in Figure 3.27c reveals that the elements that

make up the composite are interlaced, especially iron element is

dispersed well on the ZIF-67 surface.

The saturation magnetization of Fe3O4 and Fe3O4/ZIF-67 is 62 and

6 emu.g-1, respectively. This is a superparamagnetic material.

The specific surface areas of Fe3O4, ZIF-67 and Fe3O4/ZIF-67

were calculated from the BET model are found to be 105.3, 1403.4 and

1123.9 m2.g-1, respectively.

3.3.2. Application in dyes adsorption

3.3.2.1. Adsorption of Methyl Orange (MO)

Study on adsortion kinetics

The kinetic of MO adsorption on the Fe3O4/ZIF-67 material with

different initial concentrations are shown in Figure 3.30. The results

showed that the equilibrium adsorption capacity increased from 91

mg.g-1 to 150 mg.g-1 with the increase in initial concentration of MO

from 40 mg.L-1 to 60 mg.L-1. The MO adsorption is initially rapid (0 -

5 minutes). The time to reach adsorption equilibrium between

Fe3O4/ZIF-67 and MO was about 30 minutes.

0 10 20 30 40 50 600

20

40

60

80

100

120

140

160

qt / m

g.g

-1

t / min

60 mg/L

40 mg/L

20 mg/L

Figure 3.30. Adsorption pattern of MO on Fe3O4/ZIF-67

(Experimental Condition: initial concentration of MO = 20 - 60 mg.L-1;

mass of adsorbent = 0.2 g; volume of color solution = 2000 mL)

Page 49: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

20

First and second apparent kinetic models are used to study the

apparent kinetics of the adsorption process.

The pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models

were used to investigate the kinetics of MO adsortion. The

experimental data agree very well with the pseudo-second-order model

due to the correlation coefficients have high value (R2 = 0.97 – 0.99 %)

and the values of qe,cal are close to the values of qe,exp.

Table 3.7. The kinetic parameters of the apparent pseudo-first-order

and the pseudo-second-order model

Concentration

(mg·L–1)

Apparent pseudo-first-order

model

Apparent pseudo-second-

order model

k1

(min–1)

qe,cal

(mg·g–1)

qe,exp

(mg·g–1)

R2

k2

(mg–1·g

·min–1)

qe,cal

(mg·g–1)

qe,exp

(mg·g–1)

R2

20 2.202 36.400 91.500 0.870 0.011 90.100 91.500 0.990

40 2.308 100.300 112.300 0.860 0.010 115.000 112.300 0.980

60 2.410 95.300 150.100 0.660 0.009 149.1 150.100 0.970

Thermodynamic study

The values of ΔGo, ΔHo

, ΔSo are given in Table 3.8. The positive

value of ΔHo means the adsorption process of MO on Fe3O4/ZIF-67 is

an endothermic nature. The negative values of Gibbs free energy

change plus the positive value of the standard entropy change indicate

that the adsorption reaction can happen by itself with high affinity.

Table 3.8. Thermodynamic parameters

Temperature

(K)

Equilibrium

concentration

(mg.L-1)

Equilibrium

adsorption

capacity

(mg.g-1)

ΔHo

(J.mol-1)

ΔSo

(J.mol-1.K-1)

ΔGo

(J.mol-1)

313 50.10 99.00 -1840.24

323 45.51 144.95 32598.40 110.0 -2940.51

333 41.85 181.50 -4040.79

343 37.48 225.20 -5141.06

353 44.89 150.11

Page 50: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

21

The study of equilibrium adsorption

The experimental isotherm adsorption data of MO on Fe3O4/ZIF-

67 material were analyzed by linear and nonlinear forms are not much

different, which are suitable for both Langmuir and Freudlich models.

It explains that the adsorption process is monolayer and the surface of

the adsorbent is a heterogenous one.

