Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng sét Momorillonite (MMT) lên khả năng hấp phụ màu hữu cơ của màng PVA,agar,maltodextrin

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2020 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng khoáng sét Momorillonite (MMT) lên khả hấp phụ màu hữu màng PVA/agar/maltodextrin Sổ hợp đồng: 2020.01.027/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Hồng Ngọc Bích Đơn vị cơng tác: Viện Kỳ thuật Công nghệ cao NTT Thời gian thực hiện: 03/2020 - 08/2020 TP Hồ Chí Minh, ngày 07 thảng 10 năm 2020 MỤC LỤC MỞ ĐÀU .1 CHƯƠNG TỐNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 1.2 Màu công nghiệp 1.3 Vật liệu PVA 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Tính chất PVA 1.3.3 ứng dụng cũa PVA 1.4 Vật liệu maltodextrin 12 1.4.1 Khái niệm 12 1.4.2 Tính chất 12 1.4.3 Úng dụng 13 1.5 Vật liệu Agar 13 1.5.1 Khái niệm 13 1.5.2 Tính chất 14 1.5.3 ứng dụng 15 1.6 Vật liệu khoáng sét Momorillonite (MMT) 17 1.6.1 Khái niệm 17 1.6.2 Tính chất 19 1.6.3 ứng dụng 20 1.7 Tình hình nghiên cứu màng PVA composite 21 1.7.1 Ngoài nước 21 1.7.2 Trong nước 23 1.8 Mục tiêu đe tài 23 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cửu 25 2.1 Nguyên liệu 25 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 25 2.2.1 Phương pháp tổng hợp màng composite kết hợp với MMT 25 2.2.2 Phương pháp đánh giá cấu trúc, tính chất lý 26 2.2.3 Phương pháp đánh giá độ trương màng 27 2.2.4 Nghiên cứu hấp phụ cùa màng cho thuốc nhuộm hữu 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THAO LUẬN 29 3.1 Đặc tính vật lý tính chất cũa màng composite 29 3.1.1 Phân tích quang phổ hồng ngoại 29 3.1.2 Đánh giá mạng tinh the cũa màng 30 3.1.3 Hình thái học cùa màng 31 3.1.4 Độ trương, độ tan, độ am màng 32 3.1.5 Tính chất lý cùa màng 34 3.2 Tính chất hấp phụ chọn lọc cùa thuốc nhuộm 34 3.3 Khã hấp phụ cv 36 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ 36 3.3.2 Ảnh hường cùa pH cùa dung dich hấp phụ 37 3.3.3 Ành hường khối lượng màng 38 3.3.4 ành hưởng nồng độ màu 39 3.3.5 Động học hấp phụ đẳng nhiệt 39 3.4 Tái sinh tái sử dụng .42 KẾT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Từ viết tắt PVA Màng PVA PAM-MMT-0%, PAM Màng PVA/Agar/ Maltodextrin kết hợp với MMT với tỷ lệ 0% PAM-MMT-5% Màng PVA/Agar/Maltodextrin kểt họp với MMT với tỷ lệ 5% PAM-MMT-10% Màng PVA/Agar/Maltodextrin kết họp với MMT với tỷ lệ 10% PAM-MMT-20% Màng PVA/Agar/Maltodextrin kết họp với MMT với tý lệ 20% PAM-MMT-30% Màng PVA/Agar/Maltodextrin kết họp với MMT với tỷ lệ 30% DANH MỤC CÁC BẢNG BIẾU, sơ ĐỊ, HÌNH ẢNH 1.1: 1.2: 1.3: 1.4: 1.5: 1.6: Các phương pháp loại bỏ thuốc nhuộm màu Thuốc nhuộm tổng hợp thường sừ dụng ngành công nghiệp cấu trúc phân tữ cùa màu MB cấu trúc polyvinyl alcohol phương trình tổng họp PVA cấu trúc không gian mạng lưới MMT 18 Hình 1.7: Hình 1.8: Hình 2.1: Hình 2.2: Hình 3.1: Mạng tứ diện SĨƠ4 18 Mạng bát diện MeOó (Me =Al,Mg) 18 Quy trình tổng họp màng PAM kết hợp với MMT 26 Quy trình hấp phụ cùa màng PAM kết họp với MMT 28 FTIR cùa PVA (Ã), PAM-MMT-0% (B), PAM-MMT-5% (C), PAM-MMT-10% (D), Hình Hình Hình Hình Hình Hình PAM-MMT-20% (E) PAM-MMT-30% (F) 30 Hình 3.2: XRD cùa màng PAM-MMT-0% , PAM-MMT-5% , PAM-MMT-10% , PAMMMT-20% PAM-MMT-30% 31 Hình 3.3: SEM cùa mặt cắt ngang bề mặt cùa