Nghiên cứu hấp phụ rhodamine b bằng vật liệu ni mof

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA HÓA HỌC &œ - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ RHODAMINE B BẰNG VẬT LIỆU Ni-MOF Giảng viên hướng dẫn : TS Vũ Thị Dun Sinh viên thực : Ngơ Văn Trí Lớp : 19SHH Đà Nẵng, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA HÓA HỌC &œ - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ RHODAMINE B BẰNG VẬT LIỆU Ni-MOF Giảng viên hướng dẫn : TS Vũ Thị Duyên Sinh viên thực : Ngơ Văn Trí Lớp : 19SHH Đà Nẵng, tháng năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu hướng dẫn TS Vũ Thị Duyên, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Tác giả Ngơ Văn Trí i ii LỜI CẢM ƠN Để làm hồn thành luận văn ngày hơm nay, chặng đường dài vất vả Bên cạnh nỗ lực cố gắng thân, cịn phải kể đến giúp đỡ thầy giáo khoa Hoá học trường đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô TS Vũ Thị Duyên tận tình theo dõi, hỗ trợ em trình làm nghiên cứu Gửi lời cảm ơn đến bạn bè lớp 19SHH giúp đỡ suốt khoảng thời gian vừa qua, để em hồn thành kết mong đợi Tuy nhiên, với kiến thức hạn hẹp chưa có nhiều kinh nghiệm, việc mắc sai lầm trình làm khơng thể tránh khỏi Mong nhận góp ý từ người, thầy/cơ để em hồn thiện luận thân Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 14 tháng năm 2023 Tác giả Ngơ Văn Trí ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC KÝ HIỆU - CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .2 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Mục tiêu nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA ĐỀ TÀI BỐ CỤC LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sơ lược vật liệu khung hữu kim loại MOFs 1.1.1 Giới thiệu sơ vật liệu MOFs 1.1.2 Cấu trúc hoá học 1.1.3 Tính chất vật liệu MOFs 1.1.4 Ứng dụng 1.2 Vật liệu Ni-MOF 1.3 Sơ lược chất màu RhB 1.3.1 Cơng thức cấu tạo tính chất hóa lý RhB 1.3.2 Độc tính RhB .10 1.3.3 Ứng dụng tình Hình sử dụng thuốc nhuộm RhB 10 1.4 Sơ lược phương pháp hấp phụ 11 1.4.1 Hấp phụ vật lý 12 1.4.2 Hấp phụ hóa học 12 1.4.3 Hấp phụ môi trường nước 13 1.4.4 Động học trình hấp phụ 13 1.4.5 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 14 1.4.5.1 Mơ Hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 14 1.4.5.2 Mơ Hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 14 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16 iii 2.1 Hóa chất dụng cụ 16 2.1.1 Hóa chất 16 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 16 2.2 Tổng hợp vật liệu Ni-MOF 16 2.3 Phương pháp xác định đặc trưng lý hóa vật liệu 18 2.4 Phương pháp xác định nồng độ chất màu hữu 19 2.4.1 Phương pháp trắc quang (UV-VIS) 19 2.4.2 Xây dựng đường chuẩn RhB 19 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ RhB Ni-MOF 19 2.5.1 Ảnh hưởng thời gian 19 2.5.2 Ảnh hưởng pH 20 2.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu 20 2.5.4 Ảnh hưởng nồng độ chất đầu .20 2.5.5 Ảnh hưởng nhiệt độ .20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .21 3.1 Kết xác định đặc trưng hoá lý vật liệu 21 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn RhB 22 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến trình hấp phụ RhB vật liệu Ni-MOF .23 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian 23 3.3.3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu 27 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu chất màu .28 3.3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ .30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32 Kết luận 32 Kiến nghị .32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên Trang 2.1 Các hoá chất sử dụng nghiên cứu 16 3.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ RhB 22 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Ni-MOF 23 3.3 Các tham số phương trình động học biểu kiến 25 3.4 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Ni-MOF 26 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến hiệu suất hấp phụ 27 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu chất màu đến trình hấp phụ 28 3.7 Các tham số đẳng nhiệt dạng tuyến tính 30 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ 30 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên Trang 1.1 Cấu trúc minh hoạt vật liệu MOFs 1.2 Cấu trúc tinh thể MOF-5 1.3 Công thức cấu tạo RhB 1.4 Tinh thể RhB 1.5 Dung dịch RhB 10 2.1 Vật liệu Ni-MOF 17 2.2 Quy trình tổng hợp Ni-MOF 17 2.3 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị đo quang 23 3.1 Phổ XRD Ni-MOF 24 3.2 Đường chuẩn xác định nồng độ RhB 25 3.3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Ni-MOF 27 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Ảnh hưởng pH môi trường đến dung lượng hấp phụ RhB Ni-MOF Đồ thị hiệu suất hấp phụ RhB phụ thuộc vào hàm lượng vật liệu Ni-MOF Đồ thị dung lượng hấp phụ RhB vào hàm lượng vật liệu Ni-MOF Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) Freundlich (b) RhB lên vật liệu Ni-MOF Ảnh hưởng nồng độ RhB đến hiệu suất hấp phụ Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ RhB lên vật liệu Ni-MOF vi 28 29 30 31 31 32 DANH MỤC KÝ HIỆU - CHỮ VIẾT TẮT XRD X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) RhB Rhodamine B VLHP Vật liệu hấp phụ UV-Vis Quang phổ tử ngoại khả kiến MOFs Metal Organic Frameworks Ni-MOF Nickel 2-methylimidazole framework vii MỞ ĐẦU Commented [A1]: Đánh số trang từ phần mở đầu Mở đầu trang 1, phần bên em đánh số kiểu i, ii, iii,… LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm gần phát triển kinh tế gắn liền với bảo vệ môi trường chủ đề tập trung quan tâm nhiều nước giới Một vấn đề đặt cho nước phát triển có Việt Nam cải thiện mơi trường nhiễm từ chất độc hại công nghiệp tạo Điển ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt ngành dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kim ngạch xuất cao Việt Nam [6] Ở nước ta hầu hết sở sản xuất dệt nhuộm xử lí nước thải sơ chí thải trực tiếp mơi trường Dẫn đến tình trạng nhiễm nguồn nước khơng gây ảnh hưởng đến bề mặt nước mặt mà nguồn nước ngầm bị ô nhiễm vô nghiêm trọng Vì bên cạnh việc nâng cao ý thức bảo vệ môi trường người xiết chặt cơng tác quản lí việc tìm phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm để loại bỏ nặng, hợp chất hữu độc hại khỏi mơi trường nước có ý nghĩa quan trọng [6] Nguồn phát sinh nước thải ngành dệt nhuộm nhiều công đoạn khác nhau, thay đổi theo loại sản phẩm Nhưng đặt trưng loại nước thải có pH, nhiệt độ, COD cao độ màu tương đối cao Do việc xử lí nước thải dệt nhuộm thường gặp nhiều khó khăn phí để xử lí nước thải thường cao [6] Trong đó, Rhodamine B loại thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp dệt nhuộm, thường sử dụng trực tiếp để nhuộm màu vải, sợi hay nhuộm giấy, nhuộm tre nứa, mành trúc da chế mực viết Đặc biệt trình chế biến thực phẩm để tạo cho thực phẩm có màu sắc đẹp, bắt mắt người ta sử dụng phẩm màu Rhodamine B vào thể gây ảnh hưởng đến gan, thận tồn dư người lâu ngày gây độc hại đến thể người, đặc biệt gây ung thư Nồng độ Rhodamine B nước cao cản trở hấp thụ oxi vào nước từ khơng khí làm ảnh hưởng đến sinh trưởng động thực vật, gây tượng xáo trộn hoạt động vi sinh vật ảnh hưởng đến trình làm nước [6] Commented [A2]: Cả phần lý chọn đề tài tham khảo tài liệu chưa hợp lý Em cần thêm trích dẫn tài liệu tham khảo khác vào Xem tài liệu em có phía em đưa lên ko thiết phải tìm tài liệu - Hàm lượng vật liệu: 2,5mg Ni-MOF / 5mL RhB - Nồng độ đầu RhB: 10 ppm - Thời gian: phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút 2.5.2 Ảnh hưởng pH - Thí nghiệm tiến hành điều kiện: - Hàm lượng vật liệu: 2,5mg Ni-MOF / 5mL RhB - Nồng độ đầu RhB: 10 ppm - pH môi trường: 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 - Thời gian: theo kết khảo sát mục 2.5.1 pH dung dịch đo máy đo pH để bàn ORION STAR A221 điều chỉnh cách thêm vào dung dịch NaOH 0,1M dung dịch HCl 0,1M 2.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu Thí nghiệm tiến hành điều kiện: - Hàm lượng vật liệu: 0mg; 1,25mg; 2,5mg; 3,75mg; 5mg; 7,5mg - Nồng độ đầu RhB: 10ppm - pH môi trường: theo kết khảo sát mục 2.5.2 - Thời gian: theo kết khảo sát mục 2.5.1 2.5.4 Ảnh hưởng nồng độ chất đầu Thí nghiệm tiến hành điều kiện: - Hàm lượng vật liệu: theo kết qủa khảo sát mục 2.5.3 - pH môi trường: theo kết khảo sát mục 2.5.2 - Thời gian: theo kết khảo sát mục 2.5.1 - Nồng độ RhB: 2,5ppm; 5ppm; 7,5ppm; 10ppm; 12,5ppm; 15ppm 2.5.5 Ảnh hưởng nhiệt độ Thí nghiệm tiến hành điều kiện: -Hàm lượng vật liệu: theo kết khảo sát mục 2.5.3 -Nồng độ đầu RhB: theo kết khảo sát mục 2.5.4 -pH môi trường: theo kết khảo sát mục 2.5.2 -Thời gian: theo kết khảo sát mục 2.5.1 -Nhiệt độ: 25oC; 30oC; 35oC; 40oC; 45oC 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết xác định cấu trúc tinh thể vật liệu Phổ XRD tổng hợp thể Hình 3.1 100 Intensity (a.u.) 80 60 Ni-MOF 40 #65-5745-NiO #65-2865-Ni 20 15 25 2θ35 (degree) 45 55 65 Hình 3.1 Phổ XRD Ni-MOF Quan sát Hình 3.1 cho thấy phổ XRD Ni-MOF tổng hợp xuất peak lớn đặc trưng cho Ni-MOF vị trí 13,6o Kết phù hợp với kết công bố trước với mẫu XRD Ni-MOF báo cáo Hou et al Và Xu et al [TLTK] Ngoài phổ đồ xuất đỉnh nhỏ vị trí 19,4o; 22,5o 34,0o Trên phổ đồ khơng xuẩ peak đặc trưng Ni theo sở liệu JCPDS 652865 NiO theo sở liệu JCPDS 65-5745 Như kết đo phổ XRD chứng minh tổng hợp thành công Ni-MOF 21 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn RhB Sau tiến hành đo mật độ quang thuốc nhuộm RhB bước sóng 554 nm máy quang phổ nồng độ khác thu kết Bảng 3.1 Hình 3.2 Bảng 3.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ RhB C(ppm) A (độ hấp phụ) 0,1017 0,2908 0,582 0,8681 1,0414 y = 0.2457x - 0.1602 R² = 0.9922 0,8 A 0,6 0,4 0,2 0 C (ppm) Hình 3.2 Đường chuẩn xác định nồng độ RhB Kết hồi quy tuyến tính thu phương trình đường chuẩn RhB là: y = 0,2457x – 0,1602; R2 = 0,9922 Trong đó: y: mật độ quang (A) bước sóng 554 nm x: nồng độ (C) RhB dung dịch (ppm) R = 0,9922 gần chứng tỏ phép đo UV-Vis để xác định nồng độ RhB có độ tin cậy cao Nên ta sử dụng đường chuẩn để tính tốn nồng độ RhB khảo sát khả hấp phụ Ni-MOF 22 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến trình hấp phụ RhB vật liệu Ni-MOF 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian cho thấy, khoảng thời gian từ 10 phút đến 60 phút, dung lượng hấp phụ RhB vật liệu Ni-MOF tăng nhanh sau thay đổi chậm Kết thu Bảng 3.2 Hình 3.3, Hình 3.4 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Ni-MOF Động học bậc Động học bậc 1/qt T(phút) A C H q ln(qe-qt) 1,4174 10 0 2,800405415 10 0,6513 4,595 54,05 10,81 1,73012413 0,0925 20 0,5026 3,5459 64,54 12,908 1,265022835 0,0775 30 0,2515 1,7743 82,26 16,451 40 0,3958 2,7924 72,08 14,415 0,711030629 0,0694 50 0,3292 2,3226 76,77 15,355 0,092178426 0,0651 60 0,2744 1,936 80,64 16,128 -1,129177091 0,062 100 0,0608 Commented [A5]: Em cần kiểm tra lại thay A vào phương trình đường chuẩn khơng thấy giá trị C -Giá trị H bảng không trùng với kết vẽ đồ thi -Nếu em giữ nguyên đồ thị em phải lấy giá trị hiệu suất đồ thị em tính ngược lại C, từ C em tính ngược lại A Ảnh hưởng thời gian 80 H(%) 60 40 20 0 10 20 30 t(min) 40 50 Hình 3.3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Ni-MOF 23 60 Động học trình hấp phụ RhB vật liệu Ni-MOF đánh giá thông qua hai mơ hình động học biểu kiến bậc bậc hai: ln(qe-qt) = lnqe – k1t (3.1) t t = + qt k2 qe qe (3.2) Trong đó, qe qt dung lượng hấp phụ thời điểm cân thời điểm t (mg/g); k1, k2 số tốc độ trình hấp phụ biểu kiến bậc (phút-1) bậc (g mg-1 phút-1) Để đánh giá mức độ phù hợp mơ hình động học số liệu thực nghiệm, xác định sai số trung bình tương đối: ARE (%) = qe,cal - qe,exp qe,exp 100% (3.3) Trong đó, qe, cal, qe, exp dung lượng hấp phụ cân theo tính tốn theo thực nghiệm Từ số liệu ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ vật liệu xây dựng đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc bậc Đồ thị phụ thuộc ln(qe-qt) t/qt vào thời gian t thể Hình 3.4 Commented [A6]: Chỉnh lại hình cho đẹp -Đồng thời tách riêng ra, ko cần đề a với b đâu, em tách thành Hình 3.4 Hình 3.5 a) y = -0,0558x + 2,585 R² = 0,943 2,5 ln(qe-q) 1,5 0,5 -0,5 10 20 30 -1 -1,5 t(phút) 24 40 50 60 b) 3,5 y = 0,0573x + 0,3368 R² = 0,9853 t/q 2,5 1,5 0,5 0 10 20 30 40 50 60 t(phút) Hình 3.4 Đồ thị mơ tả động hấp phụ biểu kiến bậc (a) bậc (b) trình hấp phụ RhB Kết hồi quy tuyến tính thu phương trình động học: + Phương trình động học biểu kiến bậc 1: ln(qe - q)= -0,0558t + 2,585, R2 = 0,943 + Phương trình động học biểu kiến bậc 2: t/qt = 0,0573t + 0,3368, R² = 0,9853 Từ giá trị độ dốc đoạn cắt với trục tung đường tuyến tính, xác định giá trị k1, k2, qe,cal ARE (Bảng 3.3) Bảng 3.3 Các tham số phương trình động học biểu kiến RhB Mơ hình k qe,cal ARE (%) Bậc 0,0558 13,26 19,4 Bậc 0,0005 17,45 5,7 Thực nghiệm cho thấy, mơ hình động học biểu kiến bậc hai có hệ số tin cậy gần (R2= 0,9853) sai số trung bình khơng q lớn (ARE= 5,7%) Trong mơ hình động học biểu kiến bậc R2