Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ IONKIM LOẠI Cd2+ VÀ Zn2+ TRONG NƯỚC BẰNG CHITOSAN - BIẾN TÍNH MÃ SỐ: SV2012 - 136 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Cd2+ VÀ Zn2+ TRONG NƯỚC BẰNG CHITOSAN - BIẾN TÍNH MÃ SỐ: SV2012 - 136 THUỘC NHĨM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ : HỒ THỊ THÙY TRINH ĐƠN VỊ : 081150A TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 11/2012 Luan van MỤC LỤC Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích mục tiêu nghiên cứu 1.3 Tình hình nghiên cứu 1.3.1 Các nghiên cứu nước 1.3.2 Các nghiên cứu nước 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nhưng đóng góp đề tài Chương II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nghiên cứu 2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng 2.1.2 Phương pháp đo Cadimi Kẽm 2.1.3 Cơ sở lý thuyết phương pháp hấp phụ 2.2 Đối tượng nghiên cứu 12 2.2.1 Kim loại cadimi, kẽm 13 2.2.2 Vật liệu chitosan 17 2.3 Nội dung nghiên cứu 22 2.3.1 Đường chuẩn định lượng cadimi kẽm 22 2.3.2 Điều chế chitosan khâu mạch gắn citric 23 2.3.3 Thí nghiệm khảo sát hấp phụ theo phương pháp gián đoạn 24 Luan van Chương III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 27 3.1 Tính chất vật liệu chitosan - citric 27 3.2 Kết khảo sát ion kim loại Cd2+ 29 3.2.1 Đường chuẩn Cd2+ 29 3.2.2 Các thí nghiệm theo phương pháp gián đoạn 29 3.2.2.1 Ảnh hưởng pH 29 3.2.2.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 31 3.2.2.3 Đẳng nhiệt hấp phụ 35 3.2.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 38 3.2.2.5 Ảnh hưởng cation 39 3.2.2.6 Ảnh hưởng anion 41 3.2.2.7 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ 42 3.3 Kết khảo sát ion kim loại Zn2+ 43 3.3.1 Đường chuẩn Zn2+ 43 3.3.2 Các thí nghiệm theo phương pháp gián đoạn 43 3.3.2.1 Ảnh hưởng pH 43 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 45 3.3.2.3 Đẳng nhiệt hấp phụ 48 3.3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 51 3.32.2.5 Ảnh hưởng cation 52 3.3.2.6 Ảnh hưởng anion 53 3.3.2.7 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ 55 Chương IV: KẾT LUẬN 56 4.1 Kết luận 56 4.2 Hướng phát triển đề tài 57 Luan van CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ Chương I: Đặt vấn đề 1.1 Tính cấp thiết đề tài Sự bùng nổ dân số với tốc độ thị hóa, cơng nghiệp hóa nhanh chóng tạo sức ép lớn đến mơi trường tồn cầu nói chung Việt Nam nói riêng Trong đó, vấn đề nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng vấn đề đáng lo ngại Như biết, nguồn nước đóng vai trị quan trọng đến tồn nhân loại Nước thải nhiễm kim loại nặng chưa qua xử lý hay xử lý không tốt nguồn nước vùng nhiễm kim loại nặng làm nhiễm bẩn nguồn nước cấp cho sinh hoạt ăn uống người Việc sử dụng nguồn nước nhiễm kim loại nặng gây tác hại đáng kể không sức khỏe người mà ảnh hưởng đến hệ động thực vật tự nhiên Vì vậy, xử lý tốt kim loại nặng nguồn nước yêu cầu cấp thiết Cụ thể, nước thải, trước đến nguồn tiếp nhận phải xử lý đạt quy chuẩn xả thải, nước uống cấp cho sinh hoạt phải đạt tiêu chuẩn Bộ Y Tế Thực tế cho thấy, có nhiều phương pháp để xử lý kim loại nặng nước keo tụ, tạo bơng Trong đó, phương pháp hấp phụ ưu tiên lợi ích mà mang lại Trước tiên, hấp phụ phương pháp xử lý triệt để chất nhiếm, bên cạnh đó, sử dụng vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên (như xơ dừa, vỏ chuối, chitosan ) với số lượng lớn, dễ tìm, rẻ tiền thân thiện với mơi trường khơng cần sử dụng hóa chất q trình xử lý Đề tài “ Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại Cd2+và Zn2+ nước chitosan biến tính”, góp phần tìm nguồn vật liệu phục vụ cho vấn đề tách loại kim loại nặng khỏi nguồn nước, thông qua việc nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng Cd2+ Zn2+ để đánh giá khả xử lý kim loại nặng vật liệu chitosan biến tính 1.2 - Mục đích mục tiêu nghiên cứu Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại Cd2+ Zn2+ lên chitosan biến tính (chitosan – citric) qua phương pháp hấp phụ gián đoạn theo mẻ Luan van CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.3 Đánh giá khả ứng dụng vào xử lý nước có chứa ion kim loại Cd2+ Zn2+ Tình hình nghiên cứu Chitin – chitosan vật liệu hữu phổ biến tự nhiên, đứng thứ hai sau xenlulozơ Với khả hấp phụ tốt kim loại nặng, chitin – chitosan nghiên cứu nhiều nước nước 1.3.1 Các nghiên cứu nước Theo thống kê tác giả Amit Bhatnaga[13] , năm 1974, Masri cộng nghiên cứu, so sánh khả hấp phụ chitosan số ion kim loại vật liệu khác vỏ cây, bùn hoạt tính vật liệu khác Kết cho thấy chitosan có khả hấp phụ tốt ion kim loại cao polyaminostyrene Năm 2000, Bassi R đồng nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng đồng, chì, kẽm cadimi dung dịch lỏng chitosan dạng vảy Kết cho thấy rằng, khả hấp phụ Cu(II) chitosan dạng vảy tốt khả giảm dần chì, kẽm cadimi Cơng trình nghiên cứu W.S.Ngah cộng (2002) [21] công bố khả hấp phụ Pb(II) chitosan dạng hạt (35,21 mg/g) cao gấp lần so với chitosan dạng vảy (7,72 mg/g) Năm 2004, W S Wan Ngah cộng sự[22] công bố kết hấp phụ Cu(II) chitosan dạng hạt chitosan/PVC, khả hấp phụ tối đa hai vật liệu 33,44 47,85 mgCu(II)/g Năm 2010, Meng – Wei Wan cộng [16] công bố kết nghiên cứu khả hấp phụ Pb(II) Cu(II) chitosan bao phủ cát Trong thời gian giờ, trình hấp phụ Pb(II) đạt tối ưu pH = – đạt tối đa 12,32 mg/g Đối với Cu(II), pH tối ưu khả hấp phụ tối đa 8,18 mg/g Theo thống kê tác giả Amit Bhatnaga[13] , năm 2011, Mcafee cộng nghiên cứu khả hấp phụ chitosan kim loại đồng, kẽm, crom asen Kết nghiên cứu cho thấy, pH yếu tố ảnh hưởng lớn đến trình hấp Luan van CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ phụ Tại pH 4, khả hấp phụ ion đồng, kẽm, asen crom 137 mg/g, 108 mg/g, 58 mg/g 124 mg/g 1.3.2 Các nghiên cứu nước Trong năm gần đây, đứng trước tình hình nhiễm đáng báo động, nhà nghiên cứu nước không ngừng nghiên cứu để tìm vật liệu hấp phụ Trong đó, có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố đặc tính hấp phụ kim loại chitosan chitosan biến tính Năm 2006, Phạm Thị Bích Hạnh[11] nghiên cứu khả hấp phụ Cr(VI) chitosan khâu mạch với glutaraldehyde epichlorohydrin Kết cho thấy, pH tối ưu hai vật liệu 3, khả hấp phụ Cr(VI) đạt tối đa 55,7 mg/g 52,9 mg/g Năm 2006, Hà Thị Hồng Hoa cộng sự[1] công bố kết nghiên cứu trình hấp phụ chitosan lên Cr(VI) Khoảng pH tối ưu 2,6 – 2,7, khả hấp phụ tối đa 52 mg/g Năm 2010, Hồ Thị Yêu Ly cộng sự[2,3,4] nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng chitosan khâu mạch glutaraldehyde Kết cho thấy, sau khâu mạch với glutaraldehyde, chitosan tương đối bền môi trường