PAM-MMT-0% (A, a), PAM-MMT-5% (B, b), PAM-MMT-10% (C, c), PAM-MMT-20% (D, d) PAM-MMT-30% (E, e) 32 Hình 3.4: Khá hấp phụ thuốc nhuộm Crystal Violet (CV), Methylene Blue (MB), Congo Red (CR), Methyl Orange (MO) xử lý màng PAM-MMT-20% 35 Hình 3.5: khả hấp phụ màu cv cùa nong độ MMT 36 Hình 3.6: ảnh hường cúa thời gian hấp phụ 37 Hình 3.7: ânh hưởng pH hấp phụ 38 Hình 3.8: ânh hưởng khối lượng màng .38 Hình 3.9: ành hưởng cùa nong độ hấp phụ 39 Hình 3.10: Động học hấp phụ (A) đường đẳng nhiệt hấp phụ (B) cùa màng PAM-MMT-20% để loại bỏ cv 42 Hình 3.11: Tái sử dụng chất hấp phụ PAM-MMT-20% 42 Bảng 1.1: Ưu Nhược điểm số phương pháp xữ lý họp chất hữu có màu Bàng 3.1: giá trị độ ẩm, độ tan, độ trương cùa màng PVA màng PAM kết họp với MMT .: 33 Bâng 3.2: Các hành vi học cùa màng PVA màng PAM kểt họp với MMT 34 Bàng 3.3: Các thông số động học cho hap phụ cv màng dựa PVA-MMT-20%40 Bâng 3.4: Các thông số nhiệt cho hấp phụ cũa cv màng dựa PVA-MMT-20% .' .? 41 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN cứu Công việc thực STT Nghiên cứu qui trình tổng hợp màng Qui composite PVA/(agar/maltodextrin) kêt hợp với Khoáng sét Momorillonite (MMT) Đánh giá hình thái, cấu trúc tính chất cùa màng: SEM, FTIR, XRD, tính chất lý, độ hòa tan, độ ẩm, độ trương, khả thấm nước Đánh giá khả hấp phụ màng composite với màu cation anion Nghiên cửu thông số ảnh hưởng hâp phụ màu chọn lọc đôi với màng composit PVA/(agar/maltodextrin) Nghiên cứu đãng nhiệt hấp phụ màu động học hâp phụ Nghiên cứu giải hấp tái sử dụng màng sau hâp phụ màu chọn lọc băng ethanol Báo cáo tông kêt Kết đạt trình tong hop màng PVA/(agar/maltodextrin) kêt hợp với Khoáng sét Momorillonite (MMT) Bảng kết quà đánh giá hình thái, cấu trúc tính chât cùa màng Qui trình xứ lý màu kết quà đánh giá hâp phụ màu đôi với Congo red, methylene blue, methyl orange, crystal violet Các thông so ảnh hường Bàng so liệu động học Qui trình giải hấp tái sữ dụng Quyên báo cáo nghiệm thu đề tài Sản phẩm đăng ký Sản phẩm đạt STT Màng PVA/(agar/maltodextrin) kết họp Màng PVA/(agar/maltodextrin) kết họp với với Khoáng sét Momorillonite (MMT) Qui trình chể tạo màng PVA/(agar/maltodextrin) kêt họp với Khống sét Momorillonite (MMT) Qui trình hấp phụ màu cv sử dụng màng PVA/(agar/maltodextrin) kêt hợp với Khoáng sét Momorillonite (MMT) Bài báo báo cáo khoa học Thời gian đăng ký: từ ngày Thịi gian nộp báo cáo: ngày Khống sét Momorillonite (MMT) Qui trình che tạo màng PVA/(agar/maltodextrin) kêt họp với Khống sét Momorillonite (MMT) Qui trình hấp phụ màu cv sữ dụng màng PVA/(agar/maltodextrin) kêt họp với khoáng sét Momorillonite (MMT) Bài báo khoa học tạp chí Material-today proceedings thuộc hệ thong Scopus đến ngày MỞ ĐÀU Trong năm gần có nhiều cơng trình nghiên cứu sù dụng phuơng pháp khác nham xù lý họp chất hữu độc hại nuớc thải Tuy nhiên, phuơng pháp xừ lý nước thải truyền thống như: phương pháp học, phương pháp sinh học, phương pháp hóa lý khó xử lý xữ lý không triệt để chất ô nhiềm Để xữ lý triệt để chất nhiễm nghiên cứu gan cho thấy vật liệu hấp phụ, vật liệu quang xúc tác vật liệu tiềm việc xữ lý chất màu hữu có nước thải Nhưng điểm yếu cùa vật liệu phân tán khiển cho vật liệu khó thu hoi tái sữ dụng vật liệu Ngoài ra, the giới đe cao vấn đề môi trường, sàn phấm phải thân thiện với mơi trường Đe khấc phục điểm u màng hấp phụ PVA xem