Tải bản đầy đủ

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC (TÓM TẮT)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vũ Mai Phương

TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ
NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số: 60440120

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. CHU XUÂN QUANG
2. PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG

Hà Nội – 2015



Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Chu Xuân Quang
2. PGS.TS. Đỗ Quang Trung

Phản biện 1: TS Phương Thảo
Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Khắc Uẩn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
họp tại Khoa Hoá học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGN vào
13h30 ngày 11 tháng 01 năm 2016.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội.


MỞ ĐẦU
Hiện nay, trước sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước về kinh tế và xã
hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hưởng rất
lớn đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tế đất
nước là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô nhiễm môi trường
đang ở mức báo động. Một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi
trường lớn là ngành dệt nhuộm. Bên cạnh các công ty, nhà máy còn có hàng ngàn
cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống. Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng
nước thải sau sản xuất hầu như không được xử lý, mà được thải trực tiếp ra hệ thống
cống rãnh và đổ thẳng xuống hồ ao, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nước
mặt, mạch nước ngầm và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.
Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác
nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại,
đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải bằng các
loại thuốc nhuộm khác nhau như thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc
nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều
chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền màu...) [7,8]. Bên cạnh những lợi
ích của chất tạo màu họ azo trong công nghiệp nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ
khi mà các chất này được thải ra môi trường. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát
hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh thái và
con người, đặc biệt là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản

phẩm [19,30].
Với mục đích hiểu rõ hơn về đặc điểm quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ độc
hại, đặc biệt là hợp chất tạo màu họ azo bằng vật liệu hấp phụ có từ tính, qua đó
xác định được điều kiện thích hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế nên đề tài
luận văn “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm
màu azo trong môi trường nước ” đã được thực hiện.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
1.1.1. Khái quát về chitosan
Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương
thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặ
biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm
như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ...
Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14-35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo a
Chitosan và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả
năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và gia
súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II), Cu(II)...
do vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải và bảo
vệ môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học....
Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả
năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Co(II).... trong môi
4


trường nước. Vì vậy chitosan đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất khác để
ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.
1.1.2. Tính chất của chitosan
- Không độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả năng phân hủy sinh học nên
không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường.
- Cấu trúc ổn định
- Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH<6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao
hơn, hóa tím trong dung dịch iot.
- Có tính kháng khuẩn tốt.
- Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo thời
gian do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử giảm thì hoạt tính
kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi.
- Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.
- Ở pH<6,3, chitosan có tính điện dương cao.
- Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, -NHCOCH 3 trong các mắt xích
N-acetyl-D-glucosaminc có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là amide.
Phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế
N-.
1.2. Oxit sắt từ
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4
Oxit sắt từ có công thức Fe3O4 là vật liệu từ tính đầu tiên mà con người biết đến.
Từ thế kỷ IV người Trung quốc đã biết rằng Fe 3O4 tìm thấy trong các khoáng vật tự
nhiên có khả năng định hướng theo phương Bắc - Nam địa lý. Đến thế kỷ XII, họ đã
sử dụng vật liệu Fe3O4 là la bàn, một công cụ giúp xác định phương hướng rất có ích.
Trong tự nhiên, oxit sắt từ không những được tìm thấy trong khoáng vật mà nó còn
được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật như ong, kiến, bồ câu…Chính sự có mặt của
Fe3O4 trong cơ thể những sinh vật đã tạo nên khả năng xác định phương hướng mang
tính bẩm sinh của chúng.
Trong phân loại vật liệu từ Fe 3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có công thức
tổng quát MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị II như : Fe, Ni, Co, Mn,
Mg hoặc Cu)
5


Hinh Hình 1.2 : Cấu trúc spinel của Fe3O4b
Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ ( µβ là magneton bohr nguyên
tử, µβ = 9,274.10-24 J/T trong hệ SI)
1.2.2. Tính chất
Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể với các tương đồng khoáng chất khác
nhau. VD: goc-thie có cấu trúc giống với diaspore ( α-ALOOH), quặng sắt từ giống
với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp của các
ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các ion âm.
Bất cứ vật liệu nào đều có sự ảnh hưởng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng
độ từ hóa ( từ độ - M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào giá trị, độ
cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C < 0 (~10-6)
được gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có C > 0 (~10-6) được gọi là vật liệu thuận từ.
Vật liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ.
Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định
tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa Ms ( từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), cảm
ứng từ dư Br ( từ độ còn dư sau khi từ hóa đến độ bão hòa và đưa mẫu ra khỏi từ
trường), lực kháng từ Hc ( từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái
bão hòa từ, bị khử từ).
1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải
Trong phương pháp hấp phụ để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước thải
thường sử dụng kỹ thuật hấp phụ tầng cố định với các cột có đường kính từ 0,1 đến 1,5
m và chiều cao có thể lên đến hơn 10 m. Các cột thường được nhồi các vật liệu như
than hoạt tính, zeolit...Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi đi qua vật liệu
hấp phụ các chất ô nhiễm bị giữ lại, nước sạch được xử lí đi ra ngoài. Tuy nhiên nhược
6


điểm của phương pháp này là thời gian tái sinh vật liệu hấp phụ lâu, quá trình vận
hành hay bị hiện tượng tắc cột phải nạp lại, tốn về thời gian và kinh phí. Đối với kĩ
thuật hấp phụ tầng động, nhiều trường hợp quá trình lắng kéo dài làm ảnh hưởng đến
tốc độ xử lí nước thải. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều nhà khoa học đã nghiên
cứu chế tạo nhựa trao đổi ion có từ tính và nghiên cứu ứng dụng trong xử lí nước thải
[31,32]. Khi có tác dụng của từ trường các vật liệu hấp phụ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp
huyền phù nhanh hơn do vậy làm tăng tốc độ quá trình xử lí và tái sinh vật liệu. Tuy
nhiên, việc sử ụng vật liệu polyme tổng hợp có thể tạo ra các monome khó phân hủy,
gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường. Do đó, xu hướng xử dụng các loại polyme có sẵn
trong thiên nhiên được các nhà khoa học rất quan tâm, trong đó chitosan là vật liệu
được chú ý nhiều nhất do có cấu trúc và tính chất hóa lý đặc biệt, hoạt tính cao và khả
năng lựa chọn rất tốt đối với các hợp chất và kim loại nặng. Chính vì thế, chúng tôi đã
nghiên cứu và chế tạo ra vật liệu chitosan cố định các hạt Fe 3O4 để xử lí nước thải dệt
nhuộm.
1.4. Đặc tính và một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ
sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá
trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn
và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia, lượng
nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là từ các công
đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước
cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 -65 lít và thải ra 10 -40 lít nước [7,8].
Đối với con người, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp,
đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất
độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 – amino – azo – benzen).
Các nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm này nhưng
trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả
nhuộm màu cao .
1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các
kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không còn sử
7


dụng nhiều do nước thải sau khi nhuộm chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thuốc nhuộm dạng hữu cơ mang màu hiện
rất phổ biến trên thị trường.
1.4.3. Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm
1.4.3.1. Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải dệt
nhuộm có tính chất như một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 10 -7 –
10-5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc.
Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách
được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan, vì những hạt rắn có kích thước
quá nhỏ.Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu phân nhỏ
thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử các hạt keo đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện
tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau bằng các chất đông tụ. Các khối kết
tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị sa lắng xuống, trong quá trình sa
lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. Để tăng tốc độ keo tụ, tốc độ
sa lắng, tốc độ nén ép các bông keo và đặc biệt để làm giảm lượng chất keo tụ có thể
dùng thêm các chất trợ keo, chất này có vai trò liên kết giữa các hạt keo với nhau [1].
1.4.3.2. Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOP
Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu
trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị oxy
hóa bởi các chất oxy hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị phân hủy bởi vi sinh
vật.
Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa để tạo ra các gốc tự do
như OH• có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu cơ bền
thành các sản phẩm bền vững như CO 2 và các axit vô cơ không gây khí thải. Một số ví
dụ về phương pháp oxi hóa tăng cường như Fenton, Peroxon, catazon, quang fenton và
quang xúc tác bán dẫn.
1.4.3.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các
phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia giữa các pha. Bề mặt phân chia pha có
thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất
8


