Tổng hợp vật liệu composite sử dụng cốt hạt nano từ tính trên nền polymer sinh học và ứng dụng xử lý nước

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ CẨM THẠCH TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE SỬ DỤNG CỐT HẠT NANO TỪ TÍNH TRÊN NỀN POLYMER SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC Chuyên ngành : Mã chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Bùi Tấn Nghĩa Ngƣời phản iện 1: Ngƣời phản iện 2: Luận v n thạc sĩ đƣợc ảo vệ Hội đồng chấm ảo vệ Luận v n thạc sĩ Trƣờng Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng n m Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc sĩ gồm: - Chủ tịch Hội đồng - Phản iện - Phản iện - Ủy viên - Thƣ ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS TS Nguyễn Văn Cƣờng BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Cẩm Thạch MSHV: 15002901 Ngày, tháng, n m sinh: 27/12/1966 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp vật liệu composite sử dụng cốt hạt nano từ tính polymer sinh học ứng dụng xử lý nƣớc NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Chọn lựa, phân tích đánh giá nguyên liệu đầu vào  Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp tách chiết pectin từ xƣơng rồng, tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 nanocomposite  Phân tích, đánh giá sản phẩm trích ly tổng hợp đƣợc  Ứng dụng sản phẩm làm tác nhân keo tụ vào trình xử lý nƣớc thải, vi tảo biển  Thu hồi, phân tích, đánh giá tái sử dụng vật liệu nanocomposite II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2413QĐ-ĐHCN ngày 15/12/2016 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/12/2017 IV NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Bùi Tấn Nghĩa Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2017 NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Bùi Tấn Nghĩa TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS TS Nguyễn Văn Cƣờng LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn thầy cô Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc iệt thầy khoa Cơng nghệ Hóa học tận tâm truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý áu, định hƣớng nghiên cứu khoa học suốt thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn TS Bùi Tấn Nghĩa ngƣời thầy đầy tâm huyết với nghề tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, định hƣớng truyền lửa đam mê nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, xin gửi lời chúc đến tồn thể thầy khoa Cơng nghệ Hóa học nhƣ Bộ mơn Cơ sở, TS Bùi Tấn Nghĩa, ạn đồng nghiệp lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công sống công việc Mặc dù cố gắng hết khả n ng để hoàn thành áo cáo nhƣng với lƣợng kiến thức hạn chế thời gian thực đề tài khơng nhiều nên khó tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc nhiều đóng góp từ q thầy để luận v n đƣợc hồn thiện Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 n m 2017 Học viên Nguyễn Thị Cẩm Thạch i TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Q trình trích ly pectin xƣơng rồng với thơng số tối ƣu cho q trình nhƣ sau: nhiệt độ trích ly 80 oC, trình khử enzyme pH = với tác nhân HCl, trình tách pectin ằng dung dịch NaOH pH = 12, thời gian giờ, trình thu pectin ằng dung dịch HCl pH = 2, nồng độ mol/lít Hiệu suất q trình trích ly pectin cao khoảng 1.88% Hạt nano từ tính CoFe2O4 đƣợc tổng hợp ằng phƣơng pháp đồng kết tủa có hỗ trợ chất hoạt động ề mặt, sử dụng sử dụng tỷ lệ mol Co2+/Fe2+ 1:2, nồng độ NaOH 0.75 M, thời gian đun nhiệt độ đun 70 ± oC Vật liệu nano từ tính tổng hợp đƣợc dƣới dạng ột nhuyễn màu đen, đƣợc xác định cấu trúc tinh thể ằng XRD (JCPDS card, No 22-1086), quan sát kích thƣớc hạt ằng SEM (kích thƣớc nhóm hạt 30 – 40 nm), TEM (kích thƣớc hạt – 10 nm), xác định dao động hóa trị ằng FT – IR, từ tính đƣợc xác định ằng phƣơng pháp VSM, vật liệu có từ độ bão hòa cực đại ằng 32 emu/g, lực kháng từ ằng 399 Oe Vật liệu composite đƣợc tổng hợp có hỗ trợ sóng siêu âm, điều kiện tối ƣu nhƣ: tỷ lệ nano/pectin 1/3; thời gian phát sóng siêu âm 30 phút, với cơng suất phát sóng siêu âm 60% Vật liệu composite xƣơng rồng thu đƣợc có màu đen, quan sát hình thái ề mặt ằng SEM, xác định cấu trúc tinh thể cốt hạt nano ằng XRD, xác định dao động hóa trị ằng FT – IR, kiểm tra độ ền nhiệt ằng TG – DSC, khảo sát đƣờng cong từ trễ ằng VSM Độ từ hóa ão hịa composite hạt nano CoFe2O4 với từ độ ão hòa emu/g, lực kháng từ 196 Oe Khi sử dụng pectin, hạt nano làm giàu –OH vật liệu composite để keo tụ xử lý kim loại nặng nƣớc thải xi mạ (giả định) keo tụ thu hồi vi tảo iển Tetraselmis cho kết khả quan Đặc iệt vật liệu composite sau lần sử dụng thứ 1, đƣợc thu hồi, rửa, sấy khô tái sử dụng cho lần Từ khóa: vật liệu composite, nano từ tính, CoFe2O4, pectin, xƣơng rồng Nopal ii ABSTRACT The extraction process of pectin from Nopal cactus with optimal parameters for the process was as follows: temperature as 80 oC, HCl for enzyme degradation at pH = 4, used NaOH solution with pH = 12 separation solution, hours, pectin removal with HCl solution at pH = 2, concentration mol/L The highest pectin extraction yield being achieved 1.88% Cobalt superparamagnetic (CoFe2O4) nanoparticles were synthesized following a co-precipitation method with the aid of surfactants, using a molar ratio of Co2+/ Fe2+ as 1: 2, NaOH concentration of 0.75 M, hours and the temperature is 70 ± ° C The materials was characterized by X-ray powder diffraction (XRD, JCPDS card, No 22-1086), scanning electron microscopy (SEM, particle size 30-40 nm), transmission electron microscopy (TEM, particle size - 10 nm), vibrating sample magnetometry (VSM, maximum saturation magnetism as 32 emu/g, magnetic resistance is 399 Oe), Fourier transform infrared (FT-IR) Composite materials was synthesized with the supported of ultrasonic waves, the optimal conditions such as the ratio of nano/pectin is 1/3; Ultrasonic transmission time is 30 minutes, with 60% ultrasonic transmission capacity Composite materials was black, observed surface morphology by SEM, determined the crystal structure of the nanoparticle by XRD, determined the valence with FT-IR chemistry, heatresistant by TG - DSC, investigate the hysteresis curve with VSM The saturation magnetism of the composite materials is less than CoFe2O4 nanoparticles with a saturation magnetism observed at emulsion/g, magnetic resistance of 196 Oe The pectin, enriched nanoparticles - OH and composite materials for coagulation of heavy metals in platelet (hypothetical) or Tetraselmis Especially composite materials after the first used, are recovered, washed, dried and reused for the next time Keywords: Composite materials, nanomagnetics, CoFe2O4, pectin, Nopal cactus iii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu ản thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận v n trung thực, không chép từ ất kỳ nguồn dƣới ất kỳ hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 n m 2017 Học viên Nguyễn Thị Cẩm Thạch iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nguồn tài nguyên nƣớc 1.2 Quá trình xử lý nƣớc 1.2.1 Xử lý nƣớc thải 1.2.2 Xử lý nƣớc cấp 1.3 Quá trình keo tụ xử lý nƣớc 11 1.3.1 Cơ chế trình keo tụ 12 1.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình keo tụ 13 1.4 Chất keo tụ chất trợ keo tụ 14 1.4.1 Hóa chất thƣơng mại 15 1.4.2 Chất keo tụ nguồn gốc thiên nhiên 17 1.5 Pectin 18 1.5.1 Phân loại pectin 18 1.5.2 Tính chất đặc trƣng pectin 20 v 1.6 Tổng quan xƣơng rồng Nopal 21 1.7 Vật liệu nano từ tính 24 1.7.1 Vật liệu cấu trúc spinel ferrite MFe2O4 24 1.7.2 Vật liệu nano từ tính 28 1.7.3 Tổng hợp vật liệu nano từ tính 30 1.8 Vật liệu composite 31 1.8.1 Khái niệm vật liệu composite 31 1.8.2 Phân loại vật liệu composite 31 1.8.3 Vật liệu nanocomposite 33 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 35 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 35 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 35 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 35 2.2 Nguyên liệu, hóa chất thiết ị 35 2.2.1 Nguyên liệu 35 2.2.2 Thiết ị phƣơng pháp phân tích, đánh giá 36 2.2.3 Hóa chất 40 2.3 Thực nghiệm 41 2.3.1 Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 41 2.3.2 Làm giàu –OH hạt nano từ tính CoFe2O4 42 2.3.3 Trích ly pectin từ xƣơng rồng 43 2.3.4 Tổng hợp vật liệu composite sử dụng cốt hạt nano từ tính làm giàu OH pectin 48 2.3.5 Khảo sát trình keo tụ xử lý nƣớc 51 2.3.6 Khảo sát hiệu keo tụ thu hồi tảo iển pectin, nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite 52 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 55 3.1 Tổng hợp vật liệu nano từ tính 55 3.2 Kết khảo sát trình trích ly pectin từ xƣơng rồng 59 3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng khử enzyme 60 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng tác nhân trình khử enzyme 61 vi 3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng pH mơi trƣờng q trình tách pectin 63 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến trình tách pectin 64 3.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng tác nhân tách pectin 65 3.2.6 Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng thu pectin 66 3.2.7 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ acid đến trình thu pectin 68 3.2.8 Phân tích đánh giá sản phẩm pectin 69 3.3 Kết tổng hợp composite từ pectin xƣơng rồng nano từ tính CoFe2O4 71 3.3.1 Khảo sát tỷ lệ khối lƣợng nano từ tính/pectin xƣơng rồng 71 3.3.2 Khảo sát thời gian phát sóng siêu âm q trình tổng hợp vật liệu composite 73 3.3.3 Khảo sát cơng suất phát sóng siêu âm q trình tổng hợp vật liệu composite 74 3.3.4 Phân tích đánh giá sản phẩm composite 75 3.4 Kết khảo sát trình xử lý ion kim loại nƣớc thải 79 3.4.1 Kết so sánh trình xử lý ion kim loại nƣớc thải ằng pectin, hạt nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite 79 3.4.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu composite pectin xƣơng rồng đến khả n ng keo tụ 81 3.4.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian khuấy đến hiệu xử lý ion kim loại vật liệu composite 82 3.4.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng tốc độ khuấy đến hiệu xử lý ion kim loại vật liệu composite 84 3.4.5 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian lắng đến khả n ng xử lý ion kim loại nặng vật liệu composite 85 3.4.6 Thông số điều kiện tốt trình xử lý ion kim loại Cr3+, Cu2+, Fe2+ 86 3.4.7 Kết khảo sát khả n ng tái sử dụng vật liệu composite pectin xƣơng rồng xử lý ion kim loại nặng 87 3.5 Khảo sát hiệu keo tụ thu hồi tảo iển pectin, nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite 92 3.5.1 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite đến khả n ng keo tụ 93 vii 2.3 Thực nghiệm 2.3.1 Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 CoCl2.6H2O FeCl2.4H2O SDS Khuấy (70°C, 30 phút) NaOH 0.75M Khuấy (70°C, giờ) Gia nhiệt (70°C) Rửa H2O, C2H5OH, n-Hexane Sấy khơ (nhiệt độ phịng) CoFe2O4 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 Hạt nano từ tính CoFe2O4 đƣợc tổng hợp ằng phƣơng pháp sử dụng sodium dodecyl sulfate (SDS) làm chất hoạt động ề mặt Đổ nhanh 250 ml dung dịch chất hoạt động ề mặt SDS (9.35 g; 27.75 mol) nƣớc cất vào 250 ml dung dịch chứa CoCl2.6H2O (1.2 g; mmol) FeCl2.4H2O (2.0 g; 10 mmol) Sau đó, khuấy nhẹ ếp từ thời gian 30 phút để hình thành dung dịch micelle gồm Co(DS)2 Fe(DS)2 Tiếp theo dung dịch đƣợc khuấy mạnh với tốc độ 1500 41 vòng/phút gia nhiệt đến khoảng 70 oC, cho từ từ 500 ml dung dịch NaOH 0.75 M vào ình phản ứng Sau thời gian khuấy mạnh nhiệt độ khoảng 70 oC, hạt nano từ tính đƣợc tách khỏi dung dịch ằng cách sử dụng nam châm đặt ngồi ình cầu Hạt nano từ tính đƣợc rửa với lƣợng dƣ nƣớc, ethanol n-hexane để loại ỏ chất hoạt động ề mặt dƣ ám ề mặt hạt Sau rửa, sản phẩm đƣợc sấy khô qua đêm không khí nhiệt độ phịng Kết thu đƣợc 1.31 g hạt nano từ tính (MNPs) CoFe2O4 [47-49] Sản phẩm đƣợc xác định từ tính ằng từ kế mẫu rung (VSM), xác định cấu trúc tinh thể ằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Hình 2.2 Hệ thống phản ứng tạo hạt CoFe2O4 trình rửa hạt 2.3.2 Làm giàu –OH hạt nano từ tính CoFe2O4 Hạt nano từ tính CoFe2O4 đƣợc phân tán ằng sóng siêu âm hỗn hợp ethanol nƣớc (350 ml, tỷ lệ 1:1 thể tích) thời gian 30 phút Tiếp theo, thêm dung dịch ammoniac (35 ml; 29% khối lƣợng) khuấy mạnh hỗn hợp huyền phù khoảng 5565oC thời gian 24 tạo điều kiện thuận lợi cho tâm kim loại oxy hấp phụ tƣơng ứng ion OH- H+ nhằm t ng mật độ nhóm – OH ề mặt hạt nano từ tính CoFe2O4 Sau đó, sử dụng nam châm đặt ngồi ình cầu để 42 tách hạt nano từ tính khỏi dung dịch rửa với lƣợng dƣ nƣớc, ethanol n-hexane hạt nano từ tính đƣợc sấy khơ qua đêm nhiệt độ phịng [48] Sản phẩm đƣợc xác định hình thành liên kết –OH ằng phƣơng pháp đo phổ hấp thu hồng ngoại FT – IR H2O NH4OH (25-28%) CoFe2O4 C2H5OH (99.5°) Đánh siêu âm (30 phút) Khuấy (60°C, 24h) Rửa H2O, C2H5OH, n-Hexane Làm khơ CoFe2O4 giàu -OH Hình 2.3 Quy trình làm giàu –OH hạt nano từ tính CoFe2O4 2.3.3 Trích ly pectin từ xương rồng [25, 26] Nguyên liệu: chọn cành xƣơng rồng có độ dày thích hợp đủ lớn Sau hái xƣơng rồng chƣa sử dụng đƣợc ảo quản nhiệt độ thấp Chú ý không đƣợc ảo quản nhiệt độ thấp làm đơng tụ nƣớc xƣơng rồng dẫn đến hƣ hỏng, nhiệt độ thích hợp từ - 10 °C Thời gian ảo quản khoảng 20 - 30 ngày 43 Nguyên liệu Cắt nhỏ Dd HCl pH =4 Đun nhẹ (80°C, 20 phút) Chỉnh pH = 7.5 Làm nguội, lọc Dịch lọc Bã Dd NaOH pH = 12 Khuấy (1h) Lọc Bã lọc Dịch lọc Chỉnh pH = (5oC để qua đêm) Dd HCl pH = Pectin xƣơng rồng Hình 2.4 Quy trình trích ly pectin từ xƣơng rồng Xƣơng rồng đƣợc cắt ỏ gai nhọn, sau rửa với nƣớc để ráo, cắt nhỏ nguyên liệu đến kích thƣớc khoảng 0.5 - 1cm nhằm dễ tách pectin Nhƣng không cắt nhỏ để tránh nguyên liệu ị nhầy ảnh hƣởng trình lọc sau 44 Ngâm xƣơng rồng cắt nhỏ nƣớc, điều chỉnh pH ằng HCl 0.1N đến pH = 4, đun nhẹ hỗn hợp 80°C khoảng 20 phút nhằm triệt tiêu enzyme tránh ị ảnh hƣởng trình chiết sau Làm nguội, tiến hành điều chỉnh pH ằng HCl 0.1N đến pH = 7.5 nhằm khử nhóm ester hóa Lọc ằng vải lọc, thu đƣợc phần rắn Cho phần rắn vào dung dịch NaOH 0.05 M vừa đủ lúc pH dung dịch khoảng 12 tác nhân tách pectin q trình chiết Khuấy liên tục với tốc độ khoảng 500 vòng/phút Sau trình khuấy, tiến hành lọc, thu dịch lọc Điều chỉnh pH dịch lọc pH = nhằm tạo điều kiện cho pectin dễ đơng tụ Sau để lạnh qua đêm nhiệt độ khoảng oC, nhằm tạo điều kiện thu hồi pectin cao Sau pectin đơng tụ, đem ly tâm khoảng 5.000 vịng/phút vịng 10 phút để thu đƣợc pectin thô Rửa pectin thô nhiều lần nƣớc cất, ethanol, hexane, sấy thu đƣợc pectin tinh chế Hình 2.5 Xƣơng rồng cắt nhỏ đem thủy phân giai đoạn khử enzyme 45 Hình 2.6 Quá trình lọc xƣơng rồng khuấy xƣơng rồng giai đoạn tách pectin Hình 2.7 Giai đoạn tủa pectin từ dung dịch pectin thô thu đƣợc giai đoạn tủa pectin từ phần rắn 2.3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng môi trường khử enzyme Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng khử enzyme đến trình trích ly pectin: khoảng pH khảo sát 15 cố định thông số khác Giữ tác nhân khử HCl, pH, thời gian tác nhân tách giai đoạn tách pectin lần lƣợt pH = 10, 3h NaOH, pH thu pectin nồng độ acid M Pectin sau trích ly đƣợc đem sấy khô, cân khối lƣợng để xác định pH tốt cho q trình trích ly 46 2.3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng tác nhân khử trình khử enzyme Khảo sát ảnh hƣởng tác nhân khử enzyme đến q trình trích ly pectin: thay đổi tác nhân khử trình khử enzyme lần lƣợt HCl, H2SO4, HNO3, Acetic, Citric acid cố định thơng số khác Chọn pH q trình khử enzyme cho phù hợp giữ pH, thời gian tác nhân tách giai đoạn tách pectin lần lƣợt pH = 10, 3h NaOH, pH thu pectin nồng độ acid 1M Pectin sau trích ly đƣợc đem sấy khơ, cân khối lƣợng để xác định loại tác nhân khử enzyem tốt 2.3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng pH mơi trường q trình tách pectin Khảo sát ảnh hƣởng pH mơi trƣờng q trình tách pectin: thay đổi pH môi trƣờng lần lƣợt 7, 8, 10, 12, 14 cố định thông số khác Chọn pH tác nhân trình khử enzyme cho phù hợp giữ thời gian tác nhân tách giai đoạn tách pectin 3h NaOH, pH thu pectin nồng độ acid 1M Pectin sau đƣợc trích ly đƣợc đem sấy khô, cân khối lƣợng để xác định môi trƣờng có pH trích ly đƣợc nhiều pectin 2.3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tách pectin Khảo sát ảnh hƣởng thời gian tách pectin: thay đổi thời gian tách lần lƣợt 1†5 cố định thông số khác Chọn pH tác nhân trình khử enzyme, pH trình tách cho phù hợp giữ tác nhân tách giai đoạn tách pectin NaOH, pH thu pectin nồng độ acid 1M Pectin sau đƣợc trích ly đƣợc đem sấy khơ, cân khối lƣợng để xác định đƣợc thời gian ao nhiêu trích ly đƣợc nhiều pectin 47 2.3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng tác nhân tách pectin Khảo sát ảnh hƣởng tác nhân tách pectin: thay đổi tác nhân tách lần lƣợt KOH, NaOH, Ca(OH)2, K2CO3, Na2CO3 cố định thông số khác Chọn pH tác nhân trình khử enzyme, pH, thời gian trình tách cho phù hợp giữ pH trình thu pectin nồng độ acid 1M Pectin sau đƣợc trích ly đƣợc đem sấy khơ, cân khối lƣợng để xác định tác nhân tách tốt 2.3.3.6 Khảo sát ảnh hưởng pH môi trường thu pectin Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng thu pectin: thay đổi pH môi trƣờng tách lần lƣợt từ 15 cố định thông số khác Chọn pH tác nhân trình khử enzyme; pH, thời gian nhƣ tác nhân trình tách pectin cho phù hợp giữ nồng độ acid 1M Pectin sau đƣợc trích ly đƣợc đem sấy khô, cân khối lƣợng để xác định môi trƣờng có pH phù hợp để thu đƣợc nhiều pectin 2.3.3.7 Khảo sát ảnh hưởng tác nhân acid đến trình thu pectin Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng khử, chiết, tách, nhƣ tác nhân khử enzyme, tác nhân tách pectin, thời gian tách, chọn thông số hợp lý cuối khảo sát nồng độ aicd trình thu pectin Nồng độ acid đƣợc khảo sát dao dộng từ 15 M Pectin sau đƣợc trích ly đƣợc đem sấy khơ, cân khối lƣợng để xác định đƣợc nồng độ acid trích ly đƣợc nhiều pectin 2.3.4 Tổng hợp vật liệu composite sử dụng cốt hạt nano từ tính làm giàu -OH pectin Cho dung dịch dung dịch pectin vào cốc thủy tinh, cho hạt nano từ tính đƣợc làm giàu –OH với tỷ lệ định Đánh siêu âm hỗn hợp cốc thủy tinh với thời gian công suất cố định Sản phẩm đƣợc lấy ằng cách đặt nam 48 châm ên dƣới cốc thủy tinh Rửa sản phẩm nhiều lần ằng nƣớc cất, ethanol, nhexane Sản phẩm đƣợc để khơ tự nhiên nhiệt độ phịng [49] 2.3.4.1 Khảo sát tỷ lệ khối lượng nano từ tính/pectin xương rồng trình tổng hợp vật liệu composite Tiến hành thí nghiệm với cơng suất phát sóng siêu âm cố định 60% thời gian phát sóng 30 phút Trong thay đổi tỷ lệ pectin nano tƣơng ứng lần lƣợt 1/10; 1/15; 1/20; 1/25, 1/30 nhằm đánh giá đƣợc phản ứng xảy tốt tỷ lệ 2.3.4.2 Khảo sát thời gian đánh siêu âm trình tổng hợp vật liệu composite Tiến hành thí nghiệm cơng suất phát sóng siêu âm cố định 60% , tỷ lệ khối lƣợng nano/pectin đƣợc chọn từ thí nghiệm trƣớc Trong thay đổi thời gian phát sóng siêu âm tƣơng ứng lần lƣợt 10, 20, 30, 40, 50 phút nhằm đánh giá đƣợc phản ứng xảy tốt tỷ lệ 2.3.4.3 Khảo sát công suất đánh siêu âm q trình tổng hợp vật liệu composite Tiến hành thí nghiệm với tỷ lệ nano/pectin, thời gian phát sóng siêu âm, tỷ lệ nano/pectin tốt đƣợc xác định từ thí nghiệm trƣớc Trong thay đổi cơng suất phát sóng siêu âm tƣơng ứng lần lƣợt 30, 40, 50, 60, 70 % nhằm đánh giá đƣợc phản ứng xảy tốt tỷ lệ 49 Nƣớc CoFe2O4 Đánh siêu âm (30 phút) Dd NH4OH (25-28%) Phản ứng Khuấy (60 ± 5oC, 24h) Xƣơng rồng Thủy phân lọc Dịch lọc Phản ứng Nƣớc Rửa H2O, C2H5OH, n-Hexane Rửa Làm khơ (nhiệt độ phịng) Sản phẩm Composite Hình 2.8 Quy trình tổng hợp vật liệu composite 50 C2H5OH 99.5° 2.3.5 Khảo sát trình keo tụ xử lý nước 2.3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng loại vật liệu khả xử lý nước thải xi mạ Các vật liệu: pectin xƣơng rồng, hạt nano từ tính làm giàu –OH, composite pectin xƣơng rồng, với khối lƣợng ằng cố định 0.1 g đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc thải xi mạ giả định, khuấy trộn hỗn hợp với tốc độ trung ình 500 vịng/phút, sau lắng Thu mẫu nƣớc thải sau xử lý phân tích ằng AAS để xác định hàm lƣợng kim loại 2.3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu composite pectin xương rồng đến khả keo tụ Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 100 ml dung dịch nƣớc thải xi mạ giả định, sau cho vào cốc thủy tinh lƣợng vật liệu composite lần lƣợt 0.02; 0.04; 0.06; 0.08; 0.1 gam Khuấy với tốc độ 500 vòng/phút vòng Mẫu sau khuấy đƣợc lắng ằng nam châm Lấy dung dịch phía phân tích thành phần kim loại nặng 2.3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy vật liệu composite pectin xương rồng xử lý nước Ở thí nghiệm trƣớc xác định đƣợc khối lƣợng composite thích hợp cho việc xử lý kim loại nặng nƣớc với hiệu suất cao Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 100ml dung dịch nƣớc thải xi mạ giả định, sau cho vào cốc thủy tinh khối lƣợng vật liệu cố định để khảo sát, thay đổi tốc độ khuấy (vòng/phút) lần lƣợt là: 200, 300, 400, 500, 600 Mẫu sau khuấy đƣợc lắng ằng nam châm Lấy dung dịch phía phân tích thành phần kim loại nặng 2.3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy vật liệu composite pectin xương rồng xử lý nước Ở thí nghiệm trƣớc xác định đƣợc khối lƣợng composite tốc độ khuấy thích hợp cho việc xử lý kim loại nặng nƣớc với hiệu suất cao Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 100ml dung dịch nƣớc thải xi mạ giả định, sau 51 cho vào cốc thủy tinh khối lƣợng vật liệu khuấy với cố định để khảo sát, thay đổi thời gian khuấy (giờ) lần lƣợt là: 1; 2; 3; 4; Mẫu sau khuấy đƣợc lắng ằng nam châm Lấy dung dịch phía phân tích thành phần kim loại nặng 2.3.5.5 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu composite pectin xương rồng xử lý nước Vật liệu composite sau trình xử lý đƣợc lắng ằng nam để thu hồi, dựa vào khồi lƣợng, thời gian khuấy, tốc độ khuấy tối ƣu thí nghiệm tiến hành tƣơng tự cho vật liệu thu hồi, nhằm xác định khả n ng tái sử dụng vật liệu composite 2.3.6 Khảo sát hiệu keo tụ thu hồi tảo biển pectin, nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite Bảng 2.1 Khảo sát trình keo tụ nƣớc tảo pectin, nano từ tính làm giàu – OH vật liệu composite STT Mẫu Hàm lƣợng mẫu (g) Thể tích tảo Tetraselmis (ml) Pectin 50 Nano từ tính làm giàu –OH 50 Composite pectin xƣơng rồng 50 2.3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite đến khả keo tụ Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 50 ml dung dịch tảo Tetraselmis, sau cho vào cốc thủy tinh với liều lƣợng vật liệu nano từ tính làm giàu –OH lần lƣợt 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25 Khuấy nhanh 200 vịng/phút vịng phút (giai đoạn đơng tụ), khuấy chậm 50 vòng/phút phút (giai đoạn tạo bông) Mẫu sau khuấy đƣợc lắng nam châm 30 phút Lấy dung dịch phía đếm tế bào tảo sau keo tụ Lập lại thí nghiệm nhƣng thay đổi vật liệu nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite để chọn đƣợc khối lƣợng thích hợp 52 2.3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy giai đoạn đông tụ đến khả keo tụ nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 50 ml dung dịch tảo Tetraselmis lƣợng thích hợp nano từ tính làm giàu –OH Thay đổi tốc độ khuấy (vòng/phút) lần lƣợt là: 100; 150; 200; 250 phút, khuấy chậm 50 vòng/phút phút Mẫu sau khuấy đƣợc lắng nam châm vòng 30 phút Lấy dung dịch phía đếm tế bào tảo sau keo tụ Lập lại thí nghiệm nhƣng thay đổi vật liệu nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite để chọn tốc độ khuấy thích hợp cho giai đoạn đơng tụ 2.3.6.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy giai đoạn đông tụ đến khả keo tụ nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 50 ml dung dịch tảo Tetraselmis lƣợng thích hợp nano từ tính làm giàu –OH Khuấy với tốc độ khuấy thích hợp thay đổi thời gian khuấy (phút) lần lƣợt là: 1; 2; 3; để khảo sát Sau khuấy chậm 50 vịng/phút phút Mẫu sau khuấy đƣợc lắng nam châm vịng 30 phút Lấy dung dịch phía đếm tế bào tảo sau keo tụ Lập lại thí nghiệm nhƣng thay đổi vật liệu nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite để chọn thời gian khuấy thích hợp cho giai đoạn đơng tụ 2.3.6.4 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy giai đoạn tạo đến khả keo tụ nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite Lấy cốc thủy tinh, cốc thủy tinh cho vào 50 ml dung dịch tảo Tetraselmis lƣợng thích hợp nano từ tính làm giàu –OH Khuấy với tốc độ thời thích hợp cho giai đoạn đơng tụ Thay đổi tốc độ khuấy (vịng/phút) lần lƣợt là: 30; 40; 50; 60 phút cho giai đoạn tạo Mẫu sau khuấy đƣợc lắng nam châm vòng 30 phút Lấy dung dịch phía đếm tế bào tảo sau keo tụ Lập lại thí nghiệm nhƣng thay đổi vật liệu nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite để chọn thời gian khuấy thích hợp cho giai đoạn tạo 53 2.3.6.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy giai đoạn tạo đến khả keo tụ nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite Lấy cốc thủy tinh cốc thủy tinh cho vào 50 ml dung dịch tảo Tetraselmis lƣợng thích hợp nano từ tính làm giàu –OH Khuấy với tốc độ thời thích hợp cho giai đoạn đơng tụ Giai đoạn tạo bơng, khuấy với tốc độ thích hợp, thời gian khuấy thay đổi lần lƣợt là: 1; 2; 3; phút Mẫu sau khuấy đƣợc lắng nam châm vịng 30 phút Lấy dung dịch phía đếm tế bào tảo sau keo tụ Lập lại thí nghiệm nhƣng thay đổi vật liệu nano từ tính làm giàu –OH vật liệu composite để chọn thời gian khuấy thích hợp cho giai đoạn tạo bơng 54 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Tổng hợp vật liệu nano từ tính Hạt nano từ tính CoFe2O4 đƣợc tổng hợp ằng phƣơng pháp đồng kết tủa có hỗ trợ chất hoạt động ề mặt (SDS) Trong giai đoạn tạo hạt nano CoFe2O4, SDS đƣợc sử dụng với lƣợng dƣ để tạo dung dịch micellar Fe(DS)2 Co(DS)2 với nồng độ SDS vƣợt giá trị hàm lƣợng micelle tới hạn (critical micelle concentration, CMC) Sau đó, NaOH đƣợc cho vào để tạo môi trƣờng kiềm để chuyển cation kim loại dạng hydroxide Trong trình tạo hạt nano từ tính CoFe2O4, SDS đóng vai trị tác nhân điều chỉnh kích thƣớc hạt ền hố hệ huyền phù hạt nano từ tính CoFe2O4 phân tán nƣớc thông qua tạo thành nhũ kép [48-50] Hình 3.1 Hạt nano từ tính CoFe2O4 Cấu trúc tinh thể hạt nano từ tính tổng hợp đƣợc khảo sát ằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết (hình 3.2) cho thấy phổ nhiễu xạ hoàn toàn phù hợp liệu chuẩn (JCPDS card, No 22-1086) xác nhận cấu trúc “spinel lập phƣơng” hạt nano từ tính CoFe2O4 tổng hợp đƣợc Kết phù hợp với 55 ... Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 41 2.3.2 Làm giàu –OH hạt nano từ tính CoFe2O4 42 2.3.3 Trích ly pectin từ xƣơng rồng 43 2.3.4 Tổng hợp vật liệu composite sử dụng cốt hạt nano. .. liệu nano từ tính 28 1.7.3 Tổng hợp vật liệu nano từ tính 30 1.8 Vật liệu composite 31 1.8.1 Khái niệm vật liệu composite 31 1.8.2 Phân loại vật liệu composite. .. m sinh: 27/12/1966 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp vật liệu composite sử dụng cốt hạt nano từ tính polymer sinh học ứng