Untitled 762(11) 11 2020 Khoa học Tự nhiên Đặt vấn đề Đồng là kim loại điển hình có mặt ở hầu hết các loại nước thải của ngành công nghiệp hoá chất, luyện kim, điện tử và xi mạ Do có độc tính cao và k[.]
Khoa học Tự nhiên Nghiên cứu khả hấp phụ Cu2+ môi trường nước composite polyaniline-gương sen Đặng Kim Tại1*, Nguyễn Thị Mộng Tuyền1, Khoa Sư phạm Lý - Hóa - Sinh, Trường Đại học Đồng Tháp Trường THPT Long Xuyên, An Giang Ngày nhận 1/6/2020; ngày chuyển phản biện 5/6/2020; ngày nhận phản biện 9/7/2020; ngày chấp nhận đăng 17/7/2020 Tóm tắt: Composite polyaniline-gương sen (PANi-gương sen) tổng hợp phương pháp hóa học mơi trường acid clohydric với có mặt chất oxy hóa amoni persunfate Đặc trưng cấu trúc vật liệu đánh giá thông qua kết phân tích phổ hồng ngoại FTIR, hình thái học bề mặt vật liệu phân tích qua ảnh SEM, diện tích bề mặt riêng xác định phương pháp BET Nồng độ ion Cu2+ trước sau hấp phụ xác định phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Các kết thực nghiệm cho thấy pH thích hợp cho hấp phụ Cu2+ 5,0; thời gian đạt cân hấp phụ 90 phút Sự hấp phụ mô tả tốt theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại 25,91 mg/g Động học hấp phụ Cu2+ PANi-gương sen tuân theo phương trình biểu kiến bậc hai Lagergren Từ khóa: composite, Cu2+, hấp phụ, mơ hình hấp phụ Langmuir, polyaniline-gương sen Chỉ số phân loại: 1.4 Đặt vấn đề Đồng kim loại điển hình có mặt hầu hết loại nước thải ngành cơng nghiệp hố chất, luyện kim, điện tử xi mạ Do có độc tính cao khả tích luỹ lâu dài thể, gây tác động nguy hiểm cho sức khoẻ người hệ sinh vật nên việc xử lý loại bỏ đồng khỏi nước nước thải cần thiết, địi hỏi phải có phương pháp thích hợp, hiệu [1] Một phương pháp nhiều người quan tâm sử dụng vật liệu composite tổng hợp từ polyaniline với phụ phẩm nông nghiệp để làm vật liệu hấp phụ Hướng nghiên cứu có nhiều ưu điểm tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, phương pháp tổng hợp đơn giản, đặc biệt không phát sinh bùn thải không đưa thêm tác nhân độc hại khác vào mơi trường [2, 3] Ngồi phụ phẩm nông nghiệp mùn cưa, vỏ đỗ, vỏ trấu, rơm, vỏ lạc nghiên cứu [4] gương sen nguồn phụ phẩm nơng nghiệp có khối lượng lớn nước ta chưa nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite polyaniline hấp phụ Ở Việt Nam, sen trồng phổ biến từ Bắc vào Nam, tập trung nhiều tỉnh Đồng sông Cửu Long Gương sen sau tách lấy hạt, phần nhỏ sử dụng làm dược phẩm, phần lớn bỏ nên gây lãng phí nguồn tương đối lớn cenlulose Do việc sử dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp (gương sen) để tổng hợp vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng vừa có ý nghĩa mặt khoa học, vừa góp phần tận dụng tốt nguồn phụ phẩm sẵn có Trong nghiên cứu này, chúng tơi trình bày kết tổng hợp vật liệu composite polyaniline-gương sen (PANi-gương sen) * phương pháp hoá học nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+ nước vật liệu Nội dung phương pháp nghiên cứu Nguyên liệu Gương sen lấy tỉnh Đồng Tháp (sau tách lấy hạt) rửa bùn, đất, cát nước phơi ngồi trời, sấy khơ 60oC 24 Sau sản phẩm nghiền nhỏ đến cỡ hạt khong 100ữ200 àm thu c ngun nguyờn liu gng sen ban đầu (GS0) để điều chế vật liệu composite polyaniline-gương sen Các hóa chất khác sử dụng nghiên cứu dạng hóa chất tinh khiết (phân tích) như: aniline, amoni persunfat [(NH4)2S2O8], axit clohydric, acetone, methanol, natri hydroxyt… Phương pháp tổng hợp vật liệu composite PANi-gương sen Cho 10 ml aniline 10 ml dung dịch HCl M vào cốc làm lạnh tủ lạnh 30 phút Sau đặt cốc vào chậu thủy tinh đựng hỗn hợp đá muối để làm lạnh (0-5oC) khuấy trộn hỗn hợp với 150 ml nước cất 30 phút Tiếp tục cho thêm 6,7 g gương sen (GS0) lượng amonium persunfat (APS) sau hòa tan 30 ml nước cất vào cốc phản ứng (với tỷ lệ mol APS:aniline tương ứng 1:1) tiếp tục khuấy liên tục 150 phút 0-5oC Sau để yên hỗn hợp để q trình polymer hóa xảy hồn toàn Sản phẩm lọc rửa nước cất máy bơm hút chân không đến pH=7, rửa lại dung dịch hỗn hợp acetone methanol (tỷ lệ thể tích acetone:methanol 1:1) để loại bỏ hết Tác giả liên hệ: kimtai81@gmail.com 62(11) 11.2020 Khoa học Tự nhiên Investigation of the adsorption abilities of Cu2+ in aqueous media by polyaniline-lotus seed pod composite Kim Tai Dang1*, Thi Mong Tuyen Nguyen1, Department of Education of Physics - Chemistry - Biology, Dong Thap University Long Xuyen High School, An Giang Received June 2020; accepted 17 July 2020 lượng định vật liệu composite PANi-gương sen (0,3 g) cho vào 100 ml dung dịch Cu2+ 50 ppm Nồng độ Cu2+ sau hấp phụ phân tích máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Hiệu suất hấp phụ H(%) dung lượng hấp phụ qe (mg/g) tính theo cơng thức sau: H (%) = (Co - Ce ).V Co - Ce 100 ; qe = m Co Trong đó: Co, Ce nồng độ ban đầu nồng độ sau hấp phụ (mg/l), V thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (lít), m khối luợng chất hấp phụ (g) Kết thảo luận Đánh giá số đặc tính vật liệu Abstract: Composites based on polyaniline (PANI) and lotus seed pod (PANI-lotus seed pod) were synthesised by a chemical method in a hydrochloric acid environment with the presence of persulfate ammonium oxidant Material structure characteristics were evaluated through FTIR analysis, material surface morphology was analysed by SEM image, the specific surface area was determined by BET method The concentration of Cu2+ ions before and after adsorption was determined by atomic absorption spectrometry (AAS) Experimental results showed that the appropriate pH for adsorption of Cu2+ was 5.0 Time to reach the adsorption equilibrium of Cu2+ was 90 minutes The adsorption was well described by the isothermal adsorption model Langmuir with the maximum adsorption capacity of 25.91 mg/g PANI-lotus seed pod of adsorption kinetics Cu2+ followed pseudo-second order kinetics of Lagergren Kết qua phân tích phổ hồng ngoại (FTIR): phổ FTIR gương sen, PANi, PANi-gương sen trình bày hình Keywords: adsorption, composite, Cu2+, Langmuir adsorption model, polyaniline-lotus seed pod Classification number: 1.4 aniline dư Sau đó, ngâm sản phẩm dung dịch NH3 0,5 M Sấy khô sản phẩm nhiệt độ 50-60oC thời gian 12 giờ, sau đem nghiền mịn đưa vào bảo quản bình hút ẩm Các phương pháp xác định đặc tính vật liệu Cấu trúc vật liệu xác định phổ FTIR nhiễu xạ tia X (XRD), thành phần hóa học vật liệu xác định EDX, hình thái học bề mặt vật liệu phân tích qua ảnh SEM, diện tích bề mặt riêng xác định BET Đánh giá hoạt tính xúc tác vật liệu điều chế Hiệu xúc tác vật liệu composite PANi-gương sen đánh giá trình hấp phụ ion Cu2+ nước cách lấy 62(11) 11.2020 Hình Phổ FTIR gương sen (A), PANi (B), composite PANigương sen (C) Từ hình cho thấy, PANi-gương sen tồn composite với dao động nhóm chức N-H pic 3422 cm-1, dao động nhóm C=N pic 2360 cm-1, dao động nhóm chức benzoide quinoide pic 1600 1499 cm-1, dao động Khoa học Tự nhiên Hình Phổ FTIR gương sen (A), PANi (B), composite PANi-gương sen (C) -1 nhóm -N=quinoide=N- pic 1383 1301 cm , dao động Từ hình cho thấy, PANi-gương sen tồn composite với dao động nhóm C-N+ pic 1247 1145 cm-1 Bên cạnh đó, phổ hồng nhóm chức N-H pic 3422 cm-1, dao động nhóm C N pic 2360 cm-1, dao ngoại vật liệu composite PANi-gương sen tồn động nhóm chức benzoide quinoide pic 1600 1499 cm-1, dao động dao động đặc trưng cho gương sen dao động nhóm O-H nhóm -N quinoide N- pic 1383 1301 cm-1, dao động nhóm C-N pic kéo dài, nhóm tồn liên kết -OH liên phân tử, 1247 1145 cm-1 Bên cạnh đó, phổ hồng ngoại vật liệu composite PANinội phân tử cenlulose, hemicenlulose lignin pic 3420 cm-1 -1 dao động đặc trưng cho gương sen dao động nhóm gương sen c cm ng tồn ; nhóm C=C vịng thơm pic 1457 1442 cm-1; 3422 -1 phân tử, nội phân tử O-H kéo dài, nhóm có thểvân tồn phổ liên kết -OH [5-12] Do vật nhóm C-O khoảng 1063-1104 cmliên -1 -1 cenlulose, hemicenlulose lignin pic 3420 cm 3422 cmvới ; nhóm C Csen vịng liệu tổng hợp tồn dạng composite polyaniline gương thơm pic 1457 1442 cm-1; nhóm C-O khoảng vân phổ 1063-1104 cm-1 [5-12] Kết phân tích ảnh SEM: kết phân tích ảnh SEM gương sen, PANi, composite PANi-gương sen trình bày ế ả phân tích ảnh SEM: kết phân tích ảnh SEM gương sen, PANi, hình Do vật liệu tổng hợp tồn dạng composite polyaniline với gương sen composite PANi-gương sen trình bày hình (21 Thơng số RL tính tốn 10 Khoa học Tự nhiên (RL=0,074) có giá trị nằm khoảng từ đến 1, chứng tỏ vật liệu composite PANi-gương sen vật liệu thích hợp để sử dụng hấp phụ ion Cu2+ Phương trình đẳng nhiệt Langmuir mô tả quy luật đẳng nhiệt hấp phụ Cu2+ tốt nhiều so với phương trình đẳng nhiệt Freundlich có hệ số tương quan R2 cao Kết hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng môi trường nước vật liệu hấp phụ nói chung hay chế tạo từ composite polyaniline với phụ phẩm nơng nghiệp nói riêng (hầu hết tn theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir) [4, 8-12] Khảo sát động học hấp phụ ion Cu2+ vật liệu composite PANi-gương sen Để khảo sát yếu tố động học hấp phụ ion Cu2+ vật liệu composite PANi-gương sen cách đánh giá thay đổi dung lượng hấp phụ theo thay đổi thời gian hấp phụ từ đến 150 phút Từ xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc ln(qe - qt) vào t theo phương trình động học biểu kiến bậc đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị t/qt vào t theo phương trình động học biểu kiến bậc cho kết hình g, nồng độ Cu2+ 50 mg/l Quá trình hấp phụ Cu2+ vật liệu composite PANi-gương sen nghiệm theo mô hình Langmuir Quy luật động học hấp phụ tuân theo phương trình động học biểu kiến bậc hai Dung lượng hấp phụ Cu2+ cực đại composite PANi-gương sen đạt 25,91 mg/g Qua nghiên cứu nhận thấy, vật liệu composite PANi-gương sen có khả hấp phụ tốt Cu2+ nước Điều mở triển vọng sử dụng vật liệu hấp phụ composite PANi-gương sen để xử lý số kim loại nặng khác nước có khả ứng dụng vật liệu để xử lý số nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học, môi trường sức khỏe người, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nxb Thống kê [3] Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sương (2000), Các phương pháp phân tích kim loại nước nước thải, Nxb Khoa học Kỹ thuật [4] Bùi Minh Quý (2016), Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi phụ phẩm nông nghiệp để xử lý kim loại nặng Pb(II), Cr(VI) Cd(II), Luận án Tiến sĩ hoá học, Đại học Thái Nguyên [5] Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Hình Phương trình động học biểu kiến bậc (A) bậc (B) trình hấp phụ Cu2+ vật liệu composite PANi-gương sen Khảo sát phương trình động học hấp phụ ion Cu2+ vật liệu hấp phụ composite PANi-gương sen, qua tính tốn thu giá trị sau: động học biểu kiến bậc tính qe (tt)=5,7858 (mg/g); R2=0,9369; k1=0,0648 (phút-1) Đối với động học biểu kiến bậc tính qe (tt)=13,4228 (mg/g); R2=0,9908; k2=0,0923 (g.mg-1.phút-1) Khi so sánh giá trị dung lượng hấp phụ cân tính tốn từ phương trình động học qe(tt) với dung lượng hấp phụ cân theo thực nghiệm (qe(tn)=15,82) nhận thấy, qe theo mơ hình động học bậc có giá trị gần với giá trị thực nghiệm qe tính theo mơ hình động học bậc Từ khẳng định quy luật động học hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ composite PANi-gương sen tuân theo phương trình biểu kiến bậc Do đó, lượng chất hấp phụ nồng độ chất hấp phụ ảnh hưởng đến trình hấp phụ Kết luận Vật liệu composite polyaniline-gương sen (PANi-gương sen) điều chế phương pháp hóa học, PANi tồn dạng trung hịa Vật liệu có cấu trúc lỗ xốp dạng marco, đường kính mao quản trung bình (d=21,8314 nm) có diện tích bề mặt riêng 59,901 (m2/g) Khả hấp phụ Cu2+ composite phụ thuộc vào pH môi trường đạt hiệu tốt pH=5 Thời gian đạt cân hấp phụ 90 phút Lượng chất hấp phụ 0,3 62(11) 11.2020 [6] Sambhu Bhadra, Dipak Khastgir, Nikhil K Singh, Joong Hee Lee (2009), “Progress in preparation, processing and applications of polyaniline”, Progress in Polymer Science, 34, pp.783-810 [7] E.T Kang, K.G Neoh, K.L Tan (1998), “Polyaniline: A polymer with many interesting intrinsic redox states”, Progress in Polymer Science, 23, pp.277324 [8] Tran Thi Ha, Vo An Quan, Nguyen Quang Hop, Tran Minh Thuy, Nguyen Thi Ngoc, Le Xuan Que (2018), “Studying on the adsorption of Chromium (IV) on polyaniline modified with activated tea residue”, Vietnam J Chem., 56(5), pp.559-563 [9] Thi Tot Pham, Thi Thanh Thuy Mai, Minh Quy Bui, Thi Xuan Mai, Thi Binh Phan (2014), “Synthesis of absorbent materials based on polyaniline and agriculture waste by soaking method for removal heavy metal ions from solution”, ChemExpress, 3(1), pp.1-10 [10] Nguyễn Tuấn Dung, Hồ Thu Hương, Vũ Kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng (2009), “Tổng hợp hóa học polyanilin hoạt hóa camphosulfonic axit”, Tạp chí Hóa học, 47(4A), tr.44-48 [11] S.B Daffalla, H Mukhatar, M.S Shaharun (2010), “Characterization of adsorpbent developed from rice husk: effect of surface functional group on phenol adsorption”, J Appl Sci., 10(12), pp.1060-1067 [12] Niladri Ballav, Sushanta Debnath, Kriveshini Pillay, Arjun Maity (2015), “Efficient removal of Reactive Black from aqueous solution using polyaniline coated ligno-cellulose composite as a potential adsorbent ”, Journal of Molecular Liquids, 209, pp.387-396 [13] M.V Lebedeva, A.B Ayupov, P.M Yeletsky, V.N Parmon (2018), “Rice husk derived activated carbon/polyaniline composites as active materials for supercapacitors”, Int J Electrochem Sci., 13, pp.3674-3690 11 ... phụ Cu2+ cực đại composite PANi -gương sen đạt 25,91 mg/g Qua nghiên cứu nhận thấy, vật liệu composite PANi -gương sen có khả hấp phụ tốt Cu2+ nước Điều mở triển vọng sử dụng vật liệu hấp phụ composite. .. cenlulose gương sen có độ xốp cao bao phủ lên hệ thống mao quản polyaniline nên hình thành vật liệu composite PANigương sen có khả hấp phụ tốt Đánh giá khả hấp phụ Cu2+ vật liệu composite PANi -gương sen. .. học hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ composite PANi -gương sen tn theo phương trình biểu kiến bậc Do đó, lượng chất hấp phụ nồng độ chất hấp phụ ảnh hưởng đến trình hấp