hấp phụ, còn chất mà được hấp phụ trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp
phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.
Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong
nước, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có các ưu điểm sau:
• Có khả năng làm sạch nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất
lượng.
• Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp.
• Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên
chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao.
Vật liệu ứng dụng trong phương pháp hấp phụ rất đa dạng : than hoạt tính,
zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn lọc
riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn.
1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo
1.5.1. Đặc điểm cấu tạo
Hợp chất azo là những hợp chất màu tổng hợp có chứa nhóm azo - N= N-. Hầu
hết các loại hợp chất màu azo chỉ chứa một nhóm azo (gọi là monoazo), một số ít
chứa hai nhóm hoặc nhiều hơn. Hợp chất azo thường có chứa một vòng thơm liên
kết với nhóm azo và nối với một naphtalen hay vòng benzen thứ hai. Sự khác
nhau giữa các hợp chất azo chủ yếu ở vòng thơm, các nhóm quanh liên kết azo giúp
ổn định nhóm –N = N – bởi chính những nhóm này tạo nên một hệ thống chuyển
động, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới màu sắc của hợp chất azo. Khi hệ thống
chuyển vị và phân chia sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ thường xuyên ánh sáng ở vùng
khả kiến [12,13].
1.5.2. Tính chất
Hợp chất màu azo bền hơn tất cả các phẩm màu thực phẩm tự nhiên. Đặc
biệt, phẩm màu azo bền trong phạm vi pH khá rộng của thực phẩm, bền với nhiệt khi
phơi dưới ánh sáng và oxy, rất khó bị phân hủy bởi các vi sinh vật. Chính vì vậy, các
hợp chất màu azo được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp (thực
phẩm, in, nhuộm...) [2,21].

9


CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp vật liệu có từ tính Chitosan/Fe 3O4 nhằm đánh
giá hiệu quả xử lí phẩm màu azo có trong nước thải dệt nhuộm. Để thực hiện được
mục tiêu này nội dung nghiên cứu được thực hiện như sau:
- Tổng hợp Chitosan/ Fe3O4 ở các điều kiện nồng độ và thời gian phản ứng khác
nhau.
- Khảo sát và đánh giá khả năng sử dụng chitosan thương mại và oxit sắt từ
thương mại.
- Khảo sát và đánh giá bề mặt vật liệu và khả năng hấp phụ hai loại phẩm màu
azo.
2.2. Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu
2.2.1 Hóa chất và Vật liệu nghiên cứu
- Dung dịch Alizrin vàng G 1000 mg/l : Cân chính xác 1,0 gam Alizarin vàng G
vào cốc 250 ml chứa nước cất, đun nóng ở 40 0C, để nguội, định mức bằng nước cất
đến 1000 ml. Các dung dịch có nồng độ khác sử dụng trong thực nghiệm sẽ được pha
loãng trực tiếp từ dung dịch này.
-Dung dịch Methyl đỏ 1000 mg/l : Cân chính xác 0,1 gam Methyl đỏ vào cốc
500 ml nước cất, đun cách thuỷ ở 40 0C, để nguội, định mức bằng nước cất đến 1000
ml. Các dung dịch có nồng độ khác sử dụng trong thực nghiệm sẽ được pha loãng trực
tiếp từ dung dịch này.
- Dung dịch HCl, NaOH, CH3COOH, glutaralđehyt.
- Các dung dịch muối clorua, các dung dich muối natri.
2.2.2. Thiết bị
- Máy trắc quang UV-Vis THERMO ELECTRON COVPORATION
- Điện cực đo pH THERMO SCIENTIFIC
- Máy đo độ đục (HI 98703)
- Máy phân tích đa chỉ tiêu (DR600)
- Cân phân tích HR200 – SHIMMADZU
- Bộ máy khuấy Jar tester
- Tủ sấy MENMERT - Đức
- Máy khuấy từ MSH 20 D/MS – MP4
10


- Máy hút chân không LAB LABOPORT
2.3. Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong
dung dịch
Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, xác định hàm lượng phẩm màu còn lại
sau quá trình hấp phụ của chitosan, Fe 3O4 và các vật liệu chúng tôi khảo sát lại khả
năng hấp thụ ánh sáng của 2 loại phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) ở các pH
khác nhau.
Chuẩn bị các dung dịch phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) có nồng độ 5
mg/l trong các pH khác nhau(2, 4, 6, 8, 10). Khảo sát độ hấp thụ ánh sáng trong
khoảng bước sóng từ 200 – 800 nm. Tìm khoảng bước sóng tối đa và ổn định, khảo sát
tiếp với khoảng cách 2nm để tìm bước sóng tối ưu. Các kết quả được thể hiện trên
hình 2.1, 2.2 :
Hình cHình 2.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH
Hình d Hình 2.2. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng G vào pH
Từ các số liệu biểu diễn trên đồ thị cho thấy độ hấp thụ quang của các phẩm
màu ổn định và đạt cực đại tại : bước sóng 524 nm tại pH của dung dịch là 4 đối với
Methyl đỏ, bước sóng 352 nm tại pH của dung dịch là 7 đối với Alizarin vàng G. Trên
cơ sở này chúng tôi xây dựng đường chuẩn đối với từng phẩm màu. Kết quả được thể
hiện trên bảng 2.1, 2.2 và hình 2.3, 2.4.
Bảng 1Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ
C (mg/L)
Abs