Table 3.9. Isothermal parameters of Langmuir and Freundlich

models at different temperatures

Temperature

Langmuir isothermal model Freundlich isothermal model

qmom

(mg·g–1)

KL

(L·mg–1) R2 p

KF

(L·g–1) n R2 P

298

(nonlinear) 223.7 0.091 0.994 37.95 2.29 0.967

298

(linear) 238.1 0.079 0.994 0.003 33.21 2.10 0.960 <0.001

Table 3.10 shows that Fe3O4/ZIF-67 materials had a very high MO

adsorption capacity compared to the reported materials.

Table 3.10. Comparison of adsorption capacity for MO with some

reported studies

Order Adsorbent Adsorption capacity

(mg·g–1) References

1 Fe3O4/ZIF-67 223.7 This study

2 Multiwalled carbon nanotubes 50.2 [165]

3 Mesoporous carbon 291.1 [98]

6 Hypercrosslinked polymer 404.4 [92]

7 Hypercrosslinked polymeric HJ1 76.92 [62]

8 Calcined layered double hydroxides 200 [105]

9 Orange peel 20.5 [7]

10 Banana peel 21 [7]

3.3.2.2. Study of adsorption capacity of congo red (CGR), methylene

blue (MB) and Rhodamine B (RhB)

Fe3O4/ZIF-67 material is also applied to study adsorption

isotherms of CGR, MB and RhB. The results showed that

Page 51: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

22

experimental equilibrium data were fitted with the Langmuir

isothermal model (Table 3.11).

The results in Table 3.12 reveal that Fe3O4/ZIF-67 has very high

adsorption capacity for CGR dye. The adsorption capacity for MB and

RhB on Fe3O4/ZIF-67 is also higher or equivalent to that of other

adsorbents.

Table 3.11. Langmuir and Frendlich adsorption isotherms and some

other dyes of Fe3O4/ZIF-67 material

Adsorption

dye

Langmuir model Freundlich model

qmom

(mg.g-

1)

KL

(L.mg-

1)

R p qmom

(mg.g-1)

KF

(L.mg-

1)

n R p

Congo red 151.50 1.380 0.931 0.01 322.10 77.61 2.29 0.999 <

0.01

Rhoda-mine B 78.13 0.003 0.987 < 0.01 38.05 4.45 1.58 0.989 0.16

Methyl-ene

blue 36.23 0.023 0.909 0.021 14.988 1.67 1.55 0.919

<

0.01

Table 3.12. Adsorption capacities of various adsorbents for CGR,

MB, and RhB at room temperature.

Order Adsorbent Dyes BET

(m2·g–1)

qe

(mg·g–1) Reference

1 Fe3O4/ZIF–67 CGR* 1123.9 151.5 This study

2 Bagasse ash CGR 168 11.8 [103]

3 Activated carbons

comercial grade CGR 390 0.637 [103]

4 Activated carbons

mesoperous CGR 370 - 679 52 - 189 [99]

5 Nanosheets Ni(OH)2 and

NiO CGR 127 - 201 39.7 - 152 [32]

6 Chitosan hydrogel beads

impregnated with cetyl

trimethyl ammonium

bromide

CGR - 352 [26]

7 Chitosan hydrogel beads

impregnated with

nanotube carbon

CGR 237.8 450.4 [26]

Page 52: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

23

8 Spinel CoFe2O4 CGR N/A 244.5 [153]

9 Natural zeolites modified

with N,N-dimethyl

dehydroabietylamine

oxide

CGR N/A 69.49 [96]

10 Fe3O4/ZIF–67 MB** 1123.9 36.2 This study

11 Al–MCM–41 MB N/A 66.5 [187]

12 coir pith carbon India MB 167 5.87 [75]

13 Fe3O4/ZIF-8 MB 1068 20.2 [185]

14 Fe3O4/ZIF-67 RhB*** 1123.9 78.3 This study

15 Coffee ground RhB - 5.255 [129]

16 Mn2O3/MCM-41 RhB 793 23.9 [59]

17 Al–MCM–41 RhB 625 91 [187]

*CGR: Congo red; **MB: Methylene blue; ***RhB: Rhodamine B

Page 53: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

24

CONCLUSIONS

1) The synthesis of ZIF-67/rGO composite was successfully

studied. The morphology of ZIF-67/rGO consists of ZIF-67 nano-

particles highly dispersed on the rGO matrix and possesses a high

specific surface area. The ZIF-67/rGO-modified GCE electrode can be

used to quantitate Rhodamine B with differential pulse voltammetric

method with a broad linear range, from 0.96 to 44.07 μg.L-1 and a low

limit of detection of 1.79 μg.L-1. The analytical procedure was able to

be applied to quantitatively determine RhB contents in some food

samples with an recovery rate from 98% to 103 %. The quantitative

results highly agreed with provided by high-performance liquid

chromatography method, revealing that this material is promising in in

situ monitoring of toxic additive Rhodamine B in food.

2) ZIF-67/g-C3N4 was successfully synthesized using the

ultrasonic-assisted approach. The obtained material exhibits a large

specific surface area and high stability in pH ranging of 3 to 11. An

electrochemical analysis method used ZIF-67/g-C3N4 as a modifier

electrode for the simultaneous voltammetric determination of ACE

and URA with cetyltrimethylammonium bromide as a discriminating

agent has been developed. The linear relation of the oxidation peak

current of URA and ACE and the concentration ranging from 0.2 μM

to 6.5 μM, provides a low detection limit of 0.052 μM for URA and

0.053 μM for ACE. The proposed method was applied to

simultaneously analyze URA and ACE in human urine with satistical

comparable results with HPLC method.

3) Fe3O4/ZIF-67 exhibits high surface area, superparamagnetic

was successfully synthesized. The material had high adsorption

capacity with MO, MO kinetics followed the pseudo-second-order

model. In addition, Fe3O4/ZIF-67 material has a high adsorption

capacity with many dyes such as MB, RhB and CGR. The adsorption

process followed the Langmuir model.

Page 54: VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ ZIF-67: TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

LIST OF PUBLICATIONS

1. Huynh Truong Ngo, Le Thi Hoa, Ho Van Minh Hai (2020). Pulse

differential voltammetric determination of Rhodamine-B with ZIF-

67/rGO-modified glassy carbon electrode. Hue University Journal of

Science: Natural Science, Vol.130, No.1A, pp.77-86.

2. Bui Quang Thanh, Huynh Thi Thanh Phuong, Huynh Truong Ngo

(2020). Kinetic and Equilibrium studies of Methyl Orange adsorption

using Fe3O4/ZIF-67 hybrid material. Journal of Science and

Technology, University of Sciences, Hue University, Vol.16, No.2,

pp.89-99.

3. Huynh Truong Ngo, Le Thi Hoa, Nguyen Tan Khanh, Tran Thi

Bich Hoa, Tran Thanh Tam Toan, Tran Xuan Mau, Nguyen Hai

Phong, Ho Sy Thang and Dinh Quang Khieu (2020). ZIF-67/g-C3N4-

Modified electrode for Simultaneous Voltammetric Determination of

Uric acid and Acetaminophen with Cetyltrimethylammonium

bromide as Discriminating agent. Jornal of Nanomaterials.

https://doi.org/10.1155/2020/7915878 (SCIE, Q2, IF = 1,9).

4. Huynh Truong Ngo, Vo Thang Nguyen, Tran Đuc Manh, Tran

Thanh Tam Toan, Nguyen Minh Triet, Nguyen Thi Vuong Hoan,

Nguyen Thanh Binh, Tran Vinh Thien and Đinh Quang Khiếu (2020).

Voltammetric determination of Rhodamine B using ZIF-67/reduced

graphene oxide modified electrode. Jornal of Nanomaterials.

https://doi.org/10.1155/2020/4679061 (SCIE, Q2, IF = 1,9).

.