Đánh giá hoạt tính quang xúc tác phân hủy của sợi than hoạt tính phủ magie aminoclay-Titan dioxit (MgAC-TiO₂/ACF) đối với xanh malachite

Đại học Nguyễn Tất Thành 
1 Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 12 
Đánh giá hoạt tính quang xúc tác phân hủy của sợi than hoạt tính 
phủ magie aminoclay-titan dioxit (MgAC-TiO2/ACF) 
đối với xanh malachite 
Nguyễn Ngọc Thanh 
Viện Kĩ thuật Công nghệ cao NTT, Đại học Nguyễn Tất Thành 
thanhnn@ntt.edu.vn 
Tóm tắt 
Sợi than hoạt tính phủ magie aminoclay-titan dioxit (MgAC-TiO2/ACF) đã được tác giả tổng 
hợp và được chứng minh có hoạt tính quang xúc tác phân hủy đối với xanh methylen ở nồng độ 
10 ppm [1]. MgAC-TiO2/ACF trong bài báo được tổng hợp lại từ (3-Aminopropyl) 
triethoxysilane, etanol, magie clorua ngậm nước, tetrabutyl titanate và vải than hoạt tính, sau đó 
được đánh giá hiệu suất quang xúc tác phân hủy đối với xanh malachite ở các nồng độ khác 
nhau. Hoạt tính quang xúc tác phân hủy của MgAC-TiO2/ACF (kích thước 1 cm × 1 cm) đối 
với xanh malachite ở các nồng độ 10 ppm, 12,5 ppm và 15 ppm được khảo sát bằng cách thu 
mẫu sau mỗi 20 phút kể từ lúc hệ MgAC-TiO2/ACF trong xanh malachite đạt cân bằng hấp phụ 
và được chiếu tia cực tím 365 nm. Sự giảm nồng độ của xanh malachite thể hiện bằng sự thay 
đổi cường độ đỉnh hấp thụ quang cực đại tại bước sóng 618 nm. MgAC-TiO2/ACF được chứng 
minh là có hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh malachite dưới sự chiếu tia cực tím 365 nm. 
Hiệu suất quang xúc tác bị ảnh hưởng nghịch bởi nồng độ của xanh malachite. Hiệu suất quang 
xúc tác phân hủy xanh malachite của MgAC-TiO2/ACF (1 cm × 1 cm) ở các nồng độ 10 ppm, 
12,5 ppm và 15 ppm lần lượt là 27,36 %, 5,34 % và 0,82 %. 
® 2020 Journal of Science and Technology - NTTU 
Nhận 06.12.2020 
Được duyệt 18.12.2020 
Công bố 30.12.2020 
Từ khóa 
aminoclay, 
quang xúc tác, 
titan dioxit, 
xanh malachite 
1 Đặt vấn đề 
Titan dioxit (TiO2) là một oxit kim loại bán dẫn, được dùng 
như chất quang xúc tác thông dụng nhờ những đặc tính nổi 
trội như hoạt tính quang xúc tác và tính bền quang cao, thế 
oxi hóa mạnh, và không độc hại [2]. Vật liệu này có những 
ứng dụng tiềm năng trong khử nhiễm môi trường đối với 
nhiều loại chất hữu cơ, vi khuẩn, virus, nấm, tảo, và tế bào 
ung thư trong pha khí và pha lỏng [3,4], nhưng vẫn có 
những hạn chế nhất định trong ứng dụng thực tế khi sử 
dụng TiO2 dạng bột hoặc hạt nano như: 
- Khó tách TiO2 khỏi môi trường phản ứng: 
- Khó ứng dụng huyền phù TiO2 trong các quá trình liên 
tục [5]; 
- Nguy cơ gây ô nhiễm thứ cấp khi các hạt bị phân tán; 
- Khả năng hấp phụ kém với nhiều chất; 
- Sự cần thiết của quá trình khuếch tán phân tử chất ô 
nhiễm đến các vị trí hoạt động; 
- Sự tái tổ hợp của điện tử - lỗ trống cần được ngăn chặn để 
quá trình quang xúc tác diễn ra hiệu quả [6-8]. 