2
0,045

4
0,08

6
0,12

8
0,15

10
0,19

20
0,37

40
0,74

60
1,1

80
1,56

Hình eHình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ
Bảng 2Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Alizarin vàng G
C (mg/l)

10

20

30

40

60

80

100

Abs

0,065

0,14

0,192

0,256

0,383

0,490

0,637

11


fHình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng G

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu
3.1.1. Hình thái học của vật liệu
Vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 được chọn lựa để so sánh
hình thái bề mặt. Kết quả được thể hiện trên hình 3.1.

gHình 3.1: Kết quả chụp SEM của vật liệu a. Fe3O4; b. FMM-C11; c. FMM-C21; d.
FMM-C31
Từ kết quả chụp SEM của vật liệu Fe 3O4, ta thấy Fe3O4 tồn tại dưới dạng hình
cầu và phân bố không đồng đều.
Kết quả chụp SEM của các mẫu vật liệu FMM-C11, FMM-C21, FMM-C31 có
thể thấy các hạt Fe3O4 đã được tổ hợp vào trong cấu trúc mạng chitosan polime, phân
bố đồng đều trên bề mặt vật liệu.

12


3.1.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại
Cấu trúc của vật liệu chitosan, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 được phân
tích qua phổ hồng ngoại IR. Kết quả được thể hiện trong hình 3.2.

Hinhh Hình 3.2: Phổ IR của vật liệu a. Chitosan, b. FMM-C11, c. FMM-C21, d.
FMM-C31
Với kết quả phổ IR của vật liệu, ta thấy xuất hiện pic hình a,b,c,d lần lượt ở
3411; 3427; 3413; 3399 cm-1 với chân pic rộng đặc trưng cho dao động của liên kết OH. Pic ở 1644 và 1379; 1633 và 1416; 1633 và 1376; 1645 và 1376 cm -1 đặc trưng cho
dao động của liên kết C=O và N-H. Pic ở 1086; 1061; 1068; 1067 cm -1 đặc trưng cho
dao động liên kết C-O trong (O-C-O). Ở hình b,c,d có pic ở 572; 580; 579 cm -1 là pic
đặc trưng cho dao động của liên kết Fe-O.
Từ kết quả chụp phổ IR cho thấy, ta đã tổ hợp được vật liệu chitosan/ oxit sắt từ.
3.1.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X

i Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMM-C11; d.
FMM-C21; e. FMM-C31

13


Từ giản đồ trên, ta thấy vật liệu chitosan tồn tại dưới dạng vô định hình. Các vật
liệu còn lại tồn tại dưới dạng tinh thể, có thành phần phần trăm Fe 3O4 lần lượt là 90%;
65%; 68% và 70%.
3.1.4. Xác định đường cong từ hóa và từ độ bão hòa
Các mẫu vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 đã được phân tích
bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Các kết quả được thể hiện trong hinh 3.4.

jHình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d.
FMM-C31
Từ kết quả chụp phổ cho thấy từ độ bão hòa của các vật liệu Fe 3O4, FMM-C11,
FMM-C21 và FMM-C31 lần lượt là 72; 37.8; 24; 16 emu/g.
Khi từ độ bão hòa thấp, vật liệu sẽ khó lắng, khi từ độ bão hào cao cần sử dụng
lực khuấy lớn để phân tán các hạt trong môi trường nước. Do đó, từ độ thích hợp nằm
trong khoảng 10-20 emu/g. Do đó, chúng tôi chọn vật liệu FMM-C31 làm vật liệu hấp
phụ.
3.1.5. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu

Hinh kHình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a. FMM-C11; b. FMM-C21; c. FMMC31.
Diện tích bề mặt riêng vật liệu FMM-C11, FMM-C21và FMM-C31 lần lượt là
3,89; 0,645; 0,081 m2/g.
Dễ nhận thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ (với thang p/po tuyến tính) của vật liệu
có dạng giống với kiểu IV theo IUPAC.
Điều này cho phép dự đoán tất cả các vật liệu nghiên cứu trên thuộc loại vật liệu
có kích thước mao quản trung bình.
14


3.1.6. Đánh giá khả năng lắng của vật liệu
Cân 5 g vật liệu, cho vào ống đong hình trụ 150 ml nước cất, lắc đều. Sau các
khoảng thời gian định trước thì lấy 10 ml mẫu ở khoảng giữa dung dịch để đo độ đục
và xác định độ lắng. Lặp lại thí nghiệm cho đến khi vật liệu gần như lắng hết. Làm thí
nghiệm lần lượt với các vật liệu .
Kết quả được biểu diễn ở bảng 3.2 và hình 3.6.
Bảng 3Bảng 3.2. Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu
Thời gian
(phút)
0
1
5
10
15
20
30
60

FMM11 FMM21 FMM31
548
282
90,3
45,4
32,5
23,5
12,8
3,95

108
34,8
13,3
7,2
6,04
5,15
3,31
1,75

132
34,9
9,02
6,71
6,03
5,9
4,86
3,36

Chitosan
thô

Chitosan
oligome

Chitosan
polime

968
508
264
180
166
155
123
77

864
524
486
466
451
425
408
359

1410
336
235
177
169
152
91,9
43,4

Độ
Thời gian lắng (phút)

đụ

Hinh lHìnhc3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệu
(N trên, ta có thể kết luận được vật liệu FMM-C31 có độ đục thấp
Từ những kết quả
TU
và thời gian lắng nhanh.

3.1.7. So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 500
mg/L lần lượt trong 3 bình tam giác với 3 loại vật liệu là FMM-C11, FMM-21 và
FMM-C31 trong vòng 180 phút. Giữ nguyên pH, đo và ghi lại giá trị pH. Lấy một
lượng mẫu nhất định đem đi lọc, đo độ hấp phụ quang.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.1
Bảng Bảng 4Bảng 3.1. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMMC11, FMM-C21 và FMM-C31
FMM-C11
FMM-C21

Co(mg/l)
500
500

Ct(mg/l)
322
129,6
15

Qt (mg/g)
17,8
37,04


FMM-C31

500

42,4

45,76

Từ phương trình đường chuẩn, ta tính được nồng độ alizarin vàng G còn lại lần
lượt là 322 mg/L; 129,6 mg/L và 42,4 mg/L. Kết quả trên cho thấy, vật liệu FMM-C31
có khả năng hấp phụ alizarin vàng G tốt nhất.
3.2. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ cơ bản sử dụng vật liệu chitosan/oxit
sắt từ FMM-C31
Trên cơ sở thực nghiệm đã lựa chọn và biện luận trong mục 3.1. Chúng tôi tiến
hành tổng hợp vật liệu với quy trình và cách tiến hành như đã nêu ở trên và dùng vật
liệu FMM-C31 để khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu alizarin vàng G và metyl đỏ.
3.2.1. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật liệu
hấp phụ FMM-C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối với phẩm
màu metyl đỏ
Bảng 56Bảng 3.6. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối
với phẩm màu metyl đỏ
T (phút)
0
15
30
60
90
120
180
240

Co (mg/L)
20
20
20
20
20
20
20
20

Ct (mg/L)
19,9
11,5
6,1
3,87
3,77
3,66
3,45
3,4

Qt (mg/g)
0,001
0,85
1,39
1,61
1,62
1,63
1,66
1,66

Hinh mHình 3.13: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
Từ đồ thị hình ta thấy, đối với vật liệu FMM-C31 thời gian từ 0 đến 180 phút.
Dung lượng hấp phụ metyl đỏ tăng dần, sau 180 phút dung lượng hấp phụ hầu như
không đổi.
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
78Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ vủa vật liệu
pH
2
4

pH sau
2,36
6,41

Co(mg/L)
50
50
16

Ct(mg/L)
7,05
6,9

qt(mg/g)
4,29
4,31


6
7,54
50
8,6
4,1
8
7,79
50
14,35
3,56
10
8,17
50
14,29
3,57
Qua bảng cho thấy đối với metyl đỏ, pH sau khi xử lý đối với pH thấp có xu
hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao động xung quanh pH =
7. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 4. Ở pH cao, hiệu suất xử lý độ
màu thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31
910Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C314
Co(mg/L)
0
10
20
30
40
60