xét để sừ dụng cài thiện chất lượng nước sau xứ lý, với đặc trưng ve cấu trúc màng sừ dụng chắn, dùng để ngăn cản chất tồn nước Tuy có cơng dụng tốt thực te màng vần chưa ứng dụng rộng rãi đời sống giá thành chi phí vận hành cao Ngồi việc xữ lý màng sau trình sữ dụng vấn đe nhà nghiên cứu quan tâm Trong nghiên cửu báo cáo ve việc che tạo màng phân hủy sinh học thân thiện với môi trường dựa PVA, agar maltodextrin, cho thay tiềm lớn việc hấp phụ chọn lọc thuốc nhuộm cation Agar polysaccharide vách te bào chù yếu cấu tạo đơn vị disaccredit lặp lặp lại galactose 1,3 liên kết 3,6 anhydro-1- galactosel8 coi ứng cữ viên tuyệt vời cho hình thành hydrogel ve tính chất vật lý cải thiện cùa màng PVA/agar Tuy nhiên, màng hydrogel PVA/agar có khả hấp thụ nước cao nên chúng ổn định dung dịch nước Maltodextrin tìm thấy có khả cải thiện ổn định cùa màng hydrogel tác động tổng hợp đe hình thành mạng lưới hydrogel ba chiều ổn định từ liên kết chéo nhóm hydroxyl PVA, agar maltodextrin Tuy nhiên nghiên cứu trước đây, dung lượng hấp phụ cùa màng không cao nên để cài thiện khâ hấp phụ cúa màng khống sét Momorillonite (MMT) cho lựa chọn tốt khả hấp phụ cao vật liệu thân thiện môi trường Theo nghiên cửu tham khảo tài liệu nước, dựa vào khà lọc, hấp phụ chọn lọc tính thân thiện với mơi trường mà chọn đe tài: “Nghiên cứu ảnh hường cùa khoáng sét Momorillonite (MMT) lên khã hấp phụ màu hữu cũa màng PVA/agar/maltodextrin” CHƯƠNG TÔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm Trong vòng vài năm trở lại người nhận thức rõ ràng ve tác động môi trường sức khoẻ người cùa loại thuốc nhuộm màu, việc phát triển phương pháp nham xữ lý tình trạng nhiễm môi trường chủ động xứ lý nước thài cùa nhà máy có sừ dụng thuốc nhuộm nhu cầu tất yếu bat buộc Có nhiều phương pháp sừ dụng có hiệu quà việc loại màu thuốc nhuộm, chia thành nhóm lớn phương pháp sinh học, hoá học vật lý Các phương pháp vật lý hoá học bao gồm hấp phụ, quang xúc tác, phân huỷ quang xúc tác hấp phụ, ozone hố, đơng tụ, điện đơng tụ phương pháp điện hoá, phương pháp tách màng, phương pháp siêu âm, oxi hố khơng khí ướt, phương pháp màng nhũ tương lóng, ứng dụng thành công việc xữ lý chất màu khác [1], Hình 1.1: Các phương pháp loại bỏ thuốc nhuộm màu Một vài phương pháp vần cịn có giá thành cao sinh chất phụ độc hại Các phương pháp xữ lý sinh học đế loại màu thuốc nhuộm dựa vào hệ thống xữ lý kỵ khí hiếu khí Mặc dù phương pháp sinh học đánh giá phương pháp kinh te so sánh với phương pháp hoá lý khác, nhiên ứng dụng cùa chúng lại bị hạn chế kỳ thuật thời gian xừ lý dài thường không hiệu xừ lý chất nhuộm màu có cấu trúc polymer cao phân tử ben vững Hơn nữa, thành phần chất màu nước thải thường gây độc cho quần xã quan thể vi sinh vật sứ dụng bùn Các phương pháp loại bỏ màu thuốc nhuộm chia thành hai nhóm phân huỳ không phân huỷ Trong Bàng 1.1 thống kê ưu điểm nhược điểm cùa số phương pháp sữ dụng công nghệ loại bỏ thuốc nhuộm Báng 1.1: ưu Nhược điếm số phương pháp xứ lý hợp chất hữu có mừw.[l] Phương Ưu điểm Nhược điểm pháp Là nguyên nhân dần đến ô nhiễm khác từ phàn ứng phụ tạo hàm Ozon Công nghệ đơn giàn, kinh tế Không lượng bùn lớn Giá thành ozone cao, hố thay đổi thề tích xữ lý chi lượng ozone chuyển hố tốc độ truyền khối lượng chậm, chi số bán thời gian ngắn (20 phút) Không tạo lượng bùn lớn, tổc độ xứ Quang hoá màu tốt lượng cao Tồc độ xữ lý chậm, cẩn thiểt lập điểu kiện Phân Giá thành kinh te, có the thực huỳ sinh Hình hành sàn phẩm phụ, giá thành lý nhanh hiệu quà hấp phụ chất môi trường tối ưu, địi hói điều kiện tất quy mơ giàu dinh dưỡng để trì học Hấp phụ Khà hấp phụ cao lên phân huỳ hố học Có khã thực cacbon mơ hình có dịng chày lớn, chất hoạt lượng nước sau xữ lý tốt mà không ton tính dư bùn cặn chứa Giá thành vận hành cao, khó mở rộng quy trình quy mơ lớn; Khơng hiệu số loại thuốc nhuộm có độ phân tán cao Khơng can bổ sung chất hố học, dễ dàng vận hành khả loại bỏ Điện hoá chất mùa cao, sàn phẩm cuối Giá thành điện cao không độc hại Giá thành cao, không hiệu q Trao đổi Khơng thất chất hấp phụ, có thuốc nhuộm có độ phân tán cao Không ion hiệu loại màu tốt hiệu quà hệ thống cột dòng chày hấp phụ Lọc màng Thân thiện với mơi trường, có khả Tạo nhiều bùn; cẩn áp suất lớn nên giá loại bỏ hau het loại màu, chất thành cao, không phù hợp xữ lý quy lượng nước thãi tốt mơ lớn Q trình diễn nhanh hiệu Tống hợp sổ sản phấm độc cao hợp chất organochlorine Oxi hố Khơng chuyển chất độc hại từ pha sang pha khác, đong thời Oxi hố khơng tạo lượng lớn bùn thái nâng độc hại Chỉ lượng nhỏ hoá chất cao bị tiêu hao có hiệu cao (AOPs) loại màu ben vững Những chất Giá thành vận hành cao Hiệu quà xừ lý chưa tương xứng với thành phan đa dạng cùa nước thài dệt nhuộm hữu thường bị oxi hoá đen sản phẩm CƠ2 Vận hành đơn giản, khơng có tính Địi phải thay đơi thành phần hố học, chọn lọc chất độc tái sữ q trình khơng phân huỷ Q trình vận dụng vật liệu hấp phụ Quy trình hành tái hoạt hố thường làm hoạt thực nhanh, rẻ, thân thiện tính hấp phụ cùa cacbon, dẫn đến với mơi trường tái sữ dụng giá thành sữ dụng phương pháp chưa vật liệu thải kinh tế Hấp phụ Đòi hỏi lượng lớn nước để tạo nàng lượng cho q trình đơng tụ Thiếu Điện Có hiệu q cao đơng tụ thiết ke chung cho noi phàn ứng theo mẻ liên tục Quy trình bao gồm nhiều che phức tạp Các tham số thu từ mô hình động học hấp phụ màng PAM-MMT-20% tóm tắt Bảng 3.3 Các sơ đo cho mơ hình giả thứ nhất, giả thứ hai, Elovich Bangham trình bày Hình 3.1 OA Mơ hình động học Elovich trang bị tốt với liệu hấp phụ cho màng PAM-MMT-20%, chứng minh bang hệ số tương quan cao (R2 = 0,9977) Ket thu có the hấp phụ cv màng composite kiểm soát chữ yếu q trình hóa học với khuếch tán khơng đong Bảng 3.3: Các thông số động học cho hấp phụ cùa cv màng dựa PVA-MMT-20% Pseudo-first-oder Pseudo-second-oder Bangham Elovich qe(mg/g) 30.0531 Qe(mg/g) 34.2350 p(g/mg) 0.1650 kB(mL/(g/L)) 8.7095 ki (min-1) 0.0239 k2 (min-1) 0.0009 a (mg/(g.min)) 3.9591 ƠB 0.2299 R2 0.9771 R2 0.9963 R2 0.9977 R2 0.9943 H=k2qe2 1.0548 Hiểu tương tác chất hấp phụ chất hấp phụ giao diện chất lỏng / rắn, đường đẳng nhiệt hấp phụ xem xét Điều cho đường đẳng nhiệt cung cấp số hiểu biết q trình hấp phụ thơng số quan trọng liên quan đến che hấp phụ Theo báo cáo, mơ hình đắng nhiệt, cụ the Langmuir, Freundlich, Temkin Dubinin Radushkevich (D-R) có the mơ tã xác hành vi hấp phụ thuận lợi cùa trình hấp phụ [60] Phương trình xác định tương ứng sau: ợe = Tnrr l+KLCe RlL = 77777 “ 1+KLCO (9) qe = KpCg^n qe = BT\^kTCe} qe = Qme~B£2 (v 8)7 Bt = ™ (10) E^; E = RTln(l +£) (11) Trong Kl (L / mg) hang so Langmuir Rl hệ số phân tách (không thuận lợi (Rl > 1), tuyến tính (Rl - 1), thuận lợi (0 < Rl