(Luận văn thạc sĩ) biến tính vật liệu bùn đỏ bằng chitosan, ứng dụng loại bỏ ion kim loại chì và niken

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lưu Thị Thủy BIẾN TÍNH VẬT LIỆU BÙN ĐỎ BẰNG CHITOSAN, ỨNG DỤNG LOẠI BỎ ION KIM LOẠI CHÌ VÀ NIKEN LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA VƠ CƠ TP HCM – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lưu Thị Thủy BIẾN TÍNH VẬT LIỆU BÙN ĐỎ BẰNG CHITOSAN, ỨNG DỤNG LOẠI BỎ ION KIM LOẠI CHÌ VÀ NIKEN Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA VƠ CƠ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1: TS Đinh Văn Phúc Hướng dẫn 2: PGS.TS Trần Ngọc Quyển TP HCM – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận văn khác Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Lưu Thị Thủy i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đinh Văn Phúc PGS.TS Trần Ngọc Quyển, người Thầy tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi nhiều suốt thời gian thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn tất Quý Thầy, Cơ ngồi Viện Hàn lâm Khoa học Cơng Nghệ Việt Nam tận tình bảo, truyền dạy cho tơi kiến thức bổ ích, q báu suốt thời gian theo học học viện Tôi xin trân trọng cảm ơn cán nhân viên thuộc Trung tâm Thiết bị Khoa học Phân tích Sinh Hóa lý, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực đề tài Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học Cơng nghệ, Thầy, Cơ phịng sau đại học, phòng đào tạo, văn phòng khoa giải thủ tục hành để tơi có điều kiện hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn Thầy, anh, chị phịng thí nghiệm FM&D – Trường Đại học Duy Tân, với Thầy, Cơ, bạn sinh viên phịng thí nghiệm Hóa phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên anh chị học viên lớp Hóa vơ 2019A giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình thực đề tài Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ln sát cánh tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình học tập hồn thành luận văn TP.HCM, ngày 12 tháng 04 năm 2021 Học viên Lưu Thị Thủy ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu AAS Tên tiếng anh Atomic Absorption Spectrophotometric Tên tiếng việt Phổ hấp thụ nguyên tử ALA Aminolevulinic Acid Aminolevulinic Acid ALAD Enzyme DeltaAminolevulinic Acid Dehydratase Enzyme DeltaAminolevulinic Acid Dehydratase ARM Acid Activated Red mud ATARM Acid-treated activated red mud BET Brunauer-Emmett-Teller Ce-RM Ce-Red mud CS Chitosan EDX Energy-Dispersive X-ray Bùn đỏ xử lý axit clohydric Bùn đỏ xử lý axit Đẳng nhiệt hấp phụgiải hấp nitơ Bùn đỏ biến tính xeri oxit Chitosan Phổ tán sắc lượng tia X Bùn đỏ đồng nhiệt phân với Fe-C-CO2 Red mud-Biochar-CO2 Fe-C-N2 Red mud-Biochar-N2 iii vỏ cam môi trường cacbon dioxit Bùn đỏ đồng nhiệt phân với vỏ cam môi trường nitơ Fourier-transform infrared Phổ hồng ngoại biến đổi spectroscopy Fourier Enzyme Heme Synthetase Enzyme Heme Synthetase Iron oxide-coated acid- Bùn đỏ xử lý axit treated activated red mud phủ oxit sắt từ La-RM La-Red mud Bùn đỏ biến tính lantan Mg-RM Mg-Red mud MG5 Methylene Green5 Methylene Green5 pHPZC pH Point of Zero Charge pH điểm đẳng điện RM Red mud Bùn đỏ RM/CS Red mud/Chitosan Bùn đỏ/Chitosan RM500 Red mud 500 ℃ Bùn đỏ xử lý nhiệt 500 ℃ Red mud/Laterit/Silicagel-10 Bùn đỏ trộn với laterit silicagel với tỉ lệ FT-IR HS IOCATARM RS-10 Bùn đỏ biến tính magie clorua 45:45:10 RS-15 Red mud/Laterit/Silicagel-15 Bùn đỏ trộn với laterit silicagel với tỉ lệ 42,5 : 42,5 : 15 RS-5 Red mud/Laterit/Silicagel-5 Bùn đỏ trộn với laterit silicagel với tỉ lệ 47,5 : 47,5 : iv SEM TC-20 Scanning Electron Microscope Red mud/Laterit/Silicagel-20 Kính hiển vi điện tử quét Bùn đỏ trộn với laterit silicagel với tỉ lệ 40:40:20 Thermal Gravimetric TG-DSC Analysis-Differential scanning calorimetry TRM XPS XRD Thermal treatment of Red mud X-Ray Photoelectron spectroscopy X-Ray Diffraction v Phân tích nhiệt trọng lượng phân tích nhiệt vi sai Bùn đỏ xử lý nhiệt 600 ℃ Phổ quang điện tử tia X Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Thành phần loại khống quặng bơxit Bảng Thành phần hóa học bùn đỏ Bảng Một số số lý học quan trọng chì 14 Bảng Một số số lý học quan trọng niken .17 Bảng Tỉ lệ khối lượng chitosan bùn đỏ 35 Bảng 2 Điều kiện đo phổ xác định hàm lượng nguyên tố chì niken theo phương pháp F-AAS .39 Bảng Ảnh hưởng tỉ lệ chitosan đến diện tích bề mặt vật liệu 40 Bảng Thành phần nguyên tố có Chitosan, Bùn đỏ RM/CS 42 Bảng 3 Các giá trị số động học trình hấp phụ Ni(II) 51 Bảng Các giá trị số đẳng nhiệt trình hấp phụ Ni(II) nhiệt độ khác 57 Bảng Các giá trị số động học trình hấp phụ Pb(II) 62 Bảng So sánh khả hấp phụ Ni(II) vật liệu khác 66 Bảng So sánh khả hấp phụ Pb(II) vật liệu khác 67 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1 Hình ảnh bùn đỏ Hình Cấu trúc chitin chitosan 11 Hình Các ứng dụng chitosan 12 Hình Các chế hấp phụ MG5 đề xuất cho chất hấp thụ sinh học khác 23 Hình Cơ chế hấp phụ thuốc nhuộm vật liệu composite CS – La3+ MMT .24 Hình Các chế đề xuất để hấp phụ Cd(II) vật liệu ATPCFSCSEs 25 Hình Quy trình tổng hợp vật liệu RM/CS .34 Hình Phổ ghép XRD Bùn đỏ (a), Chitosan (b) RM/CS (c) .41 Hình Kết phân tích thành phần nguyên tố EDX chitosan (a), bùn đỏ (b) RM/CS (b) 41 Hình 3 Ảnh SEM chitosan (a, d), bùn đỏ (b, e), RM/CS (c, f) độ phóng đại khác 2000 lần 20 000 lần 43 Hình Phổ ghép FT-IR Chitosan, Bùn đỏ RM/CS 44 Hình Kết phân tích nhiệt trọng lượng TGA-DTG Bùn đỏ trước sau biến tính Chitosan 45 Hình Điểm đẳng điện vật liệu RM/CS 46 Hình Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng niken 47 Hình Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ni(II) vật liệu RM/CS 48 Hình Ảnh hưởng thời gian khuấy đến khả hấp phụ Ni(II) vật liệu RM/CS 49 Hình 10 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ Ni(II) vật liệu RM/CS .50 vii Hình 11 Đồ thị động học hấp phụ Ni(II) vật liệu RM/CS 51 Hình 12 Mối liên hệ Q bậc hai thời gian t1/2 e 52 Hình 13 Phổ FT-IR vật liệu trước sau hấp phụ Ni(II) 53 Hình 14 Phổ XRD vật liệu trước sau hấp phụ Ni(II) 54 Hình 15 Phổ TG-DSC vật liệu trước sau hấp phụ Ni(II) 54 Hình 16 Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ Ni(II) nhiệt độ khác .56 Hình 17 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng chì .58 Hình 18 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Pb(II) vật liệu RM/CS 59 Hình 19 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến khả hấp phụ Pb(II) vật liệu RM/CS 59 Hình 20 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ Pb(II) vật liệu RM/CS .60 Hình 21 Đồ thị động học hấp phụ Pb(II) vật liệu RM/CS 61 Hình 22 Mối liên hệ Q bậc hai thời gian t1/2 e 63 Hình 23 Dung lượng hấp phụ vật liệu RM/CS nồng độ đầu Pb(II) khác 64 Hình 24 Phổ FT - IR vật liệu trước sau hấp phụ Pb(II) 65 Hình 25 Phổ XRD vật liệu trước sau hấp phụ Pb(II) 65 Hình 26 Phổ TG-DSC vật liệu trước sau hấp phụ Pb(II) 66 viii