Chế tạo màng xúc tác quang trên cơ sở cao su thiên nhiên với titan dioxit và zeolit A ứng dụng trong xử lý xanh metylen

JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 1, March 2021, 016-020 
16 
Chế tạo màng xúc tác quang trên cơ sở cao su thiên nhiên 
với titan dioxit và zeolit A ứng dụng trong xử lý xanh metylen 
Preparation of Photocatalyst Membrane from Natural Rubber 
with Titanium Dioxide and Zeolite A for Methylene Blue Treatment 
Nghiêm Thị Thương*, Nguyễn Thi Hương, Trần Thị Thúy, Nguyễn Phạm Duy Linh
Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam 
*Email: thuong.nghiemthi@hust.edu.vn 
Tóm tắt 
Trong công trình này, một phương pháp đơn giản được sử dụng để chế tạo màng quang xúc tác trên cơ sở 
cao su thiên nhiên kết hợp với titan dioxit và zeolit. Bằng phương pháp trộn hợp dạng latex cao su với huyền 
phù của TiO2 (pha anatase) và zeolit A trong NH4OH, mẫu sau đó được đổ vào đĩa petri và sấy khô ở 50 oC. 
Các đặc tính của màng quang xúc tác được đánh giá và kiểm tra bằng phương pháp SEM, XRD và đo cơ 
tính. Khả năng xử lý màu của màng quang xúc tác được đánh giá qua việc sử dụng chất màu xanh metylen 
là chất đại diện. Kết quả cho thấy màng xúc tác với hàm lượng rất nhỏ TiO2 và zeolit A có khả năng làm mất 
màu xanh metylen dưới sự chiếu sáng của đèn UV. Ảnh hưởng của hàm lượng zeolit đến khả năng phân 
hủy chất màu cũng được khảo sát. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng tiến hành đánh giá khả năng tái xử lý chất 
màu của màng quang xúc tác HANR/TiO2/ZA và kết quả cho thấy màng vẫn giữ được khả năng xử lý chất 
màu. Cơ tính của màng có giảm ít sau khi màng được tái sử dụng. 
Từ khóa: Cao su thiên nhiên, titan dioxit, zeolit, xúc tác quang, xanh metylen. 
Abstract 
A simple method for the preparation of a catalyst membrane from natural rubber with titanium dioxide and 
zeolite A was presented in this work. This simple method was based on the mixing TiO2 suspension 
(anatase phase), zeolite suspension in NH4OH with natural rubber latex and subsequently casting the 
mixture into membrane followed by drying at 50 oC. The characteristics of the composite membrane were 
studied by using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometer (XRD) techniques and 
mechanical properties measurements. The photocatalytic activity of the HANR/TiO2/ZA was evaluated using 
methylene blue (MB) as a model for organic dye pollutant in water. The results showed that the catalyst 
membrane prepared with a small amount of TiO2 together with zeolite A could rapidly degrade MB dye 
solution in water under UV light irradiation. The effect of amount of zeolite A on the degradation of MB was 
also investigated. Furthermore, we evaluated the reusability of the membrane and the result showed that the 
catalytic ability of the membrane on MB degradation decreased a little. The mechanical property of the 
catalyst membrane was slightly decreased after recycling. 
Keywords: natural rubber, titanium dioxide, zeolite A, photocatalyst, methylene blue 
1. Giới thiệu 
Cuộc*cách mạng công nghiệp lần thứ 4 diễn ra 
đem lại rất nhiều cơ hội và thách thức cho con người. 
Đặc biệt, một thách thức lớn đặt ra cho con người là 
vấn đề về môi trường. Đây là một vấn đề nóng mà 
toàn cầu đang rất quan tâm và tìm các biện pháp xử 
lý. Hiện nay các khu công nghiệp đang xảy ra một 
thực trạng đáng báo động là ô nhiễm nguồn nước, mà 
nguyên nhân chính là do lượng nước thải từ các chất 
nhuộm màu. Tất cả chúng ta đều biết tầm quan trọng 
thiết yếu của nước và tài nguyên nước là không thể 
thay thế. Vậy nên, ta cần có phương pháp xử lý 
nguồn nước thải nhuộm màu. Do tính chất tan rất dễ 
dàng của các chất nhuộm gây ảnh hưởng lớn đến sức 
ISSN: 2734-9381 
https://doi.org/10.51316/jst.148.etsd.2021.1.1.4 
Received: February 7, 2020; accepted: July 27, 2020 
khỏe con người và hơn nữa thuốc nhuộm trong nước 
thải rất là khó để loại bỏ vì chúng bền với ánh sáng và 
nhiệt độ của môi trường và là tác nhân gây oxy hóa. 