TiO2 kết hợp là một lựa chọn phù hợp để giải quyết các vấn 
đề này. Trong số các chất nền, sợi than hoạt tính (activated 
carbon fiber, ACF) thường được sử dụng làm chất mang 
xúc tác cho các mục đích khác nhau vì đây là loại vật liệu 
carbon xốp mịn với sự phân bố kích cỡ lỗ vi xốp đồng đều 
hơn và thể tích lỗ xốp lớn hơn so với than hoạt tính dạng 
hạt [9-11]. Mặc dù có khả năng hấp phụ hiệu quả nhiều chất 
bị hấp phụ nhờ vào diện tích bề mặt riêng rất lớn, bản thân 
ACF vẫn không thể phân hủy các chất này [6]. 
Các silicat lớp chức hóa bằng aminopropyl (gọi tắt là 
aminoclay) là một trong những loại vật liệu “clay-
mimicking” (tạm dịch: “bắt chước đất sét” với những ưu 
điểm: khả năng hấp phụ cao, khả năng phân tán tốt trong 
nước và xếp chồng trong dung môi phân cực kém [12], nhiều 
nhóm chức và kích thước hạt có thể kiểm soát được [13], sự 
hòa tan của aminoclay diễn ra ở một khoảng pH rộng [14]. 
Aminoclay được mô tả có cấu trúc là các cation kim loại ở 
trung tâm, bắt cặp (tỉ lệ 1 : 1 thành cấu trúc bát diện đôi) 
Đại học Nguyễn Tất Thành 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 12 
2 
hoặc xen kẽ với nhóm chức amino theo (tỉ lệ 2 : 1 thành cấu 
trúc bát diện ba) bằng liên kết cộng hóa trị [13]. Magie 
aminoclay (MgAC) đã được nghiên cứu để ứng dụng trong 
xử lí chất ô nhiễm [15-18] và làm chất nền hoặc bản mẫu 
cho sự phát triển của hạt nano [19]. 
Để khắc phục nhược điểm của mỗi loại vật liệu và xử lí triệt 
để chất bị hấp phụ, TiO2 có thể kết hợp với các chất hấp 
phụ như ACF hay aminoclay để phân hủy các chất dưới sự 
chiếu tia cực tím [2,6,7,11]. MgAC-TiO2/ACF đã được tác 
giả tổng hợp và chứng minh có hiệu suất quang xúc tác 
phân hủy cao đối với xanh methylen ở nồng độ 10 ppm 
dưới sự chiếu tia cực tím 365 nm [1]. Trong nghiên cứu 
này, MgAC-TiO2/ACF được tổng hợp lại từ các vật liệu 
được cung cấp tại Việt Nam thông qua phản ứng sol-gel 
đơn giản và khả năng quang xúc tác phân hủy xanh 
malachite của vật liệu được đánh giá ở các nồng độ xanh 
malachite khác nhau. 
2 Vật liệu và phương pháp 
2.1 Vật liệu 
Các hóa chất (3-Aminopropyl) triethoxysilane và 
tetrabutyl titanate (Sigma-Aldrich, Mĩ), etanol (C2H5OH) 
(Xilong, Trung Quốc), magie clorua ngậm nước 
(MgCl26H2O) (Xilong, Trung Quốc), nước khử ion, vải 
than hoạt tính (ACF) (COCO AC, Việt Nam), và xanh 
malachite (Xilong, Trung Quốc) được dùng trong chế tạo 
vật liệu và thí nghiệm kiểm tra hoạt tính quang xúc tác của 
vật liệu được tạo thành. 
2.2 Tổng hợp MgAC-TiO2/ACF 
MgCl26H2O được hòa tan trong etanol 95 % v/v theo tỉ lệ 
4,2 g MgCl26H2O trong 100 mL etanol. (3-Aminopropyl) 
triethoxysilane được thêm vào dung dịch trên theo tỉ lệ 2,6 
mL trong 100 mL dung dịch, khuấy liên tục trong 8 giờ. 