axit khả hấp phụ giảm nhiều Hiệu suất hấp phụ giảm theo lượng tăng glutaraldehyde ghép mạch 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu - Chitosan – citric (chitosan – C) chitosan sau khâu mạch glutaraldehyde, ghép mạch citric axit citric 1.4.2 Dung dịch Cd2+ Zn2+ tự pha Phạm vi nghiên cứu - Tổng quan tài liệu Cd2+ Zn2+ chitosan – C dựa vào nguồn tài liệu - Các thí nghiệm hấp phụ theo mẻ gián đoạn hấp phụ dòng liên tục thực với dung dịch Cd2+ Zn2+ tự pha chế chitosan – C được điều chế phịng thí nghiệm Luan van CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.5 Những đóng góp đề tài Chitosan vật liệu có khả hấp phụ tốt kim loại nặng, bên cạnh đó, chitosan sản xuất từ nguồn phế phẩm ngành chế biến thủy sản (cụ thể tôm, cua) Có thể nói, chitosan nguồn vật liệu thân thiện với môi trường Tuy nhiên, nhược điểm lớn chitosan dễ tan mơi trường có pH thấp chitosan có chứa nhóm – NH2 tự Đây tính chất làm giảm giá trị sử dụng chitosan trình xử lý nước thải ảnh hưởng đến khả tái tạo lại vật liệu Để giải vấn đề đó, việc điều chế chitosan biến tính cách khâu mạch hóa chất epichlorohydrins, ether ethylen glycol diglycidyl (EGDE), glutaraldehyde nhằm loại bỏ gốc - NH2 tự do, nhằm tăng tính bền chitosan mơi trường axit Tuy nhiên, khả hấp phụ kim loại nặng chitosan bị giảm mạnh Để khắc phục vấn đề này, sau khâu mạch chitosan glutaraldehyde, tiếp tục xử lý với axit citric nhằm tăng cường khả hấp phụ chitosan biến tính đồng thời giữ tính bền mơi trường axit Qua thí nghiệm khảo sát để đánh giá khả ứng dụng vào thực tiễn xử lý nước thải vật liệu chitosan biến tính dễ dàng tái sử dụng vật liệu Luan van CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương II: Phương pháp nội dung nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu 2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Trên sở nguồn tài liệu từ sách, nghiên cứu khoa học, tạp chí, báo cáo khoa học nước, tiến hành chọn lọc, tổng hợp tài liệu kim loại nặng, vật liệu chitosan tình hình nghiên cứu nội dung liên quan đến vấn đề xử lý kim loại nặng phương pháp hấp phụ để có hướng nghiên cứu phù hợp Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm khảo sát theo trình tự logic, đảm bảo đủ thời gian thực kết mang tính đại diện, khách quan, hạn chế sai số Q trình thực nghiệm tiến hành phịng thí nghiệm kỹ thuật hấp phụ gián đoạn theo mẻ để có nhìn tổng quan khả ứng dụng thực tế Phương pháp toán học: Xử lý số liệu thực nghiệm, tính tốn thơng số cho trình hấp phụ Phương pháp đồ thị: Từ số liệu tính tốn, liệu thực nghiệm, phương pháp đồ thị mang lại nhìn tồn diện, dễ dàng phân tích nhận định kết đạt Từ đó, xác định hướng nghiên cứu hợp lý 2.1.2 Phương pháp đo cadimi kẽm Phương pháp cực phổ xác định nồng độ ion kim loại Cd2+ Zn2+ theo phương pháp đường chuẩn Máy cực phổ có nhiều phương pháp đo nhiều chương trình đo khác tùy thuộc vào kim loại ghi sách hướng dẫn kèm theo máy Ở đây, người nghiên cứu sử dụng chương trình sau: Luan van CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VA Application Note No V – 83 ( Determination of Zn, Cd, Cu Pb in drinking water after UV disgestion) cho việc xác định ion Zn2+ - Yêu cầu đo: Hóa chất dung dịch đệm CHCOONH4 (pH = 4,6), nước cất - Tiến hành: Ta cho vào ống đong 10 ml sau: 0,5 ml dung dịch đệm, V