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để xử lý độ màu 
của nước thải chất nhuộm màu từ truyền thống đến 
hiện đại như là: đông tụ hóa học, hấp phụ cacbon, bùn 
hoạt tính, lọc nhỏ giọt nhưng hầu hết các phương 
pháp đều gặp phải khó khăn trong việc phá hủy các 
chất ô nhiễm thuốc nhuộm do cấu trúc hóa học phức 
tạp của chúng hoặc cách xử lý chưa được tối ưu [1-3]. 
Ứng dụng tuyệt vời của xúc tác quang đã được 
các nhà khoa học nghiên cứu, chứng minh và đưa ứng 
dụng vào cuộc sống [4-6]. Trong các chất xúc tác 
quang không thể không nói tới TiO2 một xúc tác 
quang thông dụng với các ưu điểm rõ rệt: sẵn có, chi 
phí thấp, ổn định hóa học và có hoạt tính quang xúc 
tác cao. Đặc biệt TiO2 được ứng dụng rất nhiều làm 
chất xúc tác quang trong xử lý môi trường, xử lý các 
chất màu hữu cơ, do đặc tính phân hủy chất hữu cơ về 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 1, March 2021, 016-020 
17 
thành các hợp chất vô hại hoặc ít độc hại hơn dưới tác 
dụng của nguồn ánh sáng thích hợp. 
Zeolit là khoáng chất silicat nhôm của một số 
kim loại có cấu trúc vi xốp. Zeolit được biết đến 
nhiều nhất là một chất hấp phụ được sử dụng trong xử 
lý chất màu trong môi trường nước. Gần đây việc chế 
tạo vật liệu xúc tác quang trên cơ sở TiO2 kết hợp với 
chất hấp phụ zeolit rất được quan tâm vì khả năng 
hấp phụ của zeolit giúp làm giàu chất hữu cơ, thúc 
đẩy quá trình chuyển hóa và làm tăng tính xúc tác 
quang của TiO2. Do TiO2 và zeolit đều ở dạng bột 
nên khi sử dụng thực tế gây ra nhiều khó khăn trong 
việc xử lý chất bột, khó thu hồi và không thể tái sử 
dụng [7,8]. 
Cao su thiên nhiên là vật liệu được tách từ mủ 
cây cao su, có thành phần hóa học là các chuỗi poly 
cis-1,4-isopren bao quanh bởi các hợp phần như 
protein, axit béo, lipittạo thành hệ nhũ tương bền 
trong nước [9]. Cao su thiên nhiên với đặc tính đàn 
hồi tuyệt vời, khả năng tạo màng rất tốt được ứng 
dụng nhiều trong các sản phẩm như gang tay cao su, 
lốp xe. Việc ứng dụng cao su thiên nhiên là một chất 
mang cho vật liệu xúc tác quang đã có các nghiên cứu 
trên thế giới [4,10] nhưng ở Việt nam thì chưa có một 
công trình nào đề cập đến. 
Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi nghiên 
cứu tổng hợp màng quang xúc tác dựa trên vật liệu 
cao su thiên nhiên, titan dioxit và zeolit nhằm giải 
quyết vấn đề vừa xử lý được chất thải màu, vừa có 
khả năng thu hồi màng xúc tác và tái sử dụng. Chất 
thải màu xanh metylen được sử dụng là chất màu đại 
diện để nghiên cứu khả năng xúc tác của màng quang 
xúc tác dưới tác dụng chiếu sáng của đèn UV. 
2. Thực nghiệm 
2.1. Hóa chất 
Titan dioxit (98%, pha anatase) được cung cấp 
bởi công ty OIC New, Việt Nam. Cao su thiên nhiên 
hàm lượng amoniac cao (high ammonia natural 
rubber, HANR (DRC, 60%). Dung dịch amoniac 
(28-30%, pH=13), xanh metylen được mua của hãng 
Xi-long, Trung Quốc. Zeolit A được cung cấp bởi 
phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Trường Đại Học Bách 
Khoa Hà Nội. 
2.2. Phương pháp chế tạo màng HANR/TiO2/ZA 
Sơ đồ tổng hợp màng xúc tác được đưa ra ở 
Hình 1. Phân tán 0,0025 gam zeolit A trong 5 mL 
NH4OH và 0,05 gam TiO2 trong 10 mL NH4OH. 
Trong khi đó cân 5 gam cao su khô (từ DRC= 60%, 
tính được khối lượng HANR tương đương với 5 gam 
cao su khô là 8,33 gam). Sau khi đã phân tán được 
TiO2 và zeolit A đổ vào cốc chứa 8,33 gam HANR 
tiến hành khuấy tới khi dung dịch đồng nhất, khuấy 
khoảng 30 phút. Khi dung dịch đã đồng nhất, đổ ra 
đĩa petri và đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ 50 oC trong 
khoảng 12-15 h, sau đó lật màng ngược lại tiến hành 
sấy khô mặt còn lại đến khô (khoảng 12-15 h). 
Như vậy, màng quang xúc tác HANR/TiO2/ZA 
đã được chế tạo thành công với hàm lượng zeolit A 
lần lượt là 5%, 10%, 15%. Để so sánh, ta chế tạo 
thêm 2 hai màng HANR, HANR/TiO2. Màng 
HANR/TiO2 thì được chế tạo với phương pháp tương 
tự. Riêng với màng HANR, thì được đổ màng phim 
trực tiếp từ cao su và sấy khô. 
Các mẫu xúc tác có thành phần khác nhau đã 
được chế tạo và đưa ra ở Bảng 1. 
2.3. Đánh giá khả năng xúc tác quang 
Khả năng quang xúc tác của màng 
HANR/TiO2/ZA được đánh giá thông qua sự mất 
màu của dung dịch xanh metylen. Màng xúc tác được 
đưa vào hệ chứa một thể tích xác định dung dịch 
nồng độ xanh metylen nồng độ 20 mg/L. Sự thay đổi 
nồng độ chất màu sau khi được xử lý với màng xúc 
tác được đánh giá bằng máy quang phổ hấp thụ 
UV-VIS (HACH DR6000) thông qua việc xây dựng 
đường chuẩn như sau: các dung dịch có nồng độ 2, 4, 
6, 8 mg/L được pha và đo độ hấp thụ quang tại bước 
sóng hấp thụ cực đại. Hiệu suất hấp thụ màu xanh 
metylen của màng xúc tác quang được xác định bằng 
công thức: 
Hiệu suất = .100% 
trong đó: Co: nồng độ ban đầu của xanh metylen 
(mg/L), Ct: nồng độ của xanh metylen tại thời điểm 
t (mg/L). 
Bảng 1. Thành phần chế tạo các mẫu 
Mẫu 
Cao su 
khô 
(gam) 
TiO2 
(gam) 
Zeolit A 
(gam) 
HANR 5 0 0 
HANR/TiO2 5 0,05 0 
HANR/TiO2/ZA-5% 5 0,05 0,0025 
HANR/TiO2/ZA-10% 5 0,05 0,0050 
HANR/TiO2/ZA-15% 5 0,05 0,0075 
Hình 1. Sơ đồ tổng hợp màng xúc tác 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 1, March 2021, 016-020 
18 
2.4. Đánh giá cấu trúc của vật liệu 
Hình thái của màng quang xúc tác được xác định bằng phương pháp đo kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscop 
khuôn có dạng hình mái chèo theo tiêu chuẩn JIS 
K6251. Mỗi mẫu được đo lặp lại 3 lần. 
3. Kết quả và thảo luận 
Màng xúc tác quang HANR/TiO2/ZA đã được 
chế tạo thành công bằng một phương pháp đơn giản 
nhưng hiệu quả, trộn TiO2 và zeolit vào trong cao su 
thiên nhiên ở dạng latex. Hình 2 là hình ảnh màng 
cao su và màng composit. Bằng mắt thường có thể 
thấy được bề mặt cao su có màu trắng đục hơn so với 
màng composit. Điều này có thể giải thích do các hạt 
TiO2 và zeolit A đã phân tán vào cao su. 
3.1. Hình thái học của màng composit 
Hình thái học bề mặt của màng composit được 
quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét. Hình 3 và 4 
là kết quả đo ảnh SEM của màng HANR/TiO2/ZA và 
màng HANR/TiO2. Kết quả cho thấy hình thái bề mặt 
của màng HANR/TiO2/ZA và HANR/TiO2, dễ quan 
sát được màng HANR/TiO2/ZA có bề mặt nhám hơn 
và xuất hiện các hạt phân tử trắng phân bố đều trên bề 
mặt cao su, màng HANR có bề mặt mịn hơn rất 
nhiều. Điều này đã cho thấy được các hạt TiO2 và 
zeolit đã được phân tán vào cao su đồng đều. 
Hình 2. Mẫu cao su (trên) và màng xúc tác (dưới) 
Hình 3. Ảnh SEM của mẫu HANR/TiO2 
Hình 4. Ảnh SEM của mẫu HANR/TiO2/zeolit A 
Hình 5. Giản đồ XRD của TiO2, zeolit A và 
HANR/TiO2/ZA 
3.2. Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) 
Hình 5 mô tả kết quả nhiễu xạ tia X của bột 
TiO2, bột zeolit và màng HANR/TiO2/ZA. Ta thấy, 
đối với bột TiO2 dạng anatase, peak đầu tiên xuất 
hiện ở khoảng 26o tương ứng với d = 3.552 Ao, peak 
ở khoảng 38o ứng với d = 2.379 Ao và một peak ở 
khoảng 48o ứng với d =1.892Ao. Đối với màng 
HANR/TiO2/ZA có sự xuất hiện các peak ở khoảng 
26o có d = 2,379 Ao, peak khoảng 38o ứng với 
d = 2.379 Ao và peak ở khoảng 48o có d = 1.890 Ao. 
Dựa vào đây ta thấy phổ nhiễu xạ tia X của màng 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 1, March 2021, 016-020 
19 
HANR/TiO2/ZA có các peak tương ứng so với phổ 
nhiễu xạ tia X của bột TiO2, điều này là do TiO2 vẫn 
giữ nguyên được các cấu trúc tinh thể anatase như 
trong màng HANR/TiO2/ZA. Trong khi đó, thì đỉnh 
peak của zeolit A không được xuất hiện điều này 
được giải thích là do lượng zeolit A dùng rất là nhỏ. 
3.3. Đánh giá hoạt tính xúc tác 
Để đánh giá hoạt tính xúc tác xử lý chất màu 
xanh metylen, chúng tôi xây dựng đường chuẩn dựa 
vào sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang, A, vào nồng 
độ theo phương trình Lambert-Beer: 
A = ε.l.C (C là nồng độ xanh metylen, mg/L) 
Hình 6. Đường chuẩn xây dựng bằng phương pháp đo 
độ hấp thụ quang 
Dựa vào hệ số R2 của phương trình y = 0,1828x 
 + 0,005 có thể thấy độ tin cậy của đường chuẩn được 
sử dụng. 
Hình 7 thể hiện đánh giá hiệu quả xử lý chất 
màu xanh metylen của màng cao su HANR và màng 
quang xúc tác HANR/TiO2, dễ thấy được rằng sau 
6 giờ chiếu sáng đối với màng HANR độ hấp thụ 
quang của mẫu không bị thay đổi nghĩa là màng 
HANR không hề có khả năng làm mất màu xanh 
metylen, ngược lại đối với màng HANR/TiO2 độ hấp 
thụ quang của xanh metylen giảm rất nhanh điều này 
chứng tỏ màng TiO2 chính là nguyên nhân của việc 
làm phân hủy chất màu xanh metylen và hiệu suất xử 
lý lên tới 80% sau 6 giờ. 
Hình 8 thể hiện hiệu suất xử lý chất màu xanh 
metylen của các màng quang xúc tác với các hàm 
lượng zeolit A khác nhau và với cùng hàm lượng 
TiO2. Dễ thấy với mỗi hàm lượng zeolit A khác nhau 
thì hiệu suất xử lý chất thải màu cũng khác nhau. Với 
màng quang xúc tác có hàm lượng zeolit A lớn nhất 
thì có hiệu quả xử lý chất màu cao nhất. Các màng 
xúc tác có bổ sung zeolit có hiệu quả cao hơn so với 
mẫu không có zeolit. Điều này đã chứng minh được 
tác dụng của zeolit A là một chất hấp phụ để tăng 
hiệu quả xử lý chất màu. Màng sau khi xử lý có màu 
xanh nhạt, chứng tỏ có một phần xanh metylen chỉ bị 
hấp phụ mà không bị phân hủy. Nguyên nhân có thể 
là do tồn tại một phần sự phân bố riêng rẽ của TiO2 
và zeolit trên nền cao su thiên nhiên. 
Hình 7. So sánh hiệu suất khử chất màu của màng có 
và không có TiO2 
Hình 8. So sánh ảnh hưởng của hàm lượng zeolit A 
đến hiệu suất xử lý chất màu 
3.4. Đánh giá khả năng tái sử dụng của màng xúc 
tác 
Một đặc điểm ưu việt của màng quang xúc tác 
HANR/TiO2/ZA là có khả năng thu hồi và tái sử 
dụng. Hình 9 thể hiện kết quả tái sử dụng màng xúc 
tác HANR/TiO2/ZA – 15% để xử lý chất màu. Kết 
quả cho thấy hiệu quả xử lý chất màu của màng vẫn 
cho hiệu quả rất cao sau 6 giờ chiếu sáng, hiệu suất 
xử lý lên tới 87%. 
Độ bền của màng xúc tác sau khi xử lý chất màu 
được so sánh với màng trước khi xử lý và kết quả 
được thể hiện ở Hình 10. Nhận thấy, màng xúc tác 
trước xử lý chất màu có cơ tính cao hơn màng cao su 
HANR ban đầu. Điều này là do sự gia cường của 
TiO2 và zeolit như là chất độn trong cao su. Sau một 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 1, March 2021, 016-020 
20 
lần sử dụng, cơ tính của màng xúc tác có chút giảm 
nhưng vẫn tốt hơn màng cao su ban đầu. Điều này 
chứng tỏ, việc xử lý chất màu đã làm giảm đi cơ tính 
của màng xúc tác, tuy nhiên màng xúc tác vẫn duy trì 
được độ bền cơ học cao hơn so với với màng cao su 
HANR ban đầu. 
Hình 9. Hiệu suất xử lý chất màu của màng tái sử 
dụng 
Hình 10. Cơ tính của màng trước, sau xử lý và màng 
cao su ban đầu 
4. Kết luận 
Màng quang xúc tác HANR/TiO2/ZA được chế 
tạo bằng một phương pháp đơn giản và không tốn 
nhiều chi phí, tích hợp được tính chất đặc biệt của 
TiO2 là xúc tác quang và tính chất hấp phụ của zeolit 
để tăng hiệu quả xử lý chất màu của xanh metylen 
dưới sự chiếu sáng của đèn UV. Xúc tác có thể tái sử 
dụng mà vẫn duy trì được hiệu suất xử lý khá tốt. Kết 
quả thực tế xử lý đã cho thấy sau 6 giờ chiếu sáng thì 
màng quang xúc tác đã xử lý chất màu xanh metylen 
có thể đạt tới 98%. Cơ tính của màng có giảm chút 
khi màng được tái sử dụng. Hướng nghiên cứu mở ra 
một ứng dụng tuyệt vời cho vật liệu cao su thiên 
nhiên trong lĩnh vực xử lý môi trường. 
Lời cảm ơn 
Tác giả xin chân thành cám ơn TS. Lê Văn 
Dương, bộ môn Hóa hữu cơ, Viện KTHH, Trường 
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cung cấp zeolit A và 
chất màu xanh metylen dùng trong nghiên cứu này. 
Tài liệu tham khảo 
[1]. G. Samchestshabam, H. Ajmal, T.G. Choudhury, 
Impact of Textile Dyes Waste on aquatic 
environments and its treatments, Environ. Eco., 
vol.35, no.3, pp.2349-2353, 2017. 
[2]. D.S. Kharat, Advance methods for treatment of 
textile industry effluents, J. Environ. Res., vol.9, no.4, 
pp.1210-1213, 2015. 
[3]. P. Kumar, R. Agnihotri, K.L. Wasewar, H. Uslu, C. 
Yoo, Status Absorptive removal of dye from textile 
industry effluent, Desalin. Water. Treat, vol. 50, no. 
3, pp. 226-244, 2012. 
[4]. C. Sriwong, W. Tejangkur, AC/TiO2/Rubber 
Composite Sheet Catalyst, Fabrication, 
Characterization and Photocatalytic Activities, 
MATEC Web of Conferences 30, 2015, India, 6 
pages. 
[5]. A. Wold, Photocatalytic Properties of TiO2, 
Chemistry of Materials, vol. 5, no. 3, pp. 280-283, 
1993. 
[6]. J. Datta, P. Kosiorek, M. Włoch, Effect of high 
loading of titanium dioxide particles on the 
morphology, mechanical and thermo‑mechanical 
properties of the natural rubber‑based composites, 
Iran. Polym. J, vol. 25, pp. 1021-1035, 2016. 
[7]. M. Moshoeshoe, M.S.N.Tabbiruka, V. Obuseng, A 
Review of the Chemistry, Structure, Properties and 
Applications of Zeolites, Am. J. Mater. Sci, vol. 7, 
no. 5, pp.196-221, 2017. 
[8]. M. Zendelhel, Z. Kalateh, Z. Mortezaii, 
Photocatalytic activity of the nano-sized TiO2/NaY 
zeolite for removal of methylene blue, J. Novel. Appl. 
Sci, vol.3, no.2, pp. 135-141, 2014. 
[9]. J.T. Sakdapipanich, Current study on structural 
characterization and unique film formation of Hevea 
brasiliensis natural rubber latex, Adv. Mat. Res, 
vol.844, pp. 498-501. 
[10]. K.S.Tan, J. Riley, Synthesis and Photocatalytic 
activity of natural rubber/titanates nanocomposite, J. 
Rubb. Res., vol.14, no.3, pp. 139-150, 2011.