Huyền phù tạo thành được li tâm để thu chất lắng, đem 
chất lắng sấy khô ở nhiệt độ 40 0C. Chất rắn màu trắng 
(MgAC) thu được sau khi sấy được nghiền mịn. Để tổng 
hợp MgAC-TiO2/ACF, 0,75 g bột MgAC được hòa tan 
trong 100 mL etanol 95 % v/v, sau đó 2,6 mL tetrabutyl 
titanate được thêm vào. Huyền phù được khuấy đều trong 
10 phút trước khi 50 µL nước khử ion được thêm vào và 
khuấy liên tục trong 12 giờ để quá trình thủy phân và già 
hóa xảy ra. Miếng sợi than hoạt tính (ACF) với kích thước 
5 cm × 5 cm được ngâm trong gel tạo thành trong 5 phút, 
lấy ra và để khô trong không khí, sau đó phủ MgAC-TiO2 
một lần nữa. Miếng ACF sau khi phủ MgAC-TiO2 được 
sấy ở nhiệt độ 60 0C và nung trong không khí ở nhiệt độ 
350 
0
C trong 3 giờ trong lò nung ELF 11/6B (Carbolite 
Gero, Anh). 
2.3 Đánh giá khả năng quang xúc tác phân hủy xanh 
malachite của MgAC-TiO2/ACF 
Hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh malachite ở các 
nồng độ 10 ppm, 12,5 ppm và 15 ppm của vật liệu MgAC-
TiO2/ACF được đánh giá. Thí nghiệm quang xúc tác phân 
hủy xanh malachite (pH 6,5) được tiến hành trong điều 
kiện khuấy liên tục với tốc độ 120 rpm, nhiệt độ khoảng 
28 
0
C, bể phản ứng là đĩa petri thủy tinh (Ø150 mm × 20 mm) 
chứa 100 mL dung dịch xanh malachite, mẫu vật liệu trong 
mỗi phản ứng có kích thước 1 cm × 1 cm. Hệ thống được 
chiếu tia cực tím có bước sóng 365 nm bằng đèn tia cực tím 
HZT-1101B-1130B (Shenzhen Huazhitai Technology, 
Trung Quốc). Trước khi chiếu xạ, mẫu vật liệu được ngâm 
trong dung dịch xanh malachite đặt trong tối đến khi đạt 
cân bằng hấp phụ. Dung dịch xanh malachite được thu mẫu 
vào thời điểm đạt cân bằng hấp phụ và ở mỗi mốc 20 phút 
khi chiếu tia cực tím. Sau thời gian chiếu xạ 120 phút, các 
mẫu dung dịch xanh malachite được li tâm (10.000 rpm) để 
loại bỏ cặn và đo độ hấp thụ tại bước sóng 618 nm bằng 
máy đo quang phổ UV/VIS 736501 Genova Plus (Jenway, 
Anh). Để loại trừ ảnh hưởng của sự hấp phụ xanh malachite 
của ACF, thí nghiệm trong tối được tiến hành tương tự 
nhưng không chiếu tia cực tím. 
Hiệu suất xử lí xanh malachite được dựa trên sự suy giảm 
nồng độ của xanh malachite trong mẫu thể hiện bằng sự 
thay đổi cường độ đỉnh hấp thụ quang cực đại tại bước sóng 
618 nm. Hiệu suất xử lí xanh malachite tổng (Exl) được tính 
theo công thức sau: 
 𝐸𝑥𝑙 =
𝐶0−𝐶
𝐶0
× 100 % (1) 
trong đó C0 và C lần lượt là nồng độ tại thời điểm bắt đầu 
(thời điểm đạt cân bằng hấp phụ) và nồng độ tại thời điểm 
kết thúc thí nghiệm. 