ml mẫu cần đo (nằm đường chuẩn lập), định mức nước cất lên 10 ml Cho hỗn hợp dung dịch vừa pha vào cốc thủy tinh điện cực, bắt đầu cho chạy chương trình đo đọc kết (ghi kết cường độ dòng điện tương ứng với nồng độ vừa đo) VA Application Note No V – 86 ( Determination of Cd, Cu Pb in waste water) cho việc xác định ion Cd2+ - Yêu cầu đo: Hóa chất dung dịch đệm CHCOONH4 (pH = 4,6), dung dịch KCl 3M, nước cất - Tiến hành: Ta cho vào ống đong 10 ml sau: 0,5 ml dung dịch đệm, 0,1 ml dung dịch KCl 3M, V ml mẫu cần đo (nằm đường chuẩn lập), định mức nước cất lên 10 ml Cho hỗn hợp dung dịch vừa pha vào cốc thủy tinh điện cực, bắt đầu cho chạy chương trình đo đọc kết (ghi kết cường độ dòng điện tương ứng với nồng độ vừa đo) Chú ý: Trước sử dụng máy cực phổ để làm thí nghiệm phải giáo viên quản lý hướng dẫn cách sử dụng, bảo quản châm hóa chất vào phận thiết bị để đảm bảo trình đo ổn định tránh xảy cố 2.1.3 Cơ sở lý thuyết phương pháp hấp phụ Lý thuyết hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng ) Chất có bề mặt, xảy hấp phụ gọi chất hấp phụ (adsorbate), chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ gọi chất bị hấp phụ (adsorbent) Luan van CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Log(qe-qt) 0.5 -0.5 200 400 600 800 -1 -1.5 20 mg/l 30 mg/l -2 -2.5 Thời gian (phút) Hình 3.19: Đồ thị động học hấp phụ giả định bậc nồng độ Zn2+ Bảng 3.21: Các tham số phương trình động học giả định bậc Zn2+ Nồng độ Phương trình (mg/l) (y = - ax +b) (l/phút) Co = 20 y = -0,002x - 0,341 Co = 30 Co = 40 k1 = a R2 qe = eb qe* 0,002 0,998 0,711 9,615 y = -0,001x - 0,015 0,001 0,975 0,985 14,493 y = -0,001x+ 0,072 0,002 0,956 1,075 19,231 t/qt 80 y = 0.1039x + 0.2308 R² = y = 0.0692x + 0.2432 R² = 70 60 50 40 30 y = 0.0522x + 0.1664 R² = 20 10 0 200 400 600 47 Luan van 800 20 mg/l 30 mg/l 40 mg/l Thời gian (phút) CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hình 3.20: Đồ thị động học hấp phụ giả định bậc hai nồng độ Zn2+ Bảng 3.22: Các tham số phương trình động học giả định bậc hai Zn2+ Nồng độ Phương trình (mg/l) y = ax + b Co = 20 k2=1/(qe2.b) h=k2.qe2 (mg/g) (g/mg.phút) (mg/g.phút) y = 0,103x + 0,230 9,709 0,046 Co = 30 y = 0,069x + 0,243 14,493 Co = 40 y = 0,052x + 0,166 19,23 qe =1/a R2 qe* 4,336 9,615 0,020 4,2 14,493 0,016 5,917 19,231 (Trong qe* dung lượng hấp phụ cân theo thực nghiệm tương ứng với nồng độ 20 mg/l, 30 mg/l 40 mg/l) Theo kết tính tốn thơng số động học, với giá trị R2 cao đạt giá trị dung lượng hấp phụ qe tính từ phương trình động học giả định bậc hai gần với giá trị qe* (dung lượng hấp phụ cân bằng), cho thấy: trình hấp phụ Zn2+ lên chitosan – C tn theo mơ hình động học giả định bậc hai 3.3.2.3 Đẳng nhiệt hấp phụ Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ Zn2+ đầu vào lên trình hấp phụ điều kiện đẳng nhiệt, Co = 20 ÷ 200 mg/l, pH = 5, lượng chitosan – C g/l, thời gian tiếp xúc 12h, cho kết sau: Bảng 3.23: Kết khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt Zn2+ lên chitosan – C Co (mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) Ce/qe logCe logqe lnCe 20 0,787 9,606 0,082 -0,104 0,983 -0,290 50 4,003 22,998 0,174 0,602 1,362 0,856 80 10,702 34,649 0,309 1,029 1,540 2,400 100 15,750 42,125 0,374 1,197 1,625 2,992 48 Luan van CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 150 32,318 58,841 0,549 1,509 1,770 3,448 200 54,549 72,725 0,750 1,737 1,862 3,832 C /q 0.9 e e 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 y = 0.0118x + 0.1399 R² = 0.9644 10 20 30 40 50 60 Ce Hình 3.21: Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt theo Langmuir chitosan – C Zn2+ log qe 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.5 y = 0.4762x + 1.0494 R² = 0.9976 0.5 1.5 logCe Hình 3.22: Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt theo Freundlich chitosan – C Zn2+ Bảng 3.24: Các số đẳng nhiệt hấp phụ Zn2+ lên chitosan – C Langmuir 𝑞 = 𝑞𝑚𝑎𝑥 Freundlich 𝐾𝐿 𝐶 + 𝐾𝐿 𝐶 𝑞= 49 Luan van 𝑋 = 𝐾𝐹 𝐶 ⁄𝑛 𝑚 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU qm (mg/g) 90,91 1/n 0,476 KL (L/mg) 0,079 KF (L/g) 11,194 R2 0,964 R2 0,997 Dựa vào đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt ba mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho thấy rằng: Với giá trị R2 = 0,997 mơ hình Freundlich chứng tỏ q trình hấp phụ Zn2+ lên chitosan – C tuân theo quy luật hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Dung lượng hấp phụ Chitosan – C Zn2+ tính tốn dựa phương trình Freundlich với thơng số: 𝑞 = 11,194 𝐶 0,476 Dung lượng hấp phụ cực đại Chitosan – C Zn2+ theo phương trình Langmuir 90,91 mg/g Bảng 3.25: Kết so sánh mơ hình Nồng độ 20 50 80 100 150 200 Ce 0,787 4,003 10,702 15,750 32,318 54,549 qetn 9,606 22,998 34,649 42,125 58,841 72,725 qeL 5,853 16,189 40,490 52,065 67,823 73,587 qeF 10,179 17,774 33,598 43,095 63,105 75,491 (mg/l) 50 Luan van CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU q 80 e 60 Thực nghiệm Langmuir 40 Freundlich 20 0 20 40 60 Ce Hình 3.22: Đường cong thực nghiệm lý thuyết (theo Freundlich Langmuir) trình hấp phụ Zn2+ chitosan-citric Kết cho thấy mơ hình Freundlich gần với thực nghiệm so với mơ hình Langmuir Như vậy, mơ hình đẳng nhiệt Freundlich mơ tả tốt q trình hấp phụ ion Zn2+ vào chitosan – C, hay nói cách khác q trình hấp phụ khơng thuận nghịch khơng bị giới hạn tạo đơn lớp bề mặt chất hấp phụ, bề mặt chất hấp phụ không đồng với tâm hấp phụ khác số lượng lượng hấp phụ, lượng chất bị hấp phụ tổng toàn hấp phụ tất tâm hấp phụ Khả hấp phụ cực đại (qm = 90,91 mg/g) tương đối lớn 3.3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Zn2+, thí nghiệm thực 30˚C, 40˚C 50˚C Co = 20 ÷ 200 mg/l, pH = 5, lượng chitosan – C g/l, thời gian tiếp xúc 12 giờ, cho kết sau: Bảng 3.26: Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 30˚C, 40˚C 50˚C đến trình hấp phụ Zn2+ Co 30˚C 40˚C 50˚C (mg/l) % hấp phụ % hấp phụ % hấp phụ 20 94,58 % 93,07 % 95,19 % 51 Luan van Hiệu suất hấp phụ (%) CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40 88,92 % 89,09 % 90,56 % 60 86,24 % 87,27 % 88,42 % 80 83,96 % 84,27 % 85,17 % 100 84,80 % 77,48 % 79,24 % 150 63,82 % 69,43 % 72,00 % 200 58,69 % 59,80 % 65,72 % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 30 0C 40 0C 50 0C 50 100 150 200 250 nồng độ đầu vào (mg/l) Hình 3.23: Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ Zn2+ Theo kết khảo sát, nhiệt độ 50˚C, khả hấp phụ Zn2+ đạt hiệu cao 30˚C 40˚C Hiệu suất hấp phụ 30˚C thấp hẳn so với hai nhiệt độ lại 3.3.2.5 Ảnh hưởng cation pH tối ưu tiến hành khảo sát với Zn2+, nhiên tiến hành khảo sát ảnh hưởng cation đến trình hấp phụ, điều kiên pH = 5, thời gian tiếp xúc giờ, lượng chitosan – C g/l Bảng 3.27: Kết khảo sát ảnh hưởng cation Pb2+, Cu2+ Cd2+ đến trình hấp phụ Zn2+ 52 Luan van CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Ảnh hưởng Pb2+ Ảnh hưởng Cu2+ Ảnh hưởng Cd2+ Co CPb2+ CCu2+ (mg/l) % hấp phụ (mg/l) CCd2+ % hấp (mg/l) phụ % hấp phụ (mg/l) 30 95,662 95,662 95,662 30 30 89,233 30 86,666 30 89,647 30 50 85,281 50 82,170 50 86,171 30 100 81,464 100 77,227 100 82,528 30 200 79,433 200 75,284 200 80,228 30 400 78,109 400 73,695 400 78,462 30 500 77,403 500 72,989 500 78,198 Kết khảo sát cho thấy, có mặt ion kim loại Pb2+, Cu2+, Cd2+ khả hấp phụ Zn2+ bị giảm Khi nồng độ ion kim loại khác tăng dần khả Hiệu suất hấp phụ (%) hấp phụ Zn2+ giảm dần 100 90 Cu2+ 80 Pb2+ 70 Cd2+ 60 100 200 300 400 500 600 Thời gian (phút) Hình 3.24: Ảnh hưởng Pb2+, Cu2+ Cd2+ đến khả hấp phụ Zn2+ 53 Luan van CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Ảnh hưởng anion 3.3.2.6 Tiến hành khảo sát ảnh hưởng anion SO42- NO3- đến khả hấp phụ Zn2+ thực điều kiện pH = 5, Co = 40mg/l, thời gian tiếp xúc giờ, lượng chitosan – C g/l Bảng 3.28: Kết khảo sát ảnh hưởng anion đến trình hấp phụ Zn2+ Ảnh hưởng SO42- Co Ảnh hưởng NO3- (mg/l) 𝐶𝑆𝑂42− (mg/l) % hấp phụ 𝐶𝑁𝑂3− (mg/l) % hấp phụ 30 95,662 95,662 30 30 92,805 30 91,039 30 50 89,194 50 88,017 30 100 85,787 100 83,969 30 200 83,973 200 80,404 30 500 82,426 500 79,433 30 1000 81,640 1000 78,992 30 2000 81,552 2000 78,639 Hiệu suất hấp phụ (%) 100 95 90 85 NO3 80 so4 75 70 500 1000 1500 2000 2500 Nồng độ anion (mg/l) Hình 3.25: Ảnh hưởng SO42- , NO3- đến khả hấp phụ Zn2+ 54 Luan van CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Kết khảo sát cho thấy, hiệu suất hấp phụ Zn2+ thay đổi có xuất anion SO42-, NO3- dung dịch Nồng độ anion SO42- NO3- tăng khả hấp phụ Zn2+ giảm ( giảm từ 96% đến khoảng 80%) Điều giải thích dung dịch SO42- , NO3- bị nhiễm ion kim loại khác Pb2+, Cu2+, Cd2+ gây cạnh tranh với ion Zn2+ làm giảm hiệu suất hấp phụ Zn2+ lên chitosan – C Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ 3.3.2.7 Tiến hành khảo sát ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến khả hấp phụ thực điều kiện pH = 5, Co = 30mg/l, thời gian tiếp xúc 12 Bảng 3.29: Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến trình hấp phụ Zn2+ m 0,8 1,2 1,6 2,4 2,8 3,6 (g/l) Hiệu suất hấp phụ (%) %hp 71,58 84,22 91,02 96,11 97,02 97,42 97,67 97,99 98,43 98,51 98,52 100 90 80 70 60 10 Liều lượng chất hấp phụ (g/l) Hình 3.26: Ảnh hưởng liều lượng Chitosan – C đến khả hấp phụ Zn2+ Như vậy, tăng dần liều lượng chất hấp phụ khả hấp phụ tăng theo Vì gia tăng liều lượng chất hấp phụ đồng nghĩa với việc tăng bề mặt tiếp xúc pha số tâm hấp phụ Sau đó, số lượng tâm hấp phụ bão hịa với ion Zn2+ hiệu suất hấp phụ đạt trạng thái cân 55 Luan van CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Chương IV: Kết luận 4.1 Kết luận Đề tài “Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại Cd2+và Zn2+ nước chitosan biến tính” đạt số kết định: - Đã tổng quan kim loại cadimi kẽm môi trường nước ứng dụng tác hại chúng đời sống - Đã trình bày sở lý thuyết phương pháp hấp phụ - Ứng dụng phương pháp hấp phụ để nghiên cứu tách loại Cd2+ Zn2+ dung dịch lỏng vật liệu hấp phụ chitosan – C Kết nghiên cứu cho thấy môi trường pH dung dịch chứa ion kim loại nghiên cứu ảnh hưởng lớn đến mức độ hấp phụ, pH tối ưu cho trình hấp phụ Cd2+ 7, Zn2+ khoảng pH từ – Lượng chất hấp phụ nhiều, khả hấp phụ cao thời gian cần thiết để trình hấp phụ đạt trạng thái cân phụ thuộc vào nồng độ Cd2+ ban đầu, nồng độ Cd2+ ban đầu cao cần có nhiều thời gian để hấp phụ đạt cân hấp phụ Tuy nhiên, kim loại Zn2+, thời gian lại ảnh hưởng khơng nhiều đến q trình hấp phụ Nghiên cứu động học hấp phụ cho thấy trình hấp phụ ion lên chitosan – C tuân theo mô hình động học giả bậc hai Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich mô tả tốt cân hấp phụ ion Cd2+ Zn2+ lên Chitosan – C Khả hấp phụ cực đại đạt 90,91mg/g hai kim loại Từ kết nghiên cứu cho thấy sử dung chitosan – C vật liệu hấp phụ tách loại Cd2+ Zn2+ khỏi nguồn nước cách an toàn - Chitosan – C sử dụng dạng thơ, qua xử lý hóa chất với lượng nhỏ cho thấy tính kinh tế phương pháp mà đảm bảo an toàn, thân thiện với mơi trường Đồng thời, đề tài tìm cơng dụng phế phẩm CTSK, góp phần giảm lượng chất thải rắn Tuy nhiên, q trình nghiên cứu cịn nhiều vấn đề cần khắc phục bổ sung thêm: 56 Luan van CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN - Quá trình nghiên cứu tiến hành quy mơ phịng thí nghiệm, chưa áp dụng nghiên cứu vào điều kiện thực tế chưa áp dụng nguồn nước thải nhiễm kim loại 4.2 Nghiên cứu tái sử dụng lại nguồn vật liệu Hướng phát triển đề tài Qua kết nghiên cứu, ta thấy chitosan nguồn vật liệu tự nhiên có khả xử lý tốt kim loại nặng thân thiện với môi trường, góp phần vào việc tìm nguồn vật liệu sinh học để giải vấn đề ô nhiễm nguồn nước như giải nguồn chất thải từ ngành thủy sản Vì việc nghiên cứu tiếp nguồn vật liệu cần thiết: - Nghiên cứu việc ứng dụng chitosan vào trình xử lý thực tế nguồn nước thải ngành công nghiệp đặc biệt ngành xi mạ, khí - Nghiên cứu thêm dạng tồn khác chitosan, tìm dạng tối ưu 57 Luan van Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt: [1] Hà Thị Hồng Hoa, Đặng Kim Chi (2006), “Nghiên cứu khả hấp phụ Cr(IV) chitosan”, Tạp chí hóa học Ứng dụng, 6(54), tr 42 – 45 [2] Hồ Thị Yêu Ly (2010), “Nghiên cứu đặc tính hấp phụ ion Cu(II) Pb(II) dung dịch lỏng Chitosan khâu mạch”, Khoa học giáo dục kỹ thuật, số 12, Tr.57 – 64 [3] Hồ Thị Yêu Ly, Nguyễn Mộng Sinh, Nguyễn Văn Sức (2010), “Hấp phụ Cd(II) dung dịch lỏng Chitosan khâu mạch”, Tạp chí hóa học, T.48, Tr.300 – 305 [4] Hồ Thị Yêu Ly, Nguyễn Mộng Sinh, Nguyễn Văn Sức (2010), “Hấp phụ Pb(II) Chitosan khâu mạch: nghiên cứu động học cân hấp phụ”, Hội nghị khoa học lần thứ 7, Đại học Khoa học Tự nhiên, T.48, Tr.300 – 305 [5] Lê Huy Bá (chủ biên), Độc học môi trường, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 2000 [6] Lê văn Cát (2002) Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải NXB thống kê [7] Nguyễn Hữu Phú, Hóa lý hóa keo, NXB Khoa học kỹ thuật 2002 [8] Nguyễn Trung Minh, Nguyễn Đức Chuy, Nguyễn Thu Hòa, Lê Quốc Khuê, Cù Sỹ Thắng, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Kim Thường, Nguyễn Trung Kiên, Đoàn Thị Thu Trà, Phạm Tích Xn, Cù Hồi Nam (2011), “ Kết bước đầu xác định điểm điện tích khơng Bazan Phước Long, Tây Nguyên phương pháp đo pH”, Đề tài KHCN trọng điểm cấp Nhà nước KC.02.25/06-10 [9] Nguyễn Thị Thu Vân (2004), “Phân tích định lượng”, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Luan van [10] Nguyễn Thị Thúy An (2012), “Nghiên cứu tách loại uranium (VI) dung dịch lỏng chitosan khâu mạch gắn acid citric”, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh [11] Phạm Thị Bích Hạnh (2006), “Adsorption behaviour of Cr(IV) ions in aqueous solution on cross – linked chitosan beads”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học,tr 81 – 87 [12] Trần Hiếu Nhuệ (2001), “Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [13] Viện thổ nhưỡng Nông học, Sổ tay phân tích đất, nước, phân bón, trồng, NXB Nông nghiệp 1998 [14] Võ Thị Nhật Hà(2012), “Nghiên cứu trình hấp phụ loại bỏ ion kim loại Cu2+ Pb2+trong dung dịch nước vật liệu chitosan biến tính”, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu tiếng Anh: [13] Amit Bhatnaga, Mika Sillanpaa (2009), “Applications of chitin and chitosan – derivaties for the detoxification of water and wastewater – a short view”, Advances in Colloid and interface Science, 152, p 26 – 38 [14] B.Sivaprakash, N.Rajamohan, A Mohamed Sadhik, “Batch and column sorption of heavy metal from aqueous solution using a marine alga sargassum tenerrimun”, International Journal of Chemtech Research, Vol.2, No.1, pp 155 – 162 [15] Carrick M Eggleston and Guntram Jordan, “A new approach to pH of point of zero charge measurement: Crystal – face specificity by scanning force microscopy (SFM)”, Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol 62, No 11, pp 1919 – 1923, 1998 [16] Javeed Mohammed Abdul, “Removal of persistent organic polluttants by adsorption and advanced oxidation processes”, University of Technology, Sydney (UTS) Australia (2010) Luan van [17] Meng – Wei Wan, Chi – Chuan Kan, Buenda D Rogel, Maria Lourdes P Dalida (2010), “Adsorption of copper and lead ion from aqueous solution on chitosan – Coated sand”, Carbonhydrate Polymers, Vol 80, p 891 – 899 [18] Nuran Bradley, “The response surface methodology”, Master od science in applied mathematics and computer science 2007 [19] Runping Han, Yuanfeng Wang, Weihong Yu, Weihua Zou, Jie Shi, Hongmin Liu, “Biosorption of methylene blue from aqueous solution by rice husk in a fixed – bed column”, Deparment of Chemistry 2006 [20] Upendra Kumar, Manas Bandyopadhyay, “Fixed bed column study for Cd(II) removal from wastewater using treated rice husk”, Indian Institute of Technology 2005 [21] W.S Wan Ngah, S Ab Ghani and L L Hoon (2002), “Comparative adsorption of lead (II) on flake and bead – types of chitosan”, Journal of Chinese Chemical Society, Vol 49, p 625 – 628 [22] W.S Wan Ngah, A Kamari, Y J Koay (2004), “Equilibrium and kinetic studies of adsorption of copper(II) on chitosan and chitosan/PVA beads”, International Journal of Biological Macromolecules, p 155 – 161 [23] Y.S Al – Degs, M.A.M Khraisheh, S.J Allen, M.N Ahmad, “ Adsorption characteristics of reactive dyes in columns of activated carbon”, Tournal of Hazardous Materials 2008 [24] Zaklinan Todorovic and Slobodan K Milonjic, “ Deternination of intrinsic equilibrium constants at an alumina/ electrolyte interface”, J Sern Chem Soc, 69 (12) 1063 – 1072 (2004) Luan van S K L 0 Luan van
Ngày đăng: 27/12/2023, 04:49
Xem thêm:
