Tổng hợp vật liệu hấp phụ khung cơ kim (mofs) trên nền polymer ứng dụng tách loại hợp chất màu trong nước thải

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ KHUNG CƠ - KIM (MOFs) TRÊN NỀN POLYMER ỨNG DỤNG TÁCH LOẠI HỢP CHẤT MÀU TRONG NƯỚC THẢI Mã số đề tài: 20/1.5CNH01 Chủ nhiệm đề tài: TS Cao Xuân Thắng Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Hóa Học TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2021 LỜI CÁM ƠN Để thực báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học này, xin chân thành cảm ơn Quỹ nghiên cứu khoa học Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh, lãnh đạo Khoa Cơng nghệ Hóa học, Phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học, thành viên tham gia giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Đặc biệt xin cảm ơn đồng nghiệp làm nghiên cứu phòng nghiên cứu vật liệu nano D14 động viên giúp đỡ tơi mặt tinh thần để hồn thành cơng trình nghiên cứu DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MOFs: Metal-organic frameworks PSMA: Poly(styrene-alt-maleic anhydride) MO: Methyl orange MB: Methylene blue XRD: X-ray diffraction FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy SEM: Scanning electron microscope XPS: X-ray photoelectron spectroscopy TGA: Thermogravimetric analysis CA: Contact angle PWF: Pure water flux MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN .1 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN I THÔNG TIN CHUNG PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC .14 CHƯƠNG TỔNG QUAN 14 1.1 Tổng quan ô nhiễm môi trường nước hợp chất màu 14 1.2 Tổng quan vật liệu khung cơ-kim (MOFs) .14 1.3 Tổng quan tình hình nước thải ngành dệt nhuộm .16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 20 2.1 Hóa chất, thiết bị, dụng cụ .20 2.2 Quy trình tiến hành .21 2.3 Các phương pháp phân tích hóa lý 23 2.4 Khảo sát thông lượng nước qua màng 23 2.5 Khảo sát khả hấp phụ tách loại hợp chất màu màng MOFs/PSMA .24 2.6 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ màng 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Tổng hợp xác định cấu trúc màng MOFs/PSMA 26 3.2 Kết phân tích góc thấm ướt (CA) thông lượng nước qua màng (PWF) .31 3.3 Kết khảo sát khả hấp phụ hợp chất màu 32 3.4 Kết khảo sát khả tái sử dụng màng MOFs/PSMA .35 3.5 Kết khảo sát nhiễu xạ tia X màng MOFs/PSMA sau tái sử dụng .36 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 4.1 Kết luận 37 4.2 Kiến nghị .37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .38 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 43 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các loại hóa chất sử dụng nghiên cứu 20 Bảng 2.2 Dụng cụ thiết bị thực nghiệm 20 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Vật liệu MOFs với ứng dụng khác 15 Hình 1.2 Tổng hợp màng MOFs/PSMA liên kết hóa học UiO-66-NH PSMA 19 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp PSMA 22 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tạo màng MOFs/polymer 23 Hình 2.3 Tách loại chất màu màng MOFs/PSMA sử dụng đầu trợ lọc Swinnex 24 Hình 3.1 Phổ FT-IR UiO-66-NH2 (a), màng PSMA (b) MOFs/PSMA với hàm lượng UiO-66-NH2: (c), (d), 15 (e), 30 (f) % 26 Hình 3.2 Kết TGA màng PSMA (a) MOFs/PSMA với hàm lượng UiO-66-NH2: (b), (c), 15 (d), 30 (e), 100 (f) % 27 Hình 3.3 Nhiễu xạ XRD UiO-66-NH2 (a) mô phỏng, UiO-66-NH2 (b) tổng hợp, màng PSMA (c) MOFs/PSMA với hàm lượng UiO-66-NH2:5 (d), (e), 15 (f) 30 (g) % 28 Hình 3.4 Hình ảnh SEM màng PSMA (a) MOFs phân tán PSMA hàm lượng UiO- 66-NH2: (b), (c), 15 (d) 30 (e, f) % 29 Hình 3.5 Độ xốp màng màng PMSA MOFs/PSMA 30 Hình 3.6 Phổ quét XPS màng PSMA (a) MOFs/PSMA (b) 30 Hình 3.7 Phổ XPS độ phân giải cao màng PSMA (a, b) MOFs/PSMA (c, d) 31 Hình 3.8 Góc thấm ướt CA thơng lượng nước PWF màng PSMA MOFs/PSMA 32 Hình 3.9 Phổ UV-vis dung dịch MB (a) MO (b) sau lọc khả tách loại (c) màng MOFs/PSMA 33 Hình 3.10 Phổ UV-vis chất màu sau lọc hiệu hấp phụ MB (a) MO (b) màng PSMA MOFs/PSMA 33 Hình 3.11 Phổ UV-vis dung dịch MB (a) hiệu tách loại màng PSMA (b) MOFs/PSMA (c) giá trị pH nồng độ MB ban đầu khác 34 Hình 3.12 Phổ UV-vis dung dịch MO (a) hiệu tách loại màng PSMA 35 Hình 3.13 Phổ UV-vis dung dịch MB (a) MO (b) sau lọc hiệu tách loại (c) sau bốn lần sử dụng màng MOFs/PSMA 36 Hình 3.14 Nhiễu xạ XRD màng MOFs/PSMA trước (a) sau bốn chu kỳ hấp phụ- giải hấp chất màu MB (b) MO (c) 36 PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài Tổng hợp vật liệu hấp phụ khung cơ- kim (MOFs) polymer ứng dụng tách loại hợp chất màu nước thải 1.2 Mã số: 20/1.5CNH01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên TT Đơn vị công tác (học hàm, học vị) Cao Xuân Thắng, Tiến sĩ Trường Đại học Công nghiệp TP HCM Võ Thế Kỳ, Tiến sĩ Trường Đại học Công nghiệp TP HCM Vai trị thực đề tài Chủ trì Thành viên 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Hóa học, Đại học Công nghiệp Tp.HCM 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 02 năm 2021 1.5.2 Gia hạn (nếu có): Khơng 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 02 năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 50,000,000 đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Hiện nay, ô nhiễm môi trường phát sinh từ chất thải xử lý chất thải trở thành vấn đề hàng đầu hệ sinh thái thủy sinh đô thị toàn giới Những thành phần chất hữu nguy hiểm có đa dạng bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, chất thải từ ngành dệt nhuộm, dược phẩm Các chất hữu độc hại gây tác động xấu đến môi trường sức khỏe người Để loại bỏ chất gây ô nhiễm hữu này, nhiều phương pháp hấp phụ, quang xúc tác phân hủy, phân hủy sinh học màng lọc đề xuất Trong số đó, hấp phụ vật liệu xốp vật liệu nano để loại bỏ chất hữu khỏi nước thải xem thành công hiệu cao, dễ vận hành thân thiện với môi trường Gần đây, vật liệu khung kim (metal- organic frameworks, MOFs) công nhận vật liệu thay tiềm để khắc phục hạn chế vật liệu xốp thông thường vật liệu nano cho ứng dụng môi trường Đề tài tổng hợp màng vật liệu hấp phụ khung kim polymer (MOF/polymer) có ưu điểm độ bền hóa lý hiệu hấp phụ cao khả tái sử dụng UiO-66-NH2 copolymer styrene-maleic anhydride tổng hợp khảo sát tính chất hóa lý phương pháp phân tích đại FT-IR, TGA, SEM, XRD, XPS Khả hấp phụ hợp chất màu methylene blue (MB), methyl orange (MO) nước khảo sát nhằm đánh giá khả tách loại màng MOFs/polymer Mục tiêu 2.1 Mục tiêu tổng quát Đưa giải pháp tách loại hợp chất màu gây ô nhiễm nước phương pháp hấp phụ màng lọc dựa vật liệu MOFs/polymer Thông qua công bố quốc tế, đề tài góp phần vào phát triển công nghệ tách loại chất thải hữu ô nhiễm phương pháp màng hấp phụ Đề tài nhằm nâng cao lực nghiên cứu khoa học giảng viên sinh viên ngành Cơng nghệ Hóa học- Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh 2.2 Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu tổng hợp vật liệu MOFs linker có chứa nhóm amine -NH2 sử dụng cho trình nối mạng bước tiếp theo: Tổng hợp copolymer styrene maleic anhydride sử dụng chất khơi mào gốc tự