Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphen oxit phân tán trên vỏ trứng gà để hấp phụ ion kim loại mn2+ và cd2+ trong nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - NGUYỄN THỊ THU SƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT PHÂN TÁN TRÊN VỎ TRỨNG GÀ ĐỂ HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Mn2+ VÀ Cd2+ TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỮU CƠ Đà Nẵng – Năm 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - NGUYỄN THỊ THU SƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT PHÂN TÁN TRÊN VỎ TRỨNG GÀ ĐỂ HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Mn2+ VÀ Cd2+ TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số :8440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ THỊ DUYÊN Đà Nẵng – Năm 2023 v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nguồn nước 1.1.1 Tài nguyên nước 1.1.2 Ô nhiễm môi trường nước 1.1.3 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường sức khỏe người 1.2 Tổng quan kim loại cadmium manganese .10 1.2.1 Sơ lược cadmium 10 1.2.2 Sơ lược manganese .12 1.3 Một số phương pháp xử lý kim loại nặng nước .14 1.3.1 Phương pháp kết tủa hóa học .14 1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 14 vi 1.3.3 Phương pháp điện hóa .14 1.3.4 Phương pháp sinh học .15 1.3.5 Phương pháp hấp phụ 15 1.4 Giới thiệu vỏ trứng gà 15 1.5 Giới thiệu graphite, graphite oxide, graphene oxide 16 1.5.1 Graphite 16 1.5.2 Graphite oxide 17 1.5.3 Vật liệu graphene oxide (GO) 18 1.6 Sơ lược phương pháp hấp phụ 19 1.6.1 Khái niệm hấp phụ 19 1.6.2 Động học trình hấp phụ 20 1.6.3 Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ .21 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 23 2.1 Hóa chất dụng cụ 23 2.1.1 Hoá chất 23 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 23 2.2 Tổng hợp vật liệu .24 2.2.1 Tổng hợp graphite oxide (GrO) graphene oxide (GO) 24 2.2.2 Chuẩn bị mẫu vỏ trứng tổng hợp graphene oxide phân tán lên vỏ trứng GO/ES……………………………………………………………………………… 26 2.2.3.Xác định đặc trưng lý hóa vật liệu 28 2.3 Xác định điểm đẳng điện vật liệu .28 2.4 Phương pháp xác định nồng độ Mn2+, Cd2+ 29 2.4.1 Xây dựng đường chuẩn Mn2+ 29 2.4.2 Xây dựng đường chuẩn Cd2+ .29 2.5 Thử khả hấp phụ Mn2+, Cd2+của vật liệu 30 2.6 Khảo sát trình hấp phụ Mn2+, Cd2+của vật liệu GO/ES 30 2.6.1 Ảnh hưởng pH dung dịch 31 2.6.2 Thời gian đạt cân hấp phụ 31 2.6.3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu 31 2.6.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 31 vii 2.6.5 Ảnh hưởng nồng độ 32 2.7 Giải hấp tái sử dụng vật liệu 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Kết xác định đặc trưng vật liệu 33 3.1.1 Phổ IR .33 3.1.2 Phổ XRD (X- Ray Diffraction) 34 3.1.3 Kết xác định đặc trưng bề mặt phương pháp SEM 36 3.1.4 Kết xác định điểm đẳng điện 37 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn Mn2+ Cd2+ 38 3.3 Thử khả hấp phụ Mn2+ Cd2+ loại vật liệu 40 3.4 Khảo sát trình hấp phụ Mn2+ Cd2+ 40 3.4.1 Ảnh hưởng pH 40 3.4.2 Thời gian đạt cân hấp phụ Mn2+ Cd2+ 42 3.4.3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu hấp phụ 44 3.4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 46 3.4.5 Ảnh hưởng nồng độ 47 3.5 Tái sử dụng vật liệu 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 Kết luận 51 Kiến nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 viii Số hiệu hình vẽ 1.1 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình vẽ Trang Cấu trúc Graphite 16 1.2 Quá trình chuyển đổi dạng vật liệu 17 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Quy trình tổng hợp GrO GrO trước sau li tâm Quy trình tổng hợp GO Vật liệu GO Quy trình chế tạo bột vỏ trứng Quy trình xử lí vỏ trứng gà Sơ đồ quy trình tổng hợp GO/ES Đồ thị xác định điểm đẳng điện vật liệu Phổ hồng ngoại IR Graphite, ES, GO/ES, GO Phổ XRD vỏ trứng Phổ XRD Graphite GO Phổ XRD GO/ES Kết chụp SEM ES, GO/ES Đồ thị xác định điểm đẳng điện vật liệu GrO, GO, ES, GO/ES Đồ thị xây dựng đường chuẩn Mn2+ Đồ thị xây dựng đường chuẩn Cd2+ Hiệu suất hấp phụ Cd2+ Mn2+ vật liệu khác Ảnh hưởng pH môi trường đến dung lượng hấp phụ Cd2+ Mn2+ vật liệu GO/ES Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Cd2+ Mn2+ vật liệu GO/ES vào thời gian Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc (a) bậc (b) trình hấp phụ Cd2+ Mn2+ Đồ thị phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Cd2+ Mn2+ vào hàm lượng vật liệu hấp phụ GO/ES Đồ thị phụ thuộc dung lượng hấp phụ Cd2+ Mn2+ vào hàm lượng vật liệu hấp phụ GO/ES Ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ Cd2+ Mn2+ GO/ES Đồ thị xác định thông số nhiệt động trình hấp phụ Cd2+ Mn2+ lên GO/ES Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) Frendlich (b) Cd2+ Mn2+ lên vật liệu GO/ES 23 24 24 25 25 26 26 27 32 33 34 34 35 36 37 37 38 39 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 40 41 43 43 44 45 46 55 Removal of Heavy Metals from Aqueous Solutions Using a Bionanocomposite of Eggshell/Ag-Fe”, Catalysts 10(7), 727-739