Nghiên cứu sử dụng dầu vỏ hạt điều để tổng hợp vật liệu nanocomposite trên nền sodium anarcardate ứng dụng xử lý nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU VỎ HẠT ĐIỀU ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TRÊN NỀN SODIUM ANARCARDATE ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC Giảng viên hướng dẫn: ThS HOÀNG THỊ THANH Sinh viên thực hiện: ĐINH HUY NGUYÊN MSSV: 18055151 Lớp: DHVC14 Khoá: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU VỎ HẠT ĐIỀU ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TRÊN NỀN SODIUM ANARCARDATE ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC Giảng viên hướng dẫn: ThS HOÀNG THỊ THANH Sinh viên thực hiện: ĐINH HUY NGUYÊN MSSV: 18055151 Lớp: DHVC14 Khoá: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 i TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Độc lập – Tự - Hạnh phúc - // - - // - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đinh Huy Nguyên MSSV: 18055151 Chuyên ngành: Công nghệ Hóa Vơ Lớp: DHVC14 Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nghiên cứu sử dụng dầu vỏ hạt điều để tổng hợp vật liệu nanocomposite sodium anarcardate ứng dụng xử lý nước Nhiệm vụ: - Đánh giá tính chất hóa lý dầu vỏ hạt điều - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite từ dầu vỏ hạt điều - Phân tích đánh giá sản phẩm - Khảo sát ứng dụng sản phẩm tổng hợp xử lý nước Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: Ngày hồn thành khóa luận tốt nghiệp: Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS Hồng Thị Thanh Tp Hồ Chí Minh, ngày Chủ nhiệm môn chuyên ngành tháng Giảng viên hướng dẫn năm ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn thầy Khoa Cơng nghê Hóa học Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt ThS Hoàng Thị Thanh tận tình bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình em thực đề tài Và em xin cảm ơn gia đình, cha mẹ tạo điều kiện tốt hai mặt vật chất tinh thần giúp em hồn thành đề tài Do thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm không cao nghiên cứu, lần em thực nên khó tránh khỏi thiếu sót việc nghiên cứim đánh giám trình bày ý kiến thân em có cố gắng Em mong thầy (cơ) thơng cảm đóng góp ý kiến Cuối cùng, em xin gửi lời chúc sức khỏe đến toàn thể thầy khoa Cơng nghệ Hóa học, ThS Hồng Thị Thanh, hạnh phúc, thành công công việc Em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên thực Đinh Huy Nguyên iii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: (thang điểm 10) • Thái độ thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Kỹ trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: …… … Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Chuyên ngành (Ký ghi họ tên) iv NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Giảng viên phản biện (Ký ghi họ tên) v MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TƠT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iv MỤC LỤC v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT x LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nguồn tài nguyên nước 1.2 Các phương pháp xử lý nước 1.2.1 Phương pháp hóa lý 1.2.2 Phương pháp hóa học 1.2.3 Phương pháp học 10 1.3 Vật liệu từ tính 11 1.4 Tổng quan vật liệu cobalt spinel ferrite CoFe2O4 12 1.4.1 Các phương pháp tổng hợp CoFe2O4 13 1.4.2 Ứng dụng vật liệu CoFe2O4 13 1.5 Vật liệu nano từ tính 13 1.6 Vật liệu composite 15 1.6.1 Khái niệm composite 15 1.6.2 Phân loại vật liệu composite 15 1.7 Vật liệu nano composite 23 1.8 Vật liệu giải hấp phụ ion kim loại EDTA 23 1.9 Tổng quan dầu vỏ hạt điều 24 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 27 2.1 Hóa chất 27 2.2 Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 27 vi 2.3 Làm giàu -OH bề mặt hạt nano từ tính CoFe2O4-(OH)n 28 2.4 Tổng hợp Sodium anarcardate từ dầu vỏ hạt điều 29 2.5 Tổng hợp nanocomposite dầu vỏ hạt điều 29 2.6 Ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31 3.1 Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 làm giàu -OH bề mặt hạt 31 3.2 Tổng hợp Sodium anarcardate từ dầu vỏ hạt điều 35 3.3 Tổng hợp nanocomposite dầu vỏ hạt điều 36 3.4 Ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng 40 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Crom (VI) đến khả xử lý ion kim loại 42 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ nanocomposite đến khả xử lý ion kim loại 43 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến khả xử lý ion kim loại 44 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc (thời gian hấp phụ) đến khả xử lý ion kim loại 45 3.4.5 Xác định số sau khảo sát 46 3.4.6 Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng nanocomposite 47 3.4.7 So sánh khả xử lý ion kim loại nặng loại vât liệu 48 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 4.1 Kết luận 49 4.2 Kiến nghị 50 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kết khối lượng nanocomposite thu sau tổng hợp 36 Bảng 3.2 Kết đo quang dung dịch chuẩn gốc Cr(VI) 40 Bảng 3.3 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Crom (VI) đến khả xử lý ion kim loại 42 Bảng 3.4 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ nanocomposite đến khả xử lý ion kim loại 43 Bảng 3.5 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng độ pH dung dịch đến khả xử lý ion kim loại 44 Bảng 3.6 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng thời gian lắc dung dịch đến khả xử lý ion kim loại 45 Bảng 3.7 Thông số kết khảo sát khả tái sử dụng nanocomposite 47 Bảng 3.8 Thông số kết so sánh khả xử lý ion crom (VI) vật liệu 48 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ bể lắng [6] 11 Hình 1.2 Hình minh họa domain từ [13] 11 Hình 1.3 Định hướng moment từ paramagnetic (a), ferromagnetic (b), antiferromagnetic (c), ferrimagnetic (d) [13] 12 Hình 1.4 Cấu trúc spinel [16] 12 Hình 1.5 Composite có cấu trúc không gian 3D [26] 15 Hình 1.6 Sản xuất vật liệu composite đúc (a) ép trực tiếp, (b) ép gián tiếp, (1) đổ kim loại nóng chảy vào thiết bị đúc áp lực, (2) trình đúc ép [25] 18 Hình 1.7 Qúa trình hình thành "phun" [27] 20 Hình 1.8 Cấu trúc phân tử EDTA 24 Hình 1.9 (a) Cardol, (b) Anacardic acid, (c) Cardanol (R=25-31) 25 Hình 2.1 Dụng cụ, thiết bị tổng hợp nano từ tính 28 Hình 2.2 Cơng thức Sodium Anacardate 29 Hình 3.1 Hạt nano từ tính CoFe2O4 31 Hình 3.2 Kết XRD hạt nano từ tính CoFe2O4 31 Hình 3.3 Kết SEM hạt nano từ tính CoFe2O4 32 Hình 3.4 Kết TEM hạt nano từ tính CoFe2O4 32 Hình 3.5 Kết FT-IR hạt nano từ tính CoFe2O4 33 Hình 3.6 Kết FT-IR hạt nano CoFe2O4-(OH)n 33 Hình 3.7 So sánh phổ FT-IR CoFe2O4 CoFe2O4-(OH)n 34 Hình 3.8 Kết VSM hạt nano từ tính CoFe2O4 34 Hình 3.9 Kết FT-IR dung dịch sodium anarcardate 35 Hình 3.10 Kết đo pH=10 trình khuấy 36 Hình 3.11 CTPT sodium anarcardate (M=386 g/mol) 36 Hình 3.12 Kết FT-IR nanocomposite CNSL 38 Hình 3.13 So sánh kết đo FT-IR có thực nghiệm 38 Hình 3.14 Kết VSM hạt nanocomposite CNSL 39 Hình 3.15 Đường cong từ trễ CoFe2O4 nanocomposite CNSL 40 Hình 3.16 Màu dung dịch biến đổi sau thêm thị DPC từ vàng cam sang tím 41 Hình 3.17 Bước sóng cực đại phức Crom(VI) - DPC 41 39 60 Magnetization (emu/g) 40 -5000 20 -3000 -1000 1000 3000 5000 -20 -40 -60 Magnetic Field (Oe) Hình 3.14 Kết VSM hạt nanocomposite CNSL Kết VSM hạt nanocomposite CNSL thể hình 3.18 cho thấy độ từ bão hịa hạt nanocomposite CNSL 50.53964 emu/g, lực kháng từ xấp xỉ 700 Oe, cảm ứng từ dư xấp xỉ 20 emu/g Vật liệu có lực kháng từ thấp nên xem vật liệu từ mềm siêu thuận từ Vì từ mềm nên dễ bị từ hóa dễ bị khử từ [13] Với từ độ từ bão hòa 50.53964 emu/g, kết hợp với kích thước hạt vùng nm cho thấy vật liệu có tính chất siêu thuận từ vật liệu phân tán tốt dung dịch dễ dàng thu hồi từ trường (nam châm vĩnh cửu) xử lý xử lý ion kim loại nặng So sánh kết đường cong từ trễ hạt CoFe2O4 hạt nanocomposite CNSL hình 3.19 cho ta thấy hạt nano từ tính CoFe2O4 chưa có sodium anarcardate, độ từ hóa bão hịa 61.62986 emu/g gần phù hợp với nghiên cứu trước hạt nano từ tính CoFe2O4 với kích thước [41], vật liệu kích thước lớn lên đến 78 emu/g [42] Sự giảm độ từ hóa giảm kích thước hạt đến nm giải thích hiệu ứng bề mặt [41], tồn lớp từ tính bề mặt hạt nano từ tính, tồn spin lệch [31] Đối với hạt nano nanocomposite CNSL, đường cong từ hóa cho thấy có giảm độ từ hóa bão hịa (cịn 50.53964 emu/g) so với hạt nano từ tính CoFe2O4 Sự giảm độ từ hóa liên quan đến khối lượng lớp khơng có từ tính (tức lớp sodium anarcardate) bao phủ bề mặt hạt nano từ tính [32] Vì độ từ hóa bão hịa hạt nano từ tính CoFe2O4 lớn nanocomposite CNSL (61.62986 emu/g > 50.53964 emu/g) nên hạt nano từ tính CoFe2O4 bị nam châm hút mạnh 40 80 Nanocomposite CNSL Nano CoFe2O4 60 Magnetization (emu/g) 40 20 -5000 -3000 -1000 1000 3000 5000 -20 -40 -60 -80 Magnetic Field (Oe) Hình 3.15 Đường cong từ trễ CoFe2O4 nanocomposite CNSL 3.4 Ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng Dùng phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS (Ultra violet-Visible) để khảo sát ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng Pha diphenyl DPC: 0.25g DPC hòa tan 50ml acetone, định mức 100ml nước cất Pha dung dịch chuẩn gốc Cr(VI) 1000ppm: 2.829g K2Cr2O7 định mức 1000ml nước cất Pha dung dịch chuẩn 100ppm từ 1000ppm pha Khi có dung dịch chuẩn gốc Cr(VI) 100ppm, ta pha: Bảng 3.2 Kết đo quang dung dịch chuẩn gốc Cr(VI) VCr(VI) 100ppm (mL) 10 20 30 40 50 VDPC 0.25 % (mL) Định mức (mL) 100 Bước sóng (nm) 360-600 (bước nhảy 2nm) CCr(VI) (ppm) Amax 10 20 30 40 50 60 70 60 70 2.657 2.696 2.718 2.743 2.789 2.815 2.851 Khi cho 1mL thị DPC vào bình định mức có chứa sẵn dung dịch nồng độ Crom (VI) ta thấy màu chuyển từ vàng cam (bình định mức lớn) sang màu tím (7 bình định mức nhỏ) Tuy nhiên, thị DPC không làm đổi màu mẫu trắng 41 Hình 3.16 Màu dung dịch biến đổi sau thêm thị DPC từ vàng cam sang tím Hình 3.17 Bước sóng cực đại phức Crom(VI) - DPC Kết khảo sát mật độ quang dung dịch chuẩn Cr(VI) có nồng độ khác nhau, ta nhận thấy mật độ quang lớn dung dịch có bước sóng 542nm Ta lấy bước sóng 542nm làm bước sóng cực đại Dựa vào Bảng 3.1, ta có đường chuẩn nồng độ theo mật độ quang: 2.900 y = 0.0032x + 2.6254 R² = 0.9937 Mật độ quang A 2.850 2.800 2.750 2.700 2.650 2.600 20 40 60 Nồng độ ion Cr(VI) ban đầu C (ppm) 80 Hình 3.18 Mối tương quan nồng độ ion Cr (VI) mật độ quang 42 Từ Hình 3.21, ta có phương trình hồi quy tuyến tính: 𝐴 = 0.0032 × 𝐶 + 2.6254 (23) Với 𝑟 = 0.9937 > 0.95, mật độ quang A tương ứng với y nồng độ C (ppm) tương ứng với x Dựa vào phương pháp thay liên hoàn để khảo sát ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion Cr(VI) theo: nồng độ ion Crom (VI) nước thải, nồng độ nanocomposite sau cho vào nước thải, độ pH thời gian Sau đó, khảo sát hiệu suất thu hồi Tất thực nghiệm khảo sát nhiệt độ phòng Lưu ý: Khi khảo sát, không cho thị DPC vào lắc (khuấy), mà phải lắc (khuấy) xong cho thêm thêm thị DPC vào để kết xác Một số kí hiệu cần xem có bảng khảo sát đây: Cnano VCr(VI) mnano A q : Nồng độ vật liệu nước thải : Thể tích dd ion Cr(VI) : Khối lượng nano composite cần dùng : Mật độ quang dd ion Cr(VI) sau xử lý : Dung lượng hấp phụ C0 C H t : Nồng độ ion Cr(VI) ban đầu : Nồng độ ion Cr(VI) lại : Hiệu suất xử lý : thời gian xử lý 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Crom (VI) đến khả xử lý ion kim loại Bảng 3.3 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Crom (VI) đến khả xử lý ion kim loại pH t (phút) Cnano(g/L) VCr(VI) (mL) mnano(g) C0 (ppm) A C H (%) 240 20 0.02 Hiệu suất xử lý (%) 0 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 10 100 100.00 20 100 100.00 30 100 40 2.6571 9.92 70.20 50 2.6872 19.93 61.40 60 2.7185 29.90 51.50 100.00 70.20 61.40 51.50 10 20 30 40 50 Nồng độ Cr(VI) ban đầu (ppm) 60 44.00 70 Hình 3.19 Kết ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) đến hiệu suất xử lý 70 2.7508 39.2 44.00 43 Kết cho thấy hiệu suất xử lý erlen có chứa 20mL dung dịch chuẩn ion crom (VI) nồng độ 10ppm, 20ppm, 30ppm không màu, cho 1mL thị DPC vào ta thấy khơng có xuất màu tím chứng tỏ nồng độ dung dịch chuẩn ion crom (VI) khơng cịn Ở 40ppm đến 70ppm, nồng độ crom (VI) lại sau lắc 9.92ppm, 19.3ppm, 29.1ppm 39.2ppm Điều có nghĩa nồng độ dung dịch chuẩn ion crom (VI) bị hấp phụ xấp xỉ 30.8ppm Chứng tỏ điều kiện pH=6 (không thay đổi pH ban đầu), thời gian 240 phút nồng độ nanocomposite 1g/L nồng độ dung dịch chuẩn ion crom (VI) bị hấp phụ xấp xỉ 30.8ppm Chọn nồng độ dung dịch crom(VI) 40ppm làm ứng dụng khảo sát phương pháp thay liên hoàn 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ nanocomposite đến khả xử lý ion kim loại Bảng 3.4 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ nanocomposite đến khả xử lý ion kim loại pH 240 t (phút) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Cnano(g/L) VCr(VI) (mL) 20 0.004 0.008 0.012 0.016 0.02 0.024 0.028 mnano(g) 40 C0 (ppm) A 2.7226 2.7085 2.6880 2.6636 2.6635 2.6634 2.6633 C 30.36 25.98 19.56 11.93 11.92 11.91 11.90 H (%) 24.10 35.05 51.10 70.19 70.20 70.22 70.23 80.00 70.19 70.20 70.22 70.23 0.8 1.2 1.4 Hiệu suất xử lý (%) 70.00 60.00 51.10 50.00 40.00 30.00 35.05 24.10 20.00 10.00 0.00 0.2 0.4 0.6 Nồng độ nanocomposite (g/L) Hình 3.20 Kết ảnh hưởng nồng độ nanocomposite đến hiệu suất xử lý Kết khảo sát cho thấy tăng nồng độ vật liệu nanocomposite từ 0.2g/L đến 0.8g/L nước thải hiệu xử lý ion kim loại Cr(VI) tăng rất mạnh Do tăng lượng vật liệu nanocomposite thi hiệu xử lý nước tốt Tuy nhiên tiếp tục tăng nồng độ nanocomposite từ 0.8g/L đến 1.4g/L hiệu suất tăng chậm 44 hạt có xu hướng dính lại thành chùm dẫn đến bề mặt hấp phụ thu hẹp lại (khó tách dùng máy lắc thay máy khuấy cơ) Chọn nồng độ vật liệu nanocomposite 0.8g/L làm ứng dụng khảo sát phương pháp thay liên hoàn 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến khả xử lý ion kim loại Hình 3.21 độ pH dung dịch chuẩn crom (VI) Dùng HCl 0.01M NaOH 0.01M để điều chỉnh độ pH dung dịch Bảng 3.5 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng độ pH dung dịch đến khả xử lý ion kim loại pH t (phút) 240 Cnano(g/L) 0.8 VCr(VI) (mL) 20 mnano(g) 0.016 C0 (ppm) 40 40 40 40 40 40 40 40 A 2.6568 2.6550 2.6569 2.6592 2.6613 2.6633 2.6648 2.6670 C 9.82 9.25 9.85 10.56 11.93 12.69 12.93 13.01 H (%) 75.45 76.88 75.38 73.60 70.19 68.28 67.68 67.48 45 90.00 80.00 75.45 76.88 75.38 73.60 70.19 Hiệu suất xử lý (%) 70.00 60.00 52.70 50.00 49.05 37.10 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 Độ pH Hình 3.22 Ảnh hưởng pH dung dịch Crom (VI) đến hiệu suất xử lý Kết khảo sát cho thấy hiệu suất xử lý ion crom (VI) cao mơi trường hấp phụ có độ pH=3 Có thể giải thích tăng pH làm giảm số lượng tâm acid bề mặt vật liệu nanocomposite tăng lượng nhóm OH- dung dịch hấp phụ chứa crom (VI) [44] Ở pH thấp (pH 2-5), tồn ion Cr2O72- có tới gốc Cr, gốc Cr chiếm tâm hấp phụ [44], pH cao (pH=7-9) có xuất CrO42- (gốc muối K2CrO4), muối có tính base vật liệu nanocomposite có tính base Lewis Khi hai mang điện tích âm nên chúng đẩy Do ion crom bị hấp phụ bề mặt mà cịn giữ lượng bên lỗ xốp pH = có hiệu suất pH = giải thích pH =1-2 tính acid q cao, lượng sodium anarcardate tác dụng với H+ tạo thành anarcardic acid tách khỏi vật liệu làm phần vật liệu trở lại CoFe2O4, hạt nano tư tính hiệu suất thấp nên pH = 1-2 thấp so với pH = Chọn độ pH = làm môi trường ứng dụng khảo sát phương pháp thay liên hoàn 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc (thời gian hấp phụ) đến khả xử lý ion kim loại Bảng 3.6 Thông số kết khảo sát ảnh hưởng thời gian lắc dung dịch đến khả xử lý ion kim loại pH t (phút) Cnano(g/L) VCr(VI) (mL) mnano(g) C0 (ppm) A C H (%) q (mg/g) 0.8 20 0.016 40 20 40 40 40 60 40 80 40 100 40 120 40 140 40 160 40 180 40 2.7430 2.7109 2.6915 2.6796 2.6689 2.6589 2.6550 2.6547 2.6548 2.6549 40 26.71 20.65 16.93 13.58 10.76 9.25 9.17 9.2 9.22 33.23 48.38 57.68 66.05 73.10 76.88 77.08 77.00 76.95 16.61 24.19 28.84 33.03 36.55 38.44 38.54 38.50 38.48 Hiệu suất xử lí (%) 46 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 73.10 76.88 77.08 77.00 76.95 66.05 57.68 48.38 33.23 20 40 60 80 100 120 140 Thời gian lắc (phút) 160 180 Hình 3.23 Ảnh hưởng thời gian lắc dung dịch Crom (VI) đến hiệu suất xử lý Dung lượng hấp phụ (mg/g) 40 35 30 25 20 15 10 0 20 40 60 80 100 Thời gian (phút) 120 140 160 180 Hình 3.24 Quan hệ thời gian lắc dung lượng hấp phụ Kết khảo sát cho thấy hình 3.26, từ phút tới 140 phút, thời gian tăng hiệu suất hấp phụ ion crom (VI) tăng Khoảng thời gian từ đến 120 phút hiệu suất tăng nhanh bề mặt vật liệu nhiều chỗ trống, ion crom (VI) hấp phụ ngẫu nhiên bề mặt hạt Tại 120 phút bề mặt hấp phụ bị phủ kín ion crom (VI) nên hiệu suất xử lý tăng chậm Đến 140 phút vật liệu nanocomposite hấp phụ hoàn toàn ion crom (VI) Tiếp tục tăng thời gian lắc hiệu suất có xu hướng giảm nhẹ, lượng nhỏ ion crom (VI) nhả hấp phụ khỏi bề mặt vật liệu nanocomposite Chọn thời gian lắc 140 phút làm khảo sát phương pháp thay liên hoàn 3.4.5 Xác định số sau khảo sát Sau sử dụng phương pháp thay liên hòan, ta chọn được: nồng độ dung dịch crom(VI) 40ppm, nồng độ nanocomposite 0.8g/L, pH = 3, thời gian lắc 140 phút 47 3.4.6 Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng nanocomposite Vật liệu composite sau trình xử lý lắng nam châm để thu hồi, giải hấp phụ dung dịch EDTA 0,01M Sau sử dụng để xử lý ion kim loại crom (VI) cho lần sau với điều kiện không thay đổi Bảng 3.7 Thông số kết khảo sát khả tái sử dụng nanocomposite pH t (phút) Cnano(g/L) VCr(VI) (mL) mnano(g) C0 (ppm) Mẫu nanocomposite mang xử lý A C H (%) 140 0.8 20 0.016 40 Ban đầu Thu hồi lần Thu hồi lần Thu hồi lần Thu hồi lần Thu hồi lần 2.6547 9.17 77.08 2.6709 14.23 64.43 2.6893 19.97 50.08 2.700 23.46 41.35 2.7253 31.22 21.95 2.7506 39.13 2.17 100.00 90.00 Hiệu suất xử lý (%) 80.00 77.08 70.00 64.43 60.00 50.08 50.00 41.35 40.00 30.00 21.95 20.00 10.00 0.00 2.17 Ban đầu Thu hồi lần Thu hồi lần Thu hồi lần Thu hồi lần Thu hồi lần Mẫu nanocomposite mang xử lý Hình 3.25 Ảnh hưởng mẫu tái sử dụng mang xử lý Kết khảo sát khả thu hồi tái sử dụng vật liệu composite trình bày hình 3.28 Kết khảo sát cho thấy tất lần sau thu hồi hiệu suất xử lý ion crom (VI) giảm mạnh Điều q trình thu hồi rửa không loại hết ion crom (VI) hấp phụ bề mặt vật liệu nanocomposite 48 3.4.7 So sánh khả xử lý ion kim loại nặng loại vât liệu Bảng 3.8 Thông số kết so sánh khả xử lý ion crom (VI) vật liệu pH t (phút) Cnano(g/L) VCr(VI) (mL) mnano(g) C0 (ppm) Mẫu A C H (%) CoFe2O4 2.6819 17.65 55.88 140 0.8 20 0.016 40 CoFe2O4-(OH)n 2.6800 17.05 57.38 nanocomposite 2.6547 9.17 77.08 90.00 77.08 80.00 Hiệu suất xử lý 70.00 60.00 55.88 57.38 CoFe2O4 CoFe2O4-(OH)n 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 nanocomposite Mẫu Hình 3.26 Kết so sánh hiệu xuất xử lý ion crom (VI) loại vật liệu Kết cho thấy khả xử lý nanocomposite cao so với vật liệu nano từ tính CoFe2O4 vật liệu nano từ tính làm giàu gốc OH- CoFe2O4-(OH)n Do nanocomposite bao gồm phần cốt (CoFe2O4) phần (sodium anarcardate), mà sodium anarcardate chât xử lý ion kim loại nặng tốt Nhưng xử lý xong, ta khơng có cách để tách thu hồi lại sản phẩm nên ta dùng đến nanocomposite dựa cốt hạt nano từ tính CoFe2O4 để thu lại vật liệu Vật liệu nano từ tính CoFe2O4 vật liệu nano từ tính làm giàu gốc OH- CoFe2O4-(OH)n có hiệu suất lắng nam châm, mốt số ion crom (VI) nằm lỗ xốp vật liệu nano nên giảm lượng nhỏ nồng độ crom (VI) dung dịch 49 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Báo cáo có nội dung phần trình nghiên cứu xử lý nước hạt nanocomposite với cốt hạt nano từ tính CoFe2O4 sodium anarcardate Vật liệu nano tổng hợp thu dạng hạt mềm màu đen, có từ độ bão hịa 61.62986 emu/g, lực kháng từ xấp xỉ 480 Oe, cảm ứng từ dư xấp xỉ 18 emu/g Vật liệu có lực kháng từ thấp nên xem vật liệu từ mềm siêu thuận từ Vì từ mềm nên dễ bị từ hóa dễ bị khử từ Với từ độ từ bão hòa 61.62986 emu/g, kết hợp với kích thước hạt vùng nm cho thấy vật liệu có tính chất siêu thuận từ vật liệu phân tán tốt dung dịch dễ dàng thu hồi nam châm vĩnh cửu xử lý xử lý ion kim loại nặng Hạt nano từ tính CoFe2O4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa 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 Các hạt nano từ tính có kích thước đường kính dao động từ 40-60 nm sau đo kính hiển vi điện tử quét (SEM) Cấu trúc tinh thể hạt nano từ tính tổng hợp khảo sát phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết cho thấy phổ nhiễu xạ hoàn toàn phù hợp liệu chuẩn (JCPDS card, No 22-1086) xác nhận cấu trúc “spinel lập phương” hạt nano từ tính CoFe2O4 tổng hợp Các liên kết đặc trưng hạt nano từ tính trước sau biến tính khảo sát phổ hồng ngoại FT-IR, kết xác nhận cấu trúc hữu cố định hạt nano từ tính Vật liệu composite tổng hợp cách thêm dung dịch sodium anarcardate khuấy sau hồn tất q trình làm giàu –OH bề mặt hạt nano từ tính Bên cạnh cịn xác định điều kiện tối ưu để tổng hợp nên vật liệu composite từ phương pháp với thông số nhiệt động như: tỷ lệ nano từ tính giàu OH:sodium anarcardate 1:10; nhiệt độ phản ứng 60±5oC, thời gian phản ứng 30 phút Với phương pháp phản ứng tổng hợp thành công vật liệu nano composite Vật liệu nano composite CNSL thu có màu đen (hơi nâu), từ tính bị giảm so với hạt nano CoFe2O4 với giá trị đặc trưng cho từ tính độ từ bão hòa hạt nanocomposite CNSL 50.53964 emu/g, lực kháng từ xấp xỉ 700 Oe, cảm ứng từ dư xấp xỉ 20 emu/g Vật liệu có lực kháng từ thấp nên xem vật liệu từ mềm siêu thuận từ Vì từ mềm nên dễ bị từ hóa dễ bị khử từ So sánh kết VSM hạt CoFe2O4 hạt nanocomposite CNSL hình 3.19 cho ta thấy hạt nano từ tính CoFe2O4 chưa có sodium anarcardate, độ từ hóa bão hịa 61.62986 emu/g gần phù hợp với nghiên cứu trước hạt nano từ tính CoFe2O4 với kích thước, vật liệu kích thước lớn lên đến 78 emu/g Sự giảm độ từ hóa giảm kích thước hạt đến nm giải thích hiệu ứng bề mặt, tồn lớp từ tính bề mặt hạt nano từ tính, tồn 50 spin lệch Đối với hạt nano nanocomposite CNSL, đường cong từ hóa cho thấy có giảm độ từ hóa bão hịa (cịn 50.53964 emu/g) so với hạt nano từ tính CoFe2O4 Sự giảm độ từ hóa liên quan đến khối lượng lớp khơng có từ tính (tức lớp sodium anarcardate) bao phủ bề mặt hạt nano từ tính Vì độ từ hóa bão hịa hạt nano từ tính CoFe2O4 lớn nanocomposite CNSL (61.62986 emu/g > 50.53964 emu/g) nên hạt nano từ tính CoFe2O4 bị nam châm hút mạnh Các kết khảo sát lập đường chuẩn dung dịch crom (VI) sau xử lý thêm thị DPC vào để có kết xác 4.2 Kiến nghị Cần nghiên cứu thêm nhiều hóa chất có khả xử lý nước chứa crom (VI) mạnh hơn, thu hồi dễ dàng Tìm phương pháp tổng hợp hiệu đánh giá, phân tích chất lượng sản phẩm chuyên sâu Khảo sát ứng dụng chun sâu Q trình nghiên cứu cịn thủ công, cần nhiều thời gian để thực quy trình phản ứng cần phải giám sát theo dõi chặt chẽ Do đó, cần nghiên cứu phương pháp tổng hợp vật liệu hiệu để phù hợp với nhu cầu thực tiễn nghiên cứu sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm Cần có nhiều nghiên cứu chuyên sâu việc khảo sát điều kiện tối ưu để sử dụng vật liệu hiệu 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Gupta, V K., et al (2012) Chemical treatment technologies for waste-water recycling—an overview Rsc Advances 2(16): 6380-6388 [2] Loucks, D P Water Resources Planning [3] Nhân, T V and N T Nga (2005) Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [4] Vermeulen, T (1958) Separation by adsorption methods Advances in chemical engineering, Elsevier 2: 147-208 [5] Oyama, S T (2000) Chemical and catalytic properties of ozone Catalysis Reviews 42(3): 279-322 [6] Kaczmar, J., et al (2000) The production and application of metal matrix composite materials Journal of materials processing technology 106(1-3): 58-67 [7] Cullity, B D and C D Graham (2011) Introduction to magnetic materials, John Wiley & Sons [8] Chikazumi, S., et al (1987) Physics of magnetic fluids Journal of Magnetism and Magnetic Materials 65(2-3): 245-251 [9] Valenzuela, R (2012) Novel applications of ferrites Physics Research International 2012 [10] Chu, T Q (2022) Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác quang cấu trúc spinel NCoFe2O4 ứng dụng để xử lý phẩm màu môi trường nước [11] Carta, D., et al (2009) A structural and magnetic investigation of the inversion degree in ferrite nanocrystals MFe2O4 (M= Mn, Co, Ni) The Journal of Physical Chemistry C 113(20): 8606-8615 [12] Yang, Y.-c., et al (1991) New potential hard magnetic material—NdTiFe11Nx Solid state communications 78(4): 317-320 [13] Wang, S., et al (2000) Properties of a new soft magnetic material Nature 407(6801): 150-151 [14] Shen, G., et al (2013) Automeasurement of the inverter output voltage delay curve to compensate for inverter nonlinearity in sensorless motor drives IEEE Transactions on Power Electronics 29(10): 5542-5553 [15] Pui, A., et al (2011) Characterization and magnetic properties of capped CoFe2O4 nanoparticles ferrite prepared in carboxymethylcelullose solution Dig J Nanomater Bios 6(4): 1783-1791 [16] Issa, B., et al (2013) Magnetic nanoparticles: surface effects and properties related to biomedicine applications International journal of molecular sciences 14(11): 21266-21305 [17] Naseri, M G and E B Saion (2012) Crystalization in spinel ferrite nanoparticles Advances in crystallization processes 14 52 [18] Tiến, N A and H T Tuyết (2015) Tổng hợp, cấu trúc từ tính vật liệu nano CoFe2O4 phương pháp đồng kết tủa Vietnam Journal of Chemistry 53(4): 441-444 [19] Vadivel, M., et al (2015) Role of SDS surfactant concentrations on the structural, morphological, dielectric and magnetic properties of CoFe O nanoparticles Rsc Advances 5(34): 27060-27068 [20] Kim, Y I., et al (2003) Synthesis and characterization of CoFe2O4 magnetic nanoparticles prepared by temperature-controlled coprecipitation method Physica B: Condensed Matter 337(1-4): 42-51 [21] Zielińska-Jurek, A., et al (2012) Nanoparticles preparation using microemulsion systems Microemulsions-an introduction to properties and applications: 229-250 [22] Kadier, W., et al (2014) Hydrothermal Synthesis and Properties of CoFe2O4 Magnetic Nanoparticles 31(3) [23] Sadri, F., et al (2014) Magnetic CoFe O nanoparticles as an efficient catalyst for the oxidation of alcohols to carbonyl compounds in the presence of oxone as an oxidant Bulletin of the Korean Chemical Society 35(7): 2029-2032 [24] Shylesh, S., et al (2010) Magnetically separable nanocatalysts: bridges between homogeneous and heterogeneous catalysis Angewandte Chemie International Edition 49(20): 3428-3459 [25] Kumar, B and L G Scanlon (1994) Polymer-ceramic composite electrolytes Journal of power sources 52(2): 261-268 [262] Mamalis, A., et al (1997) Crashworthy capability of composite material structures Composite structures 37(2): 109-134 [27] Chen, H., et al (2016) Thermal conductivity of polymer-based composites: Fundamentals and applications Progress in Polymer Science 59: 41-85 [28] van Midwoud, P M., et al (2012) Comparison of biocompatibility and adsorption properties of different plastics for advanced microfluidic cell and tissue culture models Analytical chemistry 84(9): 3938-3944 [29] Windhorst, T and G Blount (1997) Carbon-carbon composites: a summary of recent developments and applications Materials & Design 18(1): 11-15 [30] Ferreira, J., et al (2001) Characteristics of carbon–carbon composite turning Journal of materials processing technology 109(1-2): 65-71 [31] Vassil, A D., et al (1998) The role of EDTA in lead transport and accumulation by Indian mustard Plant Physiology 117(2): 447-453 [32] Quirino, R L., et al (2014) Matrices from vegetable oils, cashew nut shell liquid, and other relevant systems for biocomposite applications Green Chemistry 16(4): 1700-1715 [33] Gedam, P and P Sampathkumaran (1986) Cashew nut shell liquid: extraction, chemistry and applications Progress in Organic Coatings 14(2): 115-157 53 [34] Phani Kumar, P., et al (2002) Process for isolation of cardanol from technical cashew (Anacardium occidentale L.) nut shell liquid Journal of Agricultural and Food chemistry 50(16): 4705-4708 [35] Kubo, I., et al (2006) Antioxidant activity of anacardic acids Food Chemistry 99(3): 555-562 [36] Phúc, M V and Đ M Thành (2013) Nghiên cứu phản ứng tổng hợp trùng hợp khơi mào tia tử ngoại dầu vỏ hạt điều acrylat hóa Vietnam Journal of Science and Technology 51(4): 489-489 [37] Can, K., et al (2009) Immobilization of albumin on aminosilane modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 71(1): 154-159 [38] Bui Tan Nghia, "Nghiên cứu sử dụng vật liệu nano từ tính CoFe2O4 làm chất mang xúc tác cho phản ứng KNOEVENAGEL, SONOGASHIRA, SUZUKI, HECK," pp 7-8, 2013 [39] Namanga, J., et al (2013) Synthesis and magnetic properties of a superparamagnetic nanocomposite “pectin-magnetite nanocomposite” Journal of Nanomaterials 2013 [40] Riddick, J A., et al (1986) Organic solvents: physical properties and methods of purification [41] Liu, C., et al (2000) Synthesis of magnetic spinel ferrite CoFe2O4 nanoparticles from ferric salt and characterization of the size-dependent superparamagnetic properties Pure and applied chemistry 72(1-2): 37-45 [42] Moumen, N and M Pileni (1996) New syntheses of cobalt ferrite particles in the range 2− nm: comparison of the magnetic properties of the nanosized particles in dispersed fluid or in powder form Chemistry of materials 8(5): 1128-1134 [43] Kodama, R (1999) Magnetic nanoparticles Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200(1-3): 359-372 [44] De Palma, R., et al (2007) Silane ligand exchange to make hydrophobic superparamagnetic nanoparticles water-dispersible Chemistry of materials 19(7): 18211831