Nghiên cứu chế tạo vật liệu chitosan biến tính và ứng dụng để xử lý thuốc nhuộm azo anionic trong nước

Bài viết Nghiên cứu chế tạo vật liệu chitosan biến tính và ứng dụng để xử lý thuốc nhuộm azo anionic trong nước trình bày phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ chitosan (CS) và Bentonit Cổ Định (BT) cùng với việc đánh giá khả năng xử lý thuốc nhuộm B10B của vật liệu đã chế tạo.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CHITOSAN BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ THUỐC NHUỘM AZO ANIONIC TRONG NƯỚC Kiều Thị Mai Hương1, Nguyễn Hoài Nam1, Lê Minh Thành1 Trường Đại học Thủy lợi, email: huongktm67@wru.vn GIỚI THIỆU CHUNG Các ngành công nghiệp dệt nhuộm, mỹ phẩm, nhựa v.v sử dụng chất màu để nhuộm sản phẩm xả lượng lớn nước thải mang màu gây ô nhiễm môi trường Nhiều phương pháp áp dụng để loại bỏ chất màu hòa tan nước, hấp phụ quan tâm nhiều hiệu xử lý cao chi phí thấp Vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế phẩm cơng nghiệp ngun liệu có sẵn tự nhiên ưu điểm trội cơng nghệ Bài báo trình bày phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ chitosan (CS) Bentonit Cổ Định (BT) với việc đánh giá khả xử lý thuốc nhuộm B10B vật liệu chế tạo PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bột CS mua từ Công ty TNHH MTV Chitosan Kiên Giang Bột BT mua từ Công ty cổ phần Bentonite An Phát Thanh Hóa Thuốc nhuộm amido black 10B (AB10B) xuất xứ Canada Dung dịch HCl NaOH 0,5M sử dụng để điều chỉnh pH dung dịch thuốc nhuộm Đặc trưng tính chất vật liệu đánh giá thông qua phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) sử dụng thiết bị Hitachi S-4800 Nhiễu xạ tia X (XRD) xác định thiết bị nhiễu xạ Miniflex600 hãng Rigaku Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đo máy quang phổ FTIR 4600 hãng Jasco Chế tạo vật liệu: Cân gam bột chitosan cho vào cốc 250 mL hòa tan 100 mL dung dịch axit axetic 2% Thêm vào lượng bentonite định khuấy hỗn hợp nhiệt độ phịng Sau thêm từ từ dung dịch glutaraldehyde 25% với tỉ lệ glutaraldehyde/chitosan khoảng mL/g vào hỗn hợp CS/BT tiếp tục khuấy hỗn hợp 60°C thời gian 23 để phản ứng tạo liên kết ngang xảy Sau phản ứng hoàn thành, rửa hỗn hợp nước cất để loại bỏ glutaraldehyde dư Cuối cùng, lọc vật liệu làm khô 60°C thời gian 24 [1] Đánh giá khả xử lý thuốc nhuộm AB10B hòa tan nước vật liệu sau: Chuẩn bị dãy bình tam giác 250 mL bình có 200 mL dung dịch AB10B với nồng độ từ 50-150 mg/L, thêm vào lượng vật liệu từ 0,6-1,5 gam Sau đặt bình vào máy lắc lắc với tốc độ 200 vòng/phút khoảng thời gian xác định Dung dịch sau lắc lọc qua giấy lọc nồng độ AB10B xác định cách đo quang phổ máy UV-VIS DR3900 bước sóng 618 nm Dung lượng hấp phụ AB10B thời điểm vật liệu tính theo phương trình sau: C  C   V q o m Trong đó: q dung lượng hấp phụ vật liệu (mg/g); Co C nồng độ ban đầu nồng độ AB10B thời điểm cân (mg/L); V thể tích dung dịch (L); m khối lượng vật liệu composite liên kết ngang (kí hiệu CCS/BT) (g) 299 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá đặc trưng tính chất vật liệu 3.1.1 Kết phân tích nhiễu xạ tia X Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) vật liệu bentonite tự nhiên vật liệu composite CCS/BT tỉ lệ 2:2 thể Hình Kết cho thấy bentonite tự nhiên bị thay đổi so với ban đầu, tinh thể bentonite không cịn rời rạc mà có dính kết với hạt chitosan Đồng thời, bề mặt vật liệu CCS / BT khơng cịn khe khối tinh thể, điều chứng tỏ chitosan đan xen vào khe hở bentonite liên kết khối tinh thể bentonite với tạo thành bề mặt lồi lõm 3.1.3 Kết quang phổ hồng ngoại Kết phân tích quang phổ hồng ngoại (FTIR) ba mẫu vật liệu: (a) CCS/BT 2:2 trước hấp phụ thuốc nhuộm, (b) CCS/BT 2:2 trình bày Hình Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X composite CCS/BT 2:2 Các mẫu bentonite tự nhiên vật liệu CCS/BT phân tích nhiễu xạ tia X Kết BT tự nhiên thấy xuất đỉnh nhiễu xạ 2-θ góc 20,14°, 26,9° 29,6°, tương ứng với khoảng cách d001 4,4Å, 3,3Å 3,0Å Các đỉnh nhiễu xạ 2theta CCS/BT biến tính bị dịch chuyển đến góc 20,10°, thấp so với BT tự nhiên Chứng tỏ chitosan đan xen vào không gian lớp bentonite, làm thay đổi cấu trúc tinh thể bentonite CCS/BT biến tính Kết phân tích tương đồng với kết ảnh chụp XRD tương ứng với loại bentonite Cổ Định [2] 3.1.2 Kết chụp ảnh hiển vi điện tử quét Hình thái học bề mặt bentonite tự nhiên vật liệu biến tính CCS/BT quan sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kết chụp ảnh SEM thể Hình (a) (b) Hình Phổ FTIR CCS/BT 2:2 trước (a) sau hấp phụ (b) Phổ FTIR CCS/BT (hình 3a) cho thấy dải phổ rộng có đỉnh 3435 cm-1 dao động kéo giãn nhóm -OH, dải phổ có đỉnh 1641 cm-1 dao động biến dạng liên kết nhóm -NH2 Đỉnh phổ 1557 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm azometin -N=CH-, kết phản ứng nhóm amin nhóm cacbonyl có glutaraldehyde [3] Đỉnh phổ 466 cm-1 (Hình 3a) 472 cm-1 (Hình 3b) dao động liên kết Al-OH, thành phần đặc trưng bentonite Cổ Định, chứa nhiều khoáng kaolinite, quartz 3.2 Nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm AB10B 3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ chitosan/bentonite Hình Ảnh SEM vật liệu (a) bentonite tự nhiên, (b) composite CCS/BT 2:2 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm theo thời gian thể Hình 300 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 bề mặt vật liệu, làm tăng khả hấp phụ thuốc nhuộm vật liệu 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu Hình Dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm mẫu CCS/BT với tỉ lệ khác Kết đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng CS:BT đến trình hấp phụ cho thấy, ba loại vật liệu composite CCS/BT (TL 2:1, TL 2:2, TL 2:3) hấp phụ tốt thuốc nhuộm AB10B, chứng tỏ kết hợp chitosan bentonite tạo vật liệu composite có khả loại bỏ thuốc nhuộm AB10B Khi lượng CS nhiều BT hiệu hấp phụ tốt hơn, nhiên dung lượng hấp phụ lớn không nhiều Ảnh hưởng khối lượng vật liệu composite CCS/BT đến hiệu suất hấp phụ thuốc trình bày Hình Kết cho thấy, hầu hết thí nghiệm cho hiệu suất hấp phụ cao (trên 95%) Điều chứng tỏ, vật liệu CCS/BT chế tạo có khả xử lý tốt thuốc nhuộm AB10B Đạt hiệu suất cao số lượng tâm hấp phụ vật liệu tương đối nhiều nên khả hấp phụ thuốc nhuộm tốt Vì vậy, với khối lượng vật liệu sử dụng không lớn xử lý loại bỏ thuốc nhuộm đạt hiệu suất cao, nồng độ thuốc nhuộm nước không thấp Hiệu loại bỏ thuốc nhuộm AB10B cao 0,8 gam vật liệu 3.2.2 Ảnh hưởng kích thước hạt CCS/BT Các vật liệu KT 1, KT 2, KT tương ứng với kích thước hạt (d  0,5mm), (0,5  d  1,0mm), (1,0  d  2,0mm) sử dụng để đánh giá ảnh hưởng kích thước hạt đến khả hấp phụ thuốc nhuộm AB10B Kết thí nghiệm trình bày Hình Hình Hiệu suất xử lý thuốc nhuộm với khối lượng vật liệu khác KẾT LUẬN Đã chế tạo thành công vật liệu composite CCS/BT từ chitosan bentonite Cổ Định có khả xử lý tốt thuốc nhuộm AB10B với hiệu suất đạt gần 100% số trường hợp cụ thể Kết xử lý cho thấy hiệu suất hấp phụ, dung lượng hấp phụ phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt phụ thuộc vào hàm lượng CS vật liệu Hình Hiệu suất hấp phụ vật liệu có kích thước hạt khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết cho thấy hiệu suất xử lý đạt gần 100% tất kích thước hạt sử dụng Điều chứng tỏ kích thước hạt có ảnh hưởng tương đối lớn đến hiệu suất xử lý thuốc nhuộm Với kích thước hạt nhỏ diện tích bề mặt vật liệu lớn hơn, đồng thời giúp cho vật liệu phân bố dung dịch thuốc nhuộm Như thuốc nhuộm AB10B khuếch tán nhanh [1] Qian Liu, Bingchao Yang, Lujie Zhang, Ruihua Huang, “Adsorption of an anionic azo dye by cross-linked chitosan/bentonite”, International Journal of Biological Macromolecules, vol 72, pp 1129-1135, 2015 [2] Nguyễn Lê Mỹ Linh, “Nghiên cứu biến tính bentonite Cổ Định ứng dụng xúc tác - hấp phụ”, Luận án Tiến sĩ Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế, 2016 301 ... tốt thuốc nhuộm AB10B Đạt hiệu suất cao số lượng tâm hấp phụ vật liệu tương đối nhiều nên khả hấp phụ thuốc nhuộm tốt Vì vậy, với khối lượng vật liệu sử dụng khơng lớn xử lý loại bỏ thuốc nhuộm. .. sử dụng để đánh giá ảnh hưởng kích thước hạt đến khả hấp phụ thuốc nhuộm AB10B Kết thí nghiệm trình bày Hình Hình Hiệu suất xử lý thuốc nhuộm với khối lượng vật liệu khác KẾT LUẬN Đã chế tạo. .. 3.2 Nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm AB10B 3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ chitosan/ bentonite Hình Ảnh SEM vật liệu (a) bentonite tự nhiên, (b) composite CCS/BT 2:2 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm