THÔNG TIN TÀI LIỆU
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 KÉT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2020 Tên đề tài: Nghiên cứu vật liệu ZrƠ2 biến tính bề mặt vói acid thioctic phân tách, thu hồi vàng palladium từ nước thải điện tử Số hợp đồng: 2020.01.057 Chủ nhiệm đề tài: TS Triệu Ọuổc An Đơn vị công tác: Khoa Kỳ thuật Thực phấm Môi trường - trường ĐH Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: 3/2020 - 2/2021 TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2020 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 TỎNG KẾT ĐÈ TÃI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 20 Tên đề tài: Nghiên cứu vật liệu ZrƠ2 biến tính bề mặt vói acid thioctic phân tách, thu hồi vàng palladium từ nước thải điện tử Sổ hợp đồng: 2020.01.057 Chủ nhiệm đề tài: Đơn vị công tác: Khoa Kỳ thuật Thực phấm Môi trường - trường ĐH Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: 3/2020 - 2/2021 Các thành viên phổi hợp cộng tác: STT Họ tên Chuyên ngành Cơ quan công tác Ký tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TÓNG QUAN TÀI LIỆU Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước thuộc lình vực đề 1.1 tài Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu nước thuộc lình vực đề 1.2 tài CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 2.1 Nội dung 1: Nghiên cứu biến tính be mặt nano-ZrƠ2thương mại 2.2 Nội dung 2: Nghiên cứu khả hấp phụ loại vậtliệu nano-ZrƠ2 biến tính bề mặt CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính cấu trúc vật liệu nano-ZrƠ2 hybrid 3.2 Nghiên cứu trình hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrƠ2-TOA ZrƠ2- AA-TOA 14 3.2.1 Cân hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrƠ2-TOA 14 3.2.2 Khảo sát động học hấp phụ: ảnh hưởng cùa thời gian tiếp xúc ZrƠ2- TOA ion Pd(II) Au(III) 16 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ acid chlohydric (HC1) ion chloride (Cl ) 18 3.2.4 So sánh hiệu hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrƠ2-TOA ZrƠ2AA-TOA 19 KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHŨ VIẾT TẮT EOL: End-of-life WEEE: Waste Electrical and Electronic Equipment UN: United Nations EOLRR: End-of-life Recycling Rate DANH MỤC CÁC BẢNG BIẾU Bảng Diện tích bề mặt riêng cùa vật liệu Bảng Dung lượng hấp phụ ion Pd(II) Au(III) số vật liệu hấp phụ nghiên cứu 16 Bảng Tóm tắt dừ liệu mơ hình động học hấp phụ ion Pd(II) Au(III) vật liệu ZrO2-TOA 17 Bảng Dung lượng hấp phụ ion Pd(II) Au(III) tối đa Z1O2-TOA ZrO2AA-TOA? ” 20 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình Mơ tả q trình biến tình bề mặt nano-ZrO2 Hình Pho nhiễu xạ tia X bột nano-ZrO2 Hình Hình ảnh TEM nano-ZrO2 (A), ZrƠ2-TOA (B) ZrƠ2-AA-TOA (C D) 10 Hình Đường cong TGA ZrO2-AA ZrƠ2-AA-TOA 10 Hình Phổ 31p NMR pha rắn (sử dụng kỳ thuật MAS) vật liệu ZrO2-AA (A) ZrO2-AA-TOA (B) cịn lại sau q trình phân tích TGA 11 Hình Phổ ATR-FTIR nano-ZrƠ2, ZrƠ2-TOA TOA 12 Hình Phổ ATR-FTIR nano-ZrƠ2, ZrO2-AA AA 12 Hình Phổ DRIFT-FTIR ZrO2-AA ZrO2-AA-TOA sau giải hấp nước 105°C 13 Hình Phồ 3IP NMR pha rắn (MAS) AA, ZrO2-AA ZrO2-AA-TOA .14 Hình 10 Ảnh hưởng nồng độ ion Pd(II) Au(III) ban đầu dung dịch 15 Hình 11 Ánh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ ion Pd(II) Au(III) vật liệu ZrƠ2-TOA 17 Hình 12 Ảnh hưởng nồng độ HC1 lên khả hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrO2-TOA 18 Hình 13 Ảnh hưởng nồng độ CF lên khả hấp phụ ion Pd(II) ZrO2-TOA (pH - 1) 19 Hình 14 Phần trăm hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrO2-TOA từ dung dịch nước thải từ nhà máy tái chế rác điện tử (pH ~ 1) 20 Hình 15 Khả tái sử dụng vật liệu