Ct(mg/L)
0
1,56
3,45
10,5
20,12
40,11

qt(mg/g)
0
0,84
1,65
1,95
1,99
1,99

Ct/qt
0
1,85
2,08
5,38
10,12
20,16

logCt
0
0,19
0,54
1,02
1,30
1,60

logqt
0
0
0,22
0,29
0,30
0,30

Hinh nHình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ
Từ đồ thị ta tính được vật liệu FMM-C31 có dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực
đại: qmax=1/0,4898= 2,04 (mg/g).
3.2.2. Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu
FMM-C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ
Bảng 11Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G
T (phút)
0
15
30
60
90
120
180
240
360

Co (mg/L)
200
200
200
200
200
200
200
200
200

Ct (mg/L) Qt (mg/g)
197,43
0,26
188,71
1,13
176,54
2,35
149,67
5,03
140,21
5,98
125,23
7,48
113,7
8,63
113,7
8,63
113,7
8,63

17


Hinh oHình 3.9: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của vật
liệu
Từ đồ thị hình, cho ta thấy đối với vật liệu FMM-C31 thời gian từ 0 đến 180
phút, dung lượng hấp phụ alizarin vàng G tăng dần, sau 180 phút thì dung lượng hấp
phụ gần như không tăng.
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật
liệu FMM-C31.
12Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của
vật liệu FMM-C31.
pH
2
4
6
8
10

pH sau
2,39
5,18
5,7
6,3
6,66

Co(mg/L)
500
500
500
500
500

Ct(mg/L)
40,28
147,28
190,28
397,44
418,86

qt(mg/g)
45,97
35,72
30,97
10,26
8,11

Qua bảng 3.4 nhận thấy: Đối với dung dịch alizarin vàng, pH sau khi xử lý đối
với pH thấp có xu hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao
động xung quanh pH = 6. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 2 .Ở pH
cao, hiệu suất xử lý độ màu rất thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại.
13Bảng 3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại của vật liệu FMMC31
Co(mg/L)
0
100
200
400
600
800
1000

Ct(mg/L)
0
1,07
1,16
2
10,13
45,08
157,7

qt(mg/g)
0
9,89
19,88
39,8
58,99
75,49
84,23

Ct/qt
0
0,11
0,06
0,05
0,17
0,60
1,87

logCt
0
0,03
0,06
0,30
1,00
1,65
2,20

Logqt
0
0,99
1,30
1,60
1,77
1,88
1,92

Hinh pHình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của alizarin vàngG

KẾT LUẬN
18


Qua quá trình thực hiện đề tài luận văn nghiên cứu ‘‘Tổng hợp vật liệu hấp phụ
có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước”, tôi đã
thu được những kết quả chính như sau:
- Đã tổ hợp được vật liệu Chitosan/Fe3O4 từ 3 loại chitosan thương mại có bán trên
thị trường Việt Nam (có độ deaxetyl hóa và phân tử lượng khác nhau) và oxit sắt từ
thương mại. Vật liệu có từ tính và có khả năng hấp phụ phẩm màu trong môi trường
nước. Vật liêu tổ hợp từ chitosan có độ deaxetyl hóa cao và phân tử lượng cao
(chitosan polyme) là phù hợp nhất.
- Đã sử dụng các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi
điện tử quét (SEM), diện tích bề mặt riêng (BET) ... để xác định đặc trưng vật liệu. Kết
quả cho thấy Fe3O4 được phân tán tốt với chitosan, do đó vật liệu có khả năng lắng tốt
hơn vật liệu chitosan thông thường. Thời gian lắng để đạt độ đục thấp hơn 10 NTU là
1 phút.
- Đã khảo sát điều kiện và tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM-31
đối với phẩm màu azo ít tan trong nước là Methyl đỏ. Kết quả cho thấy thời gian đạt
cân bằng hấp phụ là 60 phút; khoảng pH phù hợp là pH = 2 - 6; tải trọng hấp phụ cực
đại là 2 mg/g.
- Đã khảo sát điều kiện và tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM-31
đối với phẩm màu azo dễ tan trong nước là Alizarin vàng G. Kết quả cho thấy thời
gian đạt cân bằng hấp phụ là 180 phút; khoảng pH phù hợp là pH = 2 - 4; tải trọng hấp
phụ cực đại là 86 mg/g.
Như vậy, các kết quả nghiên cứu cho thấy đã tổ hợp được vật liệu hấp phụ có từ
tính và khả năng ứng dụng khá tốt. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo cần đi sâu
đánh giá, lí giải và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế hấp phụ, khả năng tái sử
dụng cũng như từng bước hoàn thiện điều kiện chế tạo vật liệu nhằm nâng cao hiệu
quả hấp phụ của vật liệu.

19



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×