Hiệu suất hấp phụ trong tối (Ehptt) của MgAC-TiO2/ACF 
trong thí nghiệm được tính theo công thức sau: 
 𝐸ℎ𝑝𝑡𝑡 =
𝐶0−𝐶
𝐶0
× 100 % (2) 
Hiệu suất quang xúc tác phân hủy xanh malachite (Ext) của 
MgAC-TiO2/ACF được tính theo công thức sau: 
𝐸𝑥𝑡 = 𝐸𝑥𝑙 − 𝐸ℎ𝑝𝑡𝑡 (3) 
trong đó Exl là hiệu suất xử lí tổng được tính theo công thức (1) 
và Ehptt là hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức (2). 
3 Kết quả và thảo luận 
Sau khi ngâm miếng ACF (5 cm × 5 cm) trong gel MgAC-TiO2 
và nung trong không khí ở 350 0C trong 3 giờ, khối lượng 
MgAC-TiO2 cố định trên ACF (5 cm × 5 cm) là (50,2 ± 2,9) mg. 
Đại học Nguyễn Tất Thành 
3 Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 12 
Hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh malachite trong 
nước của MgAC-TiO2/ACF được khảo sát bằng phương 
pháp gián đoạn. Hình 1 thể hiện sự thay đổi nồng độ 
tương đối của xanh malachite theo thời gian sau khi các 
dung dịch đạt cân bằng hấp phụ. Nồng độ tương đối của 
xanh malachite còn lại trong các dung dịch chứa mẫu 
MgAC-TiO2/ACF sau 120 phút chiếu tia cực tím đều 
thấp hơn so với các dung dịch chứa ACF và MgAC-
TiO2/ACF trong tối. Điều đó cho thấy MgAC-TiO2/ACF 
thể hiện hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh 
malachite ở các nồng độ 10 ppm, 12,5 ppm và 15 ppm. 
Bằng việc thay đổi nồng độ xanh malachite ban đầu từ 10 ppm 
đến 15 ppm khi lượng chất xúc tác không thay đổi, ảnh 
hưởng của nồng độ ban đầu đến tốc độ quang xúc tác phân 
hủy được xác định (Hình 1, Bảng 1). Ở nồng độ xanh 
malachite thấp nhất (10 ppm), MgAC-TiO2/ACF thể hiện 
hiệu suất xử lí tổng cao nhất (94,76 %) và hoạt tính quang 
xúc tác cao nhất (27,36 %) sau 120 phút chiếu tia cực tím 
(Bảng 1). Hiệu suất quang xúc tác bị ảnh hưởng nghịch bởi 
nồng độ của chất nhuộm. Ảnh hưởng nghịch này có thể giải 
thích như sau: 
- Khi nồng độ chất nhuộm tăng, sự hấp phụ cân bằng của 
thuốc nhuộm trên các vị trí hoạt động ở bề mặt chất xúc tác 
tăng lên, sự hấp phụ H2O hoặc OH
− trên cùng vị trí bị ảnh 
hưởng, nghĩa là tốc độ hình thành gốc tự do cần thiết cho 
quá trình phân hủy thấp hơn; 
- Theo định luật Beer - Lambert, khi nồng độ ban đầu 
của chất nhuộm tăng, độ dài đường đi của các photon 
giảm, dẫn đến sự hấp phụ photon lên bề mặt chất xúc tác 
kém hơn, hệ quả là tốc độ và hiệu suất quang xúc tác 
phân hủy thấp hơn [20]. 
Hình 1 Sự thay đổi nồng độ tương đối của xanh malachite theo thời gian trong thí nghiệm đánh giá hoạt tính quang xúc tác 
của MgAC-TiO2/ACF (kích cỡ mẫu 1 cm × 1 cm, pH = 6,5) 
Bảng 1 Hiệu suất xử lí xanh malachite của ACF và MgAC-
TiO2/ACF trong tối và khi chiếu tia cực tím sau thời điểm cân 
bằng hấp phụ 
Mẫu 
Nồng độ xanh 
malachite 
(ppm) 
Hiệu suất xử 
lí tổng (%) 
Hiệu suất 
quang xúc tác 
phân hủy (%) 
ACF 
10 25,69 _ 
12,5 48 _ 
15 16,4 _ 
MgAC-
TiO2/ACF 
10 94,76 27,36 
12,5 54,12 5,34 
15 73,36 0,82 
Ghi chú: Hiệu suất xử lí tổng là hiệu suất hấp phụ đối với mẫu 
ACF và là tổng hiệu suất hấp phụ và quang xúc tác phân hủy đối 
với mẫu MgAC-TiO2/ACF 
4 Kết luận 
Nồng độ ban đầu của chất nhuộm có ảnh hưởng đến hiệu 
suất quang xúc tác phân hủy xanh malachite của MgAC-
TiO2/ACF. Nồng độ xanh malachite có ảnh hưởng nghịch 
đến hiệu suất quang xúc tác của MgAC-TiO2/ACF. Ở nồng 
độ xanh malachite 10 ppm, MgAC-TiO2/ACF thể hiện hiệu 
suất quang xúc tác cao nhất (27,36 %). Ở nồng độ xanh 
malachite 15 ppm, MgAC-TiO2/ACF thể hiện hiệu suất 
quang xúc tác thấp nhất (0,82 %). 
Lời cảm ơn 
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quĩ Phát triển Khoa học và 
Công nghệ - Đại học Nguyễn Tất Thành, đề tài mã số 
2020.01.013 /HĐ-NCKH. 
Đại học Nguyễn Tất Thành 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 12 
4 
Tài liệu tham khảo 
1. T.N. Nguyen, V.V. Tran, V.K.H. Bui, M. Kim, D. Park, J. Hur, I.T. Kim, H.U. Lee, S. Ko, Y.C. Lee, A novel 
photocatalyst composite of magnesium aminoclay and TiO₂ immobilized into activated carbon fiber (ACF) matrix for 
pollutant removal, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 20 (2020) 6844. 
2. S. Yao, J. Li, Z. Shi, Immobilization of TiO
2
 nanoparticles on activated carbon fiber and its photodegradation 
performance for organic pollutants, Particuology 8 (2010) 272. 
3. B. Szczepanik, Photocatalytic degradation of organic contaminants over clay-TiO2 nanocomposites: A review, Applied 
Clay Science 141 (2017) 227. 
4. S.W. Verbruggen, TiO2 photocatalysis for the degradation of pollutants in gas phase: From morphological design to 
plasmonic enhancement, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 24 (2015) 64. 
5. A.K. Ray, Design, modelling and experimentation of a new large-scale photocatalytic reactor for water treatment. 
Chemical Engineering Science 54 (1999) 3113. 
6. S. Yao, S. Song, Z. Shi, Adsorptio'n properties and photocatalytic activity of TiO2/activated carbon fiber composite, 
Russian Journal of Physical Chemistry A 88 (2014) 1066. 
7. V.K.H. Bui, D. Park, V.V. Tran, G.W. Lee, S.Y. Oh, Y.S. Huh, Y.C. Lee, One-pot synthesis of magnesium aminoclay-
titanium dioxide nanocomposites for improved photocatalytic performance, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 18 
(2018) 6070. 
8. X. Shao, W. Lu, R. Zhang, F. Pan, Enhanced photocatalytic activity of TiO2-C hybrid aerogels for methylene blue 
degradation. Scientific Reports 3 (2013) 3018. 
9. P. Fu, Y. Luan, X. Dai, Preparation of activated carbon fibers supported TiO2 photocatalyst and evaluation of its 
photocatalytic reactivity, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 221 (2004) 81. 
10. J.-H. Liu, R.; Yang, S.-M. Li, Preparation and application of efficient TiO2/ACFs photocatalyst, Journal of 
Environmental Sciences 18 (2006) 979. 
11. J. Shi, J. Zheng, P. Wu, X. Ji, Immobilization of TiO2 films on activated carbon fiber and their photocatalytic 
degradation properties for dye compounds with different molecular size, Catalysis Communications 9 (2008) 184. 
12. K.K.R. Datta, A. Achari, M. Eswaramoorthy, Aminoclay: A functional layered material with multifaceted applications, 
Journal of Materials Chemistry A 1 (2013) 6707. 
13. Y.-C. Lee, E. Jin, S.W. Jung, Y.-M. ; S.W. Kim, K.S. Chang, J.-W. Yang, S.-W. Kim, Y.-O. Kim, H.-J Shin, Utilizing 
the algicidal activity of aminoclay as a practical treatment for toxic red tides, Scientific Reports 3 (2013) 1292. 
14. L. Yang, S.-K. Choi, H.-J. Shin, H.-K. Han, 3-Aminopropyl functionalized magnesium phyllosilicate as an organoclay 
based drug carrier for improving the bioavailability of flurbiprofen, Int J Nanomedicine 8 (2013) 4147. 
15. Y.-C. Lee, W.-K. Park, J.-W. Yang, Removal of anionic metals by amino-organoclay for water treatment, Journal of 
Hazardous Materials 190 (2011) 65. 
16. Y.-C. Lee, E.J. Kim, H.-J Shin, M Choi, J.-W. Yang, Removal of F
−
, NO3
−
, and PO4
3−
 ions from aqueous solution by 
aminoclays, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 18 (2012) 871. 
17. Y.C. Lee, E.J. Kim, J.W. Yang, H.J. Shin, Removal of malachite green by adsorption and precipitation using 
aminopropyl functionalized magnesium phyllosilicate, J Hazard Mater 192 (2011) 62. 
18. A.S.O. Moscofian, C.T.G.V.M.T. Pires, A.P. Vieira, C. Airoldi, Organofunctionalized magnesium phyllosilicates as 
mono- or bifunctitonal entities for industrial dyes removal, RSC Advances 2 (2012) 3502. 
19. Y.-C. Lee, H.U. Lee, K. Lee, B. Kim, S.Y. Lee, M.-H. Choi, W. Farooq, J.S. Choi, J.-Y. Park, Lee, J., et al. Aminoclay-
conjugated TiO2 synthesis for simultaneous harvesting and wet-disruption of Oleaginous chlorella sp., Chemical 
Engineering Journal 245 (2014) 143. 
20. C.C. Chen, C.S. Lu, Y.C. Chung, J.L. Jan, UV light induced photodegradation of malachite green on TiO2 nanoparticles, 
J Hazard Mater 141 (2007) 520. 
Đại học Nguyễn Tất Thành 
5 Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 12 
Evaluation of photocatalytic degradation activity of magnesium aminoclay-titanium dioxide 
coated activated carbon fiber for malachite green 
Nguyen Ngoc Thanh
NTT Hi-Tech Institute, Nguyen Tat Thanh University 
thanhnn@ntt.edu.vn 
Abstract Magnesium aminoclay-titanium dioxide coated activated carbon fiber (MgAC-TiO2) was synthesized and proven 
to have photocatalytic degradation activity on 10 ppm methylene blue [1]. MgAC-TiO2/ACF in the present study was 
synthesized again from (3-Aminopropyl) triethoxysilane, ethanol, hydrated magnesium chloride, tetrabutyl titanate and 
activated carbon fiber (ACF) supplied in Viet Nam, then evaluated for the photocatalytic degradation activity on 
malachite green at various concentrations. The photocatalytic degradation activities of MgAC-TiO2/ACF (size of 1 cm × 
1 cm) at 10 ppm, 12.5 ppm and 15 ppm malachite green were investigated by sampling the solutions after time intervals of 
20 minutes since the systems of MgAC-TiO2/ACF in malachite green reached adsorption equilibrium and irradiated with 
365 nm ultraviolet light. The decrease of malachite green concentration was expressed by the intensity change of absorbance 
peak at 618 nm. MgAC-TiO2/ACF was proven to have photocatalytic degradation activity for malachite green under 
ultraviolet irradiation of 365 nm. The photocatalytic efficiency was inversely affected by malachite green concentration. The 
photocatalytic malachite green degradation efficiencies of MgAC-TiO2/ACF (1 cm × 1 cm) at concentrations of 10 ppm, 
12.5 ppm and 15 ppm were 27.36 %, 5.34 % and 0.82 %, respectively. 
Keywords aminoclay, malachite green, photocatalytic, titanium dioxide