ZrO2-TOA dung dịch nước chứa HC1 ion Pd(II) nồng độ 10 mg/L 21 Hình 16 Khả tái sử dụng ZrO2-TOA ZrO2-AA-TOA dung dịch nước thải 22 MỞ ĐÀU Palladium (Pd, nhóm kim loại platinum) vàng (Au, nhóm kim loại quý) sử dụng nhiều ngành công nghiệp khác nữ trang, xúc tác thiết bị hi-tech nhờ khả dần điện cao kháng ăn mòn Gần đây, tốc độ tái che EOL thiết bị điện điện tử hay gọi rác thải điện tử (WEEE) thu hút ngày nhiều mối quan tâm số lượng sản xuất ngày tăng mồi năm (Baldé 2017) EOLRR 60 nguyên tố xác định UN vào năm 2011 EOLRR cho thiết bị điện tử khoảng 5-10% (Manhart 2011) Một nghiên cứu ước lượng 23762.4 quặng Au 3333.3 quặng Pd cần xử lý đe đạt 24 kg Au kg Pd, cần khoảng 141.1 điện thoại di động thu hồi lượng tương đương Au Pd với giả định hiệu suất thu hồi 100% (Kumar, Holuszko and Espinosa 2017) Vì the, rác điện tử đặt tên “mỏ thành thị” giá trị cùa loại rác ngày trở nên quan trọng Dựa theo số liệu thống kê dựa án “quan trắc rác điện tử toàn cầu” vào năm 2020 (Forti V 2020), 53.6 triệu rác điện tử với giá trị xấp xỉ 57 tỉ USD sinh năm 2019, hiệu suất tái chế đạt 17.4% Nói cách khác, 82.6% (44.3 triệu tấn) rác điện từ năm 2019 không thu hồi tái chế Khái niệm tái chế sản phẩm cũ áp dụng đe thu hồi Pd Au từ rác điện tử bao gồm bước chính: (i) Tiền xử lý, phương pháp vật lý áp dụng tháo bỏ, phân mảnh, nghiền phân tách học (ii) Xử lý, sử dụng phương pháp nhiệt luyện/thủy luyện/sinh học để phân tách tinh chế kim loại mục tiêu tiền sản phấm từ giai đoạn tiền xừ lý (Lu and Xu 2016) Một trình kết họp nhiệt luyện thủy luyện sử dụng để phân tách/tinh chế kim loại (Cu, Ni, Fe, Co, Zn), kim loại quý (Au, Au, Pt, Pd) kim loại khác (Ta, In, Ga, Ge) Trong trình này, tiền sản phẩm nung chảy đúc thành mà sau sè thu hồi Cu q trình điện hóa Các kim loại khác phần kết tủa sau giai đoạn điện hóa thu hồi thơng qua q trình thủy luyện, kim loại chuyến vào dung dịch nhờ tác nhân sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, aqua regia, thiourea cyanide tinh chế nhờ công nghệ phân tách kết tủ chọn lọc, chiết dung môi hấp phụ lỏng-rắn Thực tế, nước thải từ trình thường chứa hàm lượng vết (< 100 mg/L) giá trị trở nên ngày quan trọng nhu cầu sử dụng kim loại quý ngày cao Xem xét hiệu kinh tế, tính đơn giản thân thiện với mơi trường, trình hấp phụ lỏng-rắn sè trở thành lựa chọn hàng đầu Trong đề tài này, vật liệu nano-ZrƠ2 thương mại biến tính bề mặt ứng dụng đề thu hồi ion Pd(II) Au(III) trình hấp phụ lỏng-rắn Vật liệu nano-ZrƠ2 gan nhóm chức carboxylic (-COOH) phosphonic (-P(O)(OH)2) chất liên kết với bề mặt nano-ZrƠ2 nghiên cứu Đặc biệt, mối liên hệ cấu trúc vật liệu, hiệu hấp phụ, độ bền, khả tái sử dụng làm sáng tỏ nghiên cứu CHƯƠNG TÓNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước thuộc lĩnh vực đề tài Phân tách tinh chế đóng vai trị quan trọng q trình hóa học, đặc biệt trình thu hồi/tái chế để tăng độ tinh khiết cùa sản phấm cuối Những phương pháp thủy luyện nghiên cứu để cải thiện q trình này, ví dụ điện phân, kết tủa, chiết dung môi hấp phụ rắn-lỏng Trong phương pháp vừa đề cập, phương pháp hấp phụ rắn-lỏng chứng minh phương pháp vượt trội số yếu to xem xét trình phân tách/tinh chế như: khả sinh lời, khả dễ dàng sử dụng lợi ích liên quan đến mơi trường Đối với q trình phân tách tinh chế, hai loại vật liệu hấp phụ thương mại sử dụng với chế khác nhau: (i) trình trao đổi ion, bao gồm nhựa trao đổi base mạnh Bonlite BA304, Purolite A500 (Nguyen et al 2010) nhựa trao đoi base yếu Dowex Marathon WB A, Diaion WA21J (Shen et al 2010) (ii) tạo phức dựa vật liệu hấp phụ mang nhóm chức có chứa N s, ví dụ Duolite GT-73 (Iglesias, Anticó and Salvadó 1999) hay loại nhựa tạo phức chelate tổng hợp có chứa nhóm chức amine, thiol amine/mercaptan (Donia, Atia and Elwakeel 2005) Trong nhừng vật liệu đề cập, nhựa phosphine-oxide (P=O) chứng minh khả hấp phụ chọn lọc số kim loại nhóm Platinum Pt, Pd, Rh dung dịch chứa ion cạnh tranh, pH thấp chửa tác nhân oxy hóa như: nước cường toan, ion nitrate (NO}’) Gần đây, Y Lee cộng sử dụng hạt polymer sinh học chitosan với mức độ khâu mạng bang glutaraldehyde khác đe hấp phụ chọn lọc số ion kim loại quý Au(III), Pd(II), Pt(IV), Ir(III), Os(IV), Ag(I) trình phân tách/tinh chế vật liệu khác từ WEEE Ket cho thấy mức độ khâu mạng ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ kim loại quý, vật liệu hấp phụ phân tách hiệu vàng (96.7 %) từ dung dịch acid chứa hồn họp nhiều kim loại khác nhau, chế bao gom tương tác tĩnh điện, tạo phức khử từ Au(III) Au(0) (Bui et al 2020) Bên cạnh vật liệu hấp phụ dạng polymer, vật liệu nano dựa nano-oxide kim loại thu hút quan tâm cộng đồng khoa học kỳ thuật nhờ tỉ lệ bề mặt/thể tích cao Nhờ q trình biến tính bề mặt, vật liệu sở hữu đặc tính bề mặt đặc biệt, ví dụ khả hấp phụ chọn lọc, độ bền liên kết nhóm chức bề mặt cải thiện Một số tác nhân ghép cặp/biến tính bề mặt nghiên cứu silanes (RxSiX4-x, X = 0, 1, 1, 2, 3), amines, phosphonates (phosphonic acid, RP(O)(OH)2 dẫn xuất phosphonic acid, RP(O)(OR)2) (Mutin, Guerrero and Vioux 2003), carboxylic acids (-COOH) (Pujari et al 2014) Một số báo cáo cho thấy tác nhân biến tính bề mặt phosphonate hiệu việc tạo đon lóp ligand bề mặt nano-oxides Gần đây, nghiên cứu vật liệu nano-TiO2 biến tính bề mặt với phân tử monophosphonate chứng minh khả phân tách hiệu chọn lọc hydrocarbons nhẹ nặng Trong loại nano-oxides đuợc nghiên cứu, nano-ZrCh thu hút nhiều quan tâm độ bền cao liên kết Zr-O-P độ bền lý hóa học hấu hết dung dịch acid (HF, HN03), kiềm cao so với oxides kim loại khác S1O2, T1O2, ZnO, AỈ2O3 nhờ đó, vật liệu dùng so ứng dụng hấp phụ chọn lọc ion kim loại dung dịch chứa nhiều acid, ion cạnh tranh có tính oxy hóa cao Trong đề tài này, vật liệu nano-ZrƠ2 thương mại biến tính bề mặt thơng qua hai bước: (i) biến tính bề mặt với Alendronic acid (AA) (ii) tạo nối hóa trị với thioctic acid (TOA) nhờ phản ứng ghép cặp amide Các vật liệu biến tính sử dụng đe phân tách/tinh chế Au Pd từ nước thải trình thu hồi/tái chế rác thải điện từ từ trình chế tạo mạch, linh kiện điện tử 1.2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu nước thuộc lĩnh vực đề tài Tại Việt Nam, trình thu gom, phân loại xử lý rác thải nói chung giai đoạn phát triến chuẩn hóa Vì thế, tình hình xử lý rác thải điện tử nói riêng nước dừng lại giai đoạn sơ chế, tái chế thơ sơ khơng hệ thống hóa Gần đây, Việt Nam Tải Chế chương trình thu gom xử lý rác thải điện tử miễn phí Việt Nam thành lập điều hành Vietnam Recycling Platform (VRP, http://www.vietnamrecycles.com/) - liên minh dành cho nhà sản xuất điện tử nhằm trách nhiệm họ môi trường cộng đồng Trong chương trình này, tất loại rác thải điện tử thu hoi sè xử lý cách chuyên nghiệp nhằm đạt hiệu suất thu hồi tối đa tài nguyên đảm bảo quy trình xử lý rác thải điện tử an tồn thân thiện với môi trường Sứ mệnh chương trình giảm thiêu rác thải điện tử nâng cao ý thức cộng đồng tác hại việc xử lý rác thải điện tử không cách, đảm bảo việc xử lý theo quy trình thân thiện với môi trường sản phẩm điện từ cuối dòng đời sử dụng Theo thống kê VRP, tổng khối lượng thiết bị điện tử thu gom từ năm 2015 đến hết năm 2017 khoảng 15 Trong đó, riêng năm 2017 VRP thu gom 10 rác thải điện tử Chủ yếu lượng rác thải điện tử thu gom từ doanh nghiệp, gồm máy tính, máy in, máy fax, máy scan Tuy nhiên, tong khối lượng thiết bị điện tử thu gom số nhỏ so với 90.000 rác thải điện tử mà người Việt Nam thải năm Từ năm 2010, đề tài mang tên “Nghiên cứu công nghệ xử lý chất thải điện tử gia dụng” chủ nhiệm đề tài PGS.TS Huỳnh Trung Hải quan chủ quản Viện Khoa học Công nghệ môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội họp tác nghiên cứu triển khai với ba mục tiêu: Xây dựng phát triển công nghệ tái chế thu hồi vật liệu có giá trị từ chất thải điện tử gia dụng thân thiện với môi trường, phù hợp với điều kiện Việt Nam sở ứng dụng trình phân tách vật lý hóa học; Hiệu chỉnh đánh giá hiệu công nghệ tái chế nthu hồi kim loại có giá trị từ chất thả điện tử gia dụng thơng qua việc triển khai thử nghiệm mơ hình tái chế thất thải điện tử gia dụng quy mô thiết bị thải/ngày; Xây dựng công nghệ xử lý chất thải nguy hại phát sinh trình thu hồi vật liệu, xử lý chất thải điện tử gia dụng Hình Phố 31p NMR pha rắn (sử dụng kỳ thuật MAS) vật liệu ZrƠ2-AA (A) ZrƠ2-AATOA (B) cịn lại sau q trình phân tích TGA Kỹ thuật ATR-FTIR sử dụng để xác nhận tồn thông tin liên quan đến cách thức liên kết nhóm chức hừu bề mặt nano-ZrƠ2 Pho FTIR ZrƠ2-TOA xuất dải hấp thu 1559 cm'1 1435 cm'1 tương ứng với dao động kéo giãn bất đối xứng (vas(C02') đối xứng (vs(CO2') Biến thiên số sóng dải hấp thu cho phép dự đốn kiểu liên kết lường nha/vịng bề mặt nano-ZrƠ2 Dải hấp thu 2935 cm'1 tương ứng với dao động kéo giàn cùa nhóm chức methylene xuất vị trí 2935 em'1 dải hấp thu 1690 em'1 tương ứng với dao động kéo giãn nhóm chức carbonyl phố cùa TOA khơng xuất FTIR ZrƠ2-TOA (Hình 6) Phổ FTIR ZrƠ2-AA cho thấy xuất dải hấp thu tạp 1130 993 cm-1 tương ứng với dao động kéo giãn nhóm chức -P(O)(OH)2 Kiểu liên kết cầu nối AA bề mặt nano-ZrƠ2 đề nghị dịch chuyển dải hấp thu p=o (1200 cm-1) P-0 (917 cm-1) phổ FTIR cùa AA tự (Hình 7) 11 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 Wavenumber (cm1) 1200 800 400 Hình Phổ ATR-FTIR nano-ZrO?, ZrCh-TOA TOA Hỉnh Phổ ATR-FTIR cùa nano-ZrƠ2, ZrƠ2-AA AA Đe giảm thiểu chồng lấp cùa dải hấp thu biến dạng H2O, kỳ thuật DRIFTFTIR đuợc sử dụng nhờ độ phân giải độ nhạy cao hon Các FTIR vật liệu ZrƠ2AA ZrƠ2-AA-TOA sau làm khơ 105°C 24 h trình bày Hình cho thấy dải hấp thu 1630 cm’1 tương ứng với dao động biến dạng nhóm chức -OH AA Đặc biệt, cường độ hấp thu 1630 cm’1 cao FTIR 12 ZrƠ2-AA-T0A giúp xác nhận tồn dải hấp thu amide II dao động biến dạng liên kết N-H 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 Wavenumber (cm'1) Hình Phổ DRIFT-FTIR cùa Z1O2-AA ZrCh-AA-TOA sau giãi hấp nước 105°C Bản chất liên kết cùa nhóm chức -P(O)(OH)2 với bề mặt nano-oxides dạng tồn cùa tìm hiểu thơng qua phương pháp 31 p NMR pha rắn AA acid chức nhóm chức -P(O)(OH)2 tồn dạng zwitterion bao gồm nhóm trung hịa nhóm anion -P(O)(O )(OH) Vì thế, phổ NMR AA xuất mũi cộng hưởng 22.7 ppm 13.0 ppm với bề rộng hẹp Tuy nhiên, NMR ZrƠ2-AA ZrƠ2-AA-TOA tồn mũi cộng hưởng trải rộng từ -4 - 34 ppm cho thấy tồn nhiều dạng liên kết khác với bề mặt nano-ZrƠ2 Liên kết đơn nha/3 cầu nối nhóm phosphonic/phosphonate với bề mặt nano-ZrƠ2 đề nghị dựa cực đại mũi cộng hưởng định vị gần giá trị 13 ppm Hình cho thấy dịch chuyến cực đại mũi cộng hưởng ZrC>2-AA-TOA so với mũi cộng hưởng cùa ZrC>2-AA phía trường thấp cho phép dự đốn hình thành liên kết amide AA TOA 13 f Alendronic Acid (AA) - ZrO2-AA ZrO2-AA-TOA 35 30 / / 25 20 15 Chemical Shift (ppm) X \ \ 10 Hình Phổ 3IP NMR pha rắn (MAS) cùa AA, ZrO;-AA ZrCKAA-TOA 3.2 Nghiên cứu trình hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrƠ2-TOA ZrƠ2- AA-TOA 3.2.1 Cân hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrCh-TOA Theo kết hình Hình 10, liệu hấp phụ Pd(II) Au(III) ZrƠ2-TOA chia thành phần: (i) dung lượng hấp phụ tăng nhanh khoảng nồng độ thấp (0- 20 mg/L) (ii) dung lượng tăng khơng tuyến tính theo nồng độ khoảng nong độ cao Dung lượng hấp phụ đạt đến giá trị ổn định nồng độ Pd(II) Au(III) lớn 150 mg/L Những xu hướng có the giải thích sau: nồng độ Pd(II) Au(III) thấp, so lượng tâm hoạt tính bề mặt ZrƠ2-TOA đủ cho trình hấp phụ; nhiên, nồng độ ion Pd(II) Au(III) cao, Pd(II) Au(III) hấp phụ hạn chế tiếp cận ion Pd(II) Au(III) 14 50 Hình 10 Ảnh hưởng nồng độ ion Pd(II) Au(III) ban đầu dung dịch Các dừ liệu hấp phụ xử lý để tìm hiểu cân hấp phụ sử dụng mơ hình Langmuir Freundlich Ket cho thấy mơ hình Langmuir tuyến tính phù họp đe mô tả cách thức tương tác ion Pd(II) Au(III) với bề mặt ZrƠ2-TOA thông qua hệ số xác định R2 0.993 cho Pd(II) 0.999 cho Au(III) Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cho rằng: (i) so lượng tâm hoạt tính bề mặt hấp phụ hừu hạn tương đồng lượng hấp phụ, (ii) trình hấp phụ thuận nghịch, (iii) chất bị hấp phụ hình thành đơn lóp bề mặt hấp phụ, (iv) khơng tồn tương tác chất bị hấp phụ Công thức tốn học mơ hình Langmuir biểu diễn sau: / bCe Qe - Qmax [Y+beJ qe (mg/g) dung lượng hấp phụ cân bằng, qmax (mg/g) dung lượng hấp phụ tối đa, b số cân bang Langmuir (L/mg) liên quan đến lực chất bị hấp phụ vật liệu hấp phụ Ce nồng độ cân (mg/L) Mô hình Langmuir tuyến tính có dạng sau: ce ce Qe Qmax^ Qmax Hoặc 111 — = ~ 77 + ~ Qe Qmax^ Qmax 15 Các giá trị dung lượng hấp phụ tối đa tính tốn từ đường đẳng nhiệt hấp phụ tuyến tính 6.3 mg/g Pd(II) 44.6 mg/g Au(III) Sự phù hợp dung lượng hấp phụ tối đa thực nghiệm tính tốn cho thấy phù hợp dừ liệu hấp phụ với mơ hình Langmuir Các giá trị b tính tốn hiệu chỉnh cho khối lượng phân tử cho thấy vật liệu ZrƠ2-TOA có lực với ion Pd(II) (b = 8.9 L.mg'1 ỉ Au(III) (b = 0.29 L.mg'1 ; badjusted = badjusted = 943.5x1 o3 L.mol’1) cao 57.6x1 o3 L.mol'1) Bảng Dung lượng hấp phụ ion Pd(II) Au(III) số vật liệu hấp phụ nghiên cứu Vật liệu hấp phụ Phosphine sulphide-type chelating polymers Diaion WA21J DTDGA-impregnated XAD-16 Beads* Amberlite XAD-16 Functionalized with 2-Acetyl Amide group p-tert-butylthia[4]calixaren-impregnated Amberlite XAD-7 Thioctic acid functionalized silica coated magnetite nanoparticles Our study Kim loại mục tiêu q (mg/g) Au Pd TLTK Au, Pd 78.8 11.7 Pd Au - 35 4.84 - (Sanchez, Hidalgo and Salvadó 2001) (Shen et al 2010) (Kanagare et al 2016) Pd - (Ruhela et al 2013) Pd - 10.1 (Yamada et al 2015) (Abd Razak, Shamsuddin and Lee 2018) Au 38.3 - Au, Pd 44.6 6.3 3.2.2 Khảo sát động học hấp phụ: ảnh hưởng thời gian tiếp xúc ZrƠ2TOA ion Pd(ĩl) Au(III) Cơ chế q trình hấp phụ tìm hiếu thông qua dừ liệu động học hấp phụ tiến hành việc theo dõi dung lượng hấp phụ Pd(II) Au(III) ZrƠ2- TOA theo thời gian từ 15-360 phút Ket (Hình 11) cho thấy sau 200 phút dung lượng hấp phụ đạt ổn định; nói cách khác, trình hấp phụ đạt cân sau 200 phút 16 Hình 11 Anh hường cùa thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ ion Pd(II) Au(III) vật liệu Z1O2-TOA Dừ liệu hấp phụ theo thời gian mơ hình hóa (Bảng 3) sử dụng mơ hình động học hấp phụ giả bậc bậc kết cho thấy mơ hình động học hấp phụ bậc phù hợp đe mơ tả q trình hấp phụ theo thời gian với hệ số xác định (R2 > 0.999) Q trình hấp phụ lỏng-rắn có the bao gồm bước sau: (i) trình truyền khối, trình khuếch tán lồ xốp, (iii) trình tương tác chất bị hấp phụ - vật liệu hấp phụ Trong suốt trình hấp phụ theo mẻ, hồn hợp khuấy trộn liên tục để đảm bảo tiếp xúc giừa vật liệu nano ZrCh-TOA dung dịch; đó, q trình truyền khối diễn khuếch tán lỗ xốp diễn nhanh Vì thế, trình tương tác hóa học [PdCh]2' [AuCh]’ tâm sulfur theo lý thyet Pearson có the trình định tốc độ trình hấp phụ Bảng Tóm tắt liệu mơ hình động học hấp phụ ion Pd(II) Au(III) vật liệu ZrƠ2-TOA Mơ hình Pd Au Pseudo-first-order k] (min-1) 0.00178 0.00152 1.9 12.8 qe (mg/g) R2 0.8474 0.8670 Pseudo-second-order 0.0218 0.000538 k2 (g mg'1 min'1) 6.9 43.1 qe (mg/g) R2 0.9992 0.9990 17 3.2.3 Ảnh hưởng cùa nồng độ acid chlohydric (HC1) ion chloride (Cl ) Nước thải từ nhà máy tái chế rác thải điện tử thường chứa hàm lượng lớn acid nồng độ cao việc sử dụng loại acid q trình hịa tan phân tách kim loại HC1 sử dụng rộng rãi thành phần quan trọng để tăng hiệu hịa tan kim loại nước thải thường chứa HC1 nồng độ cao Do đó, phân trăm hấp phụ dung dịch chứa ion Pd(II) Au(III) nồng độ 10 mg/L khảo sát nồng độ HC1 thay đổi từ 0.08 - M Kết (Hình 12) cho thấy phần trăm hấp phụ ion Pd(II) Au(III) giảm đáng ke nong độ HC1 dung dịch vượt IM Phần trăm hấp phụ ion Pd(II) giảm 80% 54% nồng độ HC1 dung dịch 3M 6M, phần trăm hấp phụ ion Au(III) giảm nhanh hơn, 40% nong độ HC1 dung dịch vượt 3M Vì thế, nồng độ HC1 dung dịch cần kiếm soát cách pha lỗng điều chỉnh đe khơng gây ảnh hưởng đến khả hấp phụ ZrO2-TOA Hình 12 Ảnh hường cùa nồng độ HC1 lên khà hấp phụ ion Pd(II) Au(III) cùa ZrƠ2-TOA Ảnh hưởng Cl’ đến trình hấp phụ ZrƠ2-TOA nghiên cứu cách khảo sát phần trăm hấp phụ ion Pd(II) nồng độ 10 mg/L ZrƠ2-TOA với nồng độ H+ giữ ổn định 0.5M nồng độ cr thay đổi từ 0.6 - M Kết Hình 13 cho thấy phần trăm hấp phụ ion Pd(II) không thay đổi đáng kế (> 99%) khoảng nồng độ Cl' khảo sát Vì vậy, tác nhân dần đến việc giảm khả hấp phụ ZrƠ2- TOA nồng độ HC1 tăng có the ion H+, cụ thể nồng độ cao ion H+ có the proton hóa tâm sulfur TOA ion H+ cắt đứt liên kết Zr-O-C bề mặt ZrO2-TOA 18 Hình 13 Ảnh hường cùa nồng độ cr lên khà hấp phụ ion Pd(II) ZrO:-TOA (pH ~ 1) 3.2.4 So sánh hiệu hấp phụ ion Pd(II) Au(III) ZrCh-TOA ZrƠ2AA-TOA ❖ Độ chọn lọc hấp phụ Độ chọn lọc cùa vật liệu nano-ZrO2 hybrid định ligand bề mặt Vì vậy, độ chọn lọc TOA trình hấp phụ ion Pd(II) Au(III) khảo sát dựa khả hấp phụ chọn lọc ion Pd(II) Au(III) dung dịch nước thải từ nhà máy tái chế rác thải điện từ Morphosis (https://www.morphosis.fr) có chứa ion kim loại khác acid nồng độ cao Đe hạn chế ảnh hưởng cùa acid, dung dịch pha loãng lần den pH ~ 1, sau ion Pd(II) Au(III) thu hồi thơng qua chu trình hấp phụ sử dụng ZrƠ2-T0A giải hấp phụ sử dụng hồn hợp chứa 0.2 M HC1/0.5 M thiourea Ket (Hình 14) cho thấy khả thu hồi ion Pd(II) Au(III) từ dung dịch chứa ion kim loại khác nong độ áp đảo, cụ the dung dịch chứa Fe 4600 mg/L, Ni 3940 mg/L, Cu 1320 mg/L, Pd 1.58 mg/L, Au 0.12 mg/L 19 Hình 14 Phần trăm hấp phụ ion Pd(II) Au(III) cùa ZrCh-TOA từ dung dịch nước thài từ nhà máy tái chế rác điện tử (pH ~ 1) ❖ Dung lượng hấp phụ ion Pd(II) ion Au(III) Dung lượng hấp phụ ZrƠ2-TOA ZrƠ2-AA-TOA so sánh dựa việc xác định dung lượng hấp phụ tối đa ion Pd(II) ion Au(III) 50 mg vật liệu 25 mL dung dịch chứa 25 mg/L ion Pd(II) 135 mg/L ion Au(III) Ket (Bảng 4) cho thấy dung lượng hấp phụ ZrƠ2-TOA cao ZrƠ2-AA-TOA mật độ nhóm chức R- S-S-R bề mặt ZrƠ2-TOA cao (131 pmol/g) Tỉ lệ mol tính tốn cho TOA/Pd TOA/Au 1.8 0.5 cho phép đoán phương trình phản ứng TOA ion Pd(II) Au(III) sau: PdCU2- + 2TOA(S) ~ [PdCỈ2(TOA)2(S)] + 2C1’ 2AuCU‘ + TOA(S) ~ [(2AuCl3)TOA(s)] + 2C1' Bàng Dung lượng hấp phụ ion Pd(II) Au(IlI) tối đa cùa ZrO?-TOA ZrCh-AA-TOA Adsorption Materials Br-s-s-r (pmol/g) capacity (mg/g) nM(a) (pmol/g) nR-S-S-R/nM(a) Pd Au Pd Au Pd Au Z1O2-TOA 131 6.3 44.6 59.2 218.3 2.2 0.6 ZrCh-AA-TOA 64 3.5 6.4 32.9 32.5 1.9 2.0 Mặc dù mật độ nhóm chức R-S-S-R thấp (64 pmol/g) bề mặt ZrƠ2-AA- TOA, tỉ lệ TOA/Pd không thay đoi nhiều Tuy nhiên, tỉ lệ TOA/Au tính tốn cho vật liệu ZrƠ2-AA-TOA khoảng 2, tức ion Au(III) tương tác với nhóm chức R-S-S-R Nguyên 20 nhân dần đến thay đổi oxy hóa số tâm sulfur ion Au(III) có tính oxy hóa cao thành nhóm sulfoxide tái sử dụng vật liệu Khả tái sử dụng cùa vật liệu ZrCh-TOA tiến hành thơng qua chu trình ❖ Khả hấp phụ/giải hấp phụ 20 mL dung dịch chứa ion Pd(II) nong độ 10 mg/L q trình giải hấp bang hồn hợp HCl/Thioure bảo đảm thu hồi ion Pd(II) > 99% Ket (Hình 15) cho thấy phần trăm hấp phụ giảm dần sau chu trình hấp phụ/giải hấp phụ Xét tính hiệu kinh tế, q trình tong họp vật liệu khơng nên q phức tạp vật liệu có khả tái sử dụng; vậy, q trình biến tính bề mặt qua bước đe tạo thành vật liệu ZrƠ2-AA-TOA có the cải thiện khả tái sử dụng vật liệu Hình 15 Khả tái sử dụng vật liệu ZrƠ2-TOA dung dịch nước chứa HC1 ion Pd(II) nồng độ 10 mg/L Quá trình khảo sát khả tái sử dụng vật liệu ZrCh-AA-TOA tiến hành trực tiếp dung dịch nước thải Ket (Hình 16) cho thấy sau chu trình hấp phụ/giải hấp phụ, phần trăm hấp phụ ZrCh-TOA giảm 20% Tuy nhiên, phần trăm hấp phụ ZrƠ2-AA-TOA vần tương đối cao >80% Điều cho phép kết luận cải thiện đáng kể khả tái sử dụng vật liệu ZrƠ2-AA-TOA nhờ liên két Zr-O-P amide hình thành qua q trình biến tính bề mặt bước giúp tăng độ bền liên kết TOA bề mặt nano-ZrƠ2 21 Hình 16 Khả tái sử dụng ZrO2-TOA ZrƠ2-AA-T0A dung dịch nước thải KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong đề tài này, trình biến tính bề mặt nano-ZrO2 phát triến tối tru, sử dụng nhiều cách thức khác bao gồm (i) ghép trực tiếp ligand TOA bề mặt (ii) biến tính bề mặt nano-ZrƠ2 qua bước: ghép ligand AA sau tiến hành phản ghép cặp amide nhóm chức -NH2 cùa AA -COOH TOA Hiệu thu hoi ion Pd(II) Au(III) nước thải từ nhà máy tái chế rác điện tử vật liệu ZrO2TOA ZrO2-AA-TOA đánh giá so sánh Các vật liệu cho thấy khả hấp phụ chọn lọc ion Pd(II) Au(III) nồng độ vết (< 10 mg/L) dung dịch chứa nong độ áp đảo ion kim loại khác Cu, Ni, Fe Nhu cầu thực tiễn địi hỏi vật liệu hấp phụ phải thích ứng với mơi trường dung dịch nước có tính acid oxy hóa cao tạo trở ngại khả tái sử dụng vật liệu Nghiên cứu tiến hành cải thiện độ bền vật liệu thông qua trình biến tính bề mặt vật liệu với ligand chứa nhóm chức phosphonic (-P(O)(OH)2) Alendronic acid phản ứng ghép cặp amide Đe tài làm bật khả linh hoạt tính khả thi q trình biến tính bề mặt bước nhiều lĩnh vực khác thông qua việc phối hợp ligand khác tùy thuộc vào mục đích sử dụng cùa vật liệu Chủ nhiệm đề tài (Ký ghi rõ họ tên) 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Abd Razak, N F., M Shamsuddin & s L Lee (2018) Adsorption kinetics and thermodynamics studies of gold(III) ions using thioctic acid functionalized silica coated magnetite nanoparticles Chemical Engineering Research and Design, 130, 18-28 Baldé, c p., Forti V., Gray, V., Kuehr, R., Stegmann,p 2017 The Global E-waste Monitor - 2017 ed I T u I I s w A I United Nations University (UNU), Bonn/Geneva/Vienna Bui, T H., w Lee, S.-B Jeon, K.-W Kim & Y Lee (2020) Enhanced Gold(III) adsorption using glutaraldehyde-crosslinked chitosan beads: Effect of crosslinking degree on adsorption selectivity, capacity, and mechanism Separation and Purification Technology, 248, 116989 Donia, A M., A A Atia & K z Elwakeel (2005) Gold(III) recovery using synthetic chelating resins with amine, thio and amine/mercaptan functionalities Separation and Purification Technology, 42, 111-116 Forti V., B c p., Kuehr R., Bel G 2020 The Global E-waste Monitor 2020: Quantities, flows and the circular economy potential, ed I T u 1.1, s w A I United Nations University (UNU)ZUnited Nations Institute for Training and Research (UNITAR) co-hosted SCYCLE Programme Iglesias, M., E Anticó & V Salvadó (1999) Recovery of palladium(II) and gold(III) from diluted liquors using the resin duolite GT-73 Analytica Chimica Acta, 381, 61-67 Kanagare, A B., K K Singh, M Kumar, M Yadav, R Ruhela, A K Singh, A Kumar & V s Shinde (2016) DTDGA-Impregnated XAD-16 Beads for Separation of Gold from Electronic Waste Solutions Industrial & Engineering Chemistry Research, 55, 12644-12654 Kumar, A., M Holuszko & D c R Espinosa (2017) E-waste: An overview on generation, collection, legislation and recycling practices Resources, Conservation and Recycling, 122,32-42 Lu, Y & z Xu (2016) Precious metals recovery from waste printed circuit boards: A review for current status and perspective Resources, Conservation and Recycling, 113,28-39 Manhart, A (2011) International Cooperation for Metal Recycling From Waste Electrical and Electronic Equipment Journal of Industrial Ecology, 15, 13-30 Mutin, p H., G Guerrero & A Vioux (2003) Organic-inorganic hybrid materials based on organophosphorus coupling molecules: from metal phosphonates to surface modification of oxides Comptes Rendus Chimie, 6, 1153-1164 Nguyen, N V., J Jeong, M K Jha, J.-c Lee & K Osseo-Asare (2010) Comparative studies on the adsorption of Au(III) from waste rinse water of semiconductor industry using various resins Hydrometallurgy, 105, 161-167 Pujari, s p., L Scheres, A T M Marcelis & H Zuilhof (2014) Covalent Surface Modification of Oxide Surfaces Angewandte Chemie International Edition, 53, 6322-6356 23 Ruhela, R., K Singh, B s Tomar, T K Shesagiri, M Kumar, R c Hubli & A K Suri (2013) Amberlite XAD-16 Functionalized with 2-Acetyl Amide Group for the Solid Phase Extraction and Recovery of Palladium from High Level Waste Industrial & Engineering Chemistry Research, 52, 5400-5406 Sanchez, J M., M Hidalgo & V Salvadó (2001) The selective adsorption of gold (III) and palladium (II) on new phosphine sulphide-type chelating polymers bearing different spacer arms: Equilibrium and kinetic characterisation Reactive and Functional Polymers, 46, 283-291 Shen, s., f Pan, X Liu, L Yuan, Y Zhang, J Wang & z Guo (2010) Adsorption of Pd(II) complexes from chloride solutions obtained by leaching chlorinated spent automotive catalysts on ion exchange resin Diaion WA21J Journal of Colloid and Interface Science, 345, 12-18 Yamada, M., M R Gandhi, Y Kondo, K Haga, A Shibayama & F Hamada (2015) Selective sorption of palladium by thiocarbamoyl-substituted thiacalix[n]arene derivatives immobilized on amberlite resin: application to leach liquors of automotive catalysts RSC Advances, 5, 60506-60517 24 PHỤ LỤC 3: MINH CHÚNG ĐI KÈM SẢN PHÀM DẠNG 1: (hình ảnh sản phẩm đạt được) Tóm tắt thơng tin sản phẩm: ❖ - Vật liệu nano-ZrO2 biến tính bề mặt với acid thioctic qua bước: ZrO2-AA-TOA - Độ tinh khiết: > 99 % - Kích thước hạt: ~ 50 nm - Diện tích bề mặt riêng: 58 m2/g 25 ... tài: Nghiên cứu vật liệu ZrƠ2 biến tính bề mặt vói acid thioctic phân tách, thu hồi vàng palladium từ nước thải điện tử Sổ hợp đồng: 2020.01.057 Chủ nhiệm đề tài: Đơn vị công tác: Khoa Kỳ thu? ??t... trình biến tính bề mặt, vật liệu sở hữu đặc tính bề mặt đặc biệt, ví dụ khả hấp phụ chọn lọc, độ bền liên kết nhóm chức bề mặt cải thiện Một số tác nhân ghép cặp /biến tính bề mặt nghiên cứu silanes... (i) biến tính bề mặt với Alendronic acid (AA) (ii) tạo nối hóa trị với thioctic acid (TOA) nhờ phản ứng ghép cặp amide Các vật liệu biến tính sử dụng đe phân tách/tinh chế Au Pd từ nước thải
Ngày đăng: 10/11/2022, 19:39
Xem thêm: