Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE CHITOSAN KẾT HỢP VỚI CÁC HẠT VI SẮT Fe0 ỨNG DỤNG THU HỒI VÀNG TỪ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ GVHD:TS.. 40 Trang 17 xv DANH MỤC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE CHITOSAN KẾT HỢP VỚI CÁC HẠT VI SẮT FE(0) ỨNG DỤNG THU HỒI VÀNG TỪ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI HỮU TRUNG TS NGUYỄN TIẾN GIANG SVTH: TẠ THỊ THANH THÚY SKL008863 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE CHITOSAN KẾT HỢP VỚI CÁC HẠT VI SẮT Fe(0) ỨNG DỤNG THU HỒI VÀNG TỪ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI HỮU TRUNG TS NGUYỄN TIẾN GIANG SVTH: TẠ THỊ THANH THÚY MSSV: 18128061 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 i ii iii iv v vi LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp hồn thành Phịng thí nghiệm Hóa vơ cơ, Bộ mơn Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học, Khoa Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn TS Bùi Hữu Trung TS Nguyễn Tiến Giang tận tình hướng dẫn, hỗ trợ trình đo mẫu, góp ý chỗ chưa hợp lý suốt q trình làm khóa luận Em vơ xin lỗi đơi lúc làm cho thầy phát bực thiếu sót thân, chúc thầy có thật nhiều sức khỏe để theo đuổi niềm đam mê Bên cạnh đó, em xin đồng gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ - quản lý phịng thí nghiệm mơn Hóa Nguyễn Thị Bạch Huệ - quản lý phịng thí nghiệm môn Môi trường tạo điều kiện tốt để em sử dụng thiết bị, dụng cụ phịng thí nghiệm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn lớp Hóa K18, bạn Nguyễn Minh Đức, bạn Phạm Tăng Cát Lượng động viên tinh thần hỗ trợ lúc khó khăn, giúp em vượt qua để đến chặng đường hồn thành khóa luận thân Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 08 năm 2022 Sinh viên thực đề tài Tạ Thị Thanh Thúy vii LỜI CAM ĐOAN Em tên Tạ Thị Thanh Thúy, sinh viên khóa 2018 ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học, mã số sinh viên: 18128061 Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu khoa học em thực hướng dẫn TS Bùi Hữu Trung TS Nguyễn Tiến Giang Các tài liệu tham khảo trình thực nghiên cứu thu thập từ nguồn đáng tin cậy, xác minh, công bố rộng rãi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng phần mục tài liệu tham khảo Các số liệu thu thập kết phân tích nghiên cứu trung thực, khơng chép từ đề tài nghiên cứu khoa học khác Nếu không nêu trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm đề tài Tp.HCM, ngày 04 tháng 08 năm 2022 Sinh viên thực đề tài Tạ Thị Thanh Thúy viii Từ kết bảng 3.2 đánh giá sơ vật liệu CS-GA phù hợp tốt với mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (R2 = 0.9024), vật liệu ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 phù hợp với mô hình Langmuir mơ hình Freundlich Hạt CS-GA tn theo mơ hình Freundlich cho thấy giá trị n = 1.9, chứng tỏ hấp phụ thiên vật lý Mơ hình Langmuir giải thích cho hấp phụ đơn lớp bề mặt hạt vật liệu, tâm hấp phụ có lực nhau, hấp phụ thiên hấp phụ hóa học 3.4.6 Ảnh hưởng ion cạnh tranh Hình 11 Ảnh hưởng anion NO3- nồng độ khác lên vật liệu 36 Hình 12 Ảnh hưởng anion Cl- nồng độ khác lên vật liệu Hình 13 Ảnh hưởng cation Cu2+ nồng độ khác lên vật liệu 37 Hình 14 Ảnh hưởng cation Al3+ nồng độ khác lên vật liệu Từ kết thấy ion khảo sát khơng có ảnh hưởng nhiều đến trình hấp phụ ZVI/CS-14 ZVI/CS-11, chứng tỏ vật liệu có chọn lọc hấp phụ tốt Về phần CS-GA có ảnh hưởng ion, cụ thể khơng có ion hiệu suất khoảng 98%, có mặt ion cạnh tranh hiệu suất bị giảm đáng kể đồ thị biểu diễn Từ khẳng định vai trò ZVI giúp vật liệu có độ chọn lọc hấp phụ tốt môi trường cạnh tranh ion 38 3.4.7 Ảnh hưởng thời gian bảo quản vật liệu Hình 15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian bảo quản Do đặc tính hạt vi sắt khó bền mơi trường khơng khí nên việc bảo quản vật liệu điều cần thiết Kết thí nghiệm biểu diễn hình 3.15 cho thấy hạt ZVI/CS11 cho hiệu suất hấp phụ cao nhiều so với vật liệu ZVI/CS-14 điều kiện, thời gian bảo quản Lý giải cho điều dựa hàm lượng ZVI khác hạt ZVI/CS, ZVI/CS-14 hàm lượng ZVI nên bị oxy hóa lượng ZVI bị dần hoạt tính (bị oxy hóa) nên hiệu suất lúc giảm đáng kể, hạt ZVI/CS-11 lượng ZVI phân bố nhiều nên không ảnh hưởng nhiều đến tính chất hấp phụ vật liệu Vì vậy, đề nghị vật liệu nên bảo quản cẩn thận (ví dụ, mơi trường trơ) nên tiến hành hấp phụ sau tổng hợp Tuy nhiên, điều kiện thí nghiệm cịn phụ thuộc nhiều vào tình hình thực tế, cần có nghiên cứu chuyên sâu cho vấn đề 39 3.5 Ứng dụng khả hấp phụ vật liệu mẫu giả Hình 17 Đồ thị biểu diễn khả hấp phụ vật liệu mẫu giả Trước hấp phụ Trước hấp phụ Sau hấp phụ Sau hấp phụ Hình 16 Vật liệu dd mẫu giả trước sau hấp phụ Vật liệu tiến hành đánh giá khả hấp phụ mẫu PCBs giả tự tạo, kết cho thấy khả hấp phụ tương đối cao, có chênh lệch rõ rệt 03 vật liệu Từ thấy vai trò quan trọng ZVI giúp tăng khả hấp phụ hạt vật liệu Màu sắc dung dịch trước sau hấp phụ có thay đổi, nguyên nhân môi trường pH thấp ZVI không bền nên bị tan khiến cho dung dịch có màu vàng xanh (do kết hợp màu xanh muối đồng màu vàng muối sắt(III) Sau hấp phụ 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ❖ Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, thực nghiệm, đề tài thu số kết sau: - Tổng hợp thành công 06 vật liệu chitosan, chitosan biến tính glutaraldehyde, 04 composite chitosan kết hợp ZVI; - Tiến hành phân tích đặc tính vật liệu phương pháp SEM, FTIR thu kết phù hợp cho trình hấp phụ ion Au(III); - Điều kiện thí nghiệm tối ưu pH = 1, thời gian cân hấp phụ giờ, mơ hình động học hấp phụ tuân theo bậc 2, vật liệu CS-GA tuân theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, vật liệu ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 tn theo mơ hình Langmuir; - Vật liệu chitosan biến tính với glutaraldehyde giúp cải thiện tính tan mơi trường acid chitosan Đặc biệt vật liệu composite chitosan kết hợp ZVI giúp tăng đáng kể động học, dung lượng hiệu hấp phụ vàng so với hạt CS-GA Vai trò tăng cường khả hấp phụ Au(III) thể qua kết khảo sát ảnh hưởng ion cạnh tranh, qua thí nghiệm hấp phụ mẫu giả tự tạo, qua kết ảnh SEM, SEM-EDS Từ nói vật liệu tổng hợp đạt mong muốn ban đầu, hứa hẹn nghiên cứu chun sâu ứng dụng mơ hình thực tế ❖ Kiến nghị - Nghiên cứu thêm khả ứng dụng vật liệu mẫu PCBs thật; - Nghiên cứu thêm phương pháp hấp phụ dạng cột để so sánh khả hấp phụ tính kinh tế hai phương pháp; - Tổng hợp vật liệu chitosan có nguồn gốc từ phụ phẩm ngành thủy sản, kết hợp ZVI ứng dụng thu hồi Au từ e-waste - Tiến hành thí nghiệm hấp phụ nồng Au(III) cao để đánh giá dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “International E-Waste Day: 57.4M Tonnes Expected in 2021,” 2021 https://weeeforum.org/ws_news/international-e-waste-day-2021/ [2] H A Pulok, “Prospect of E-waste in Bangladesh: a review” [3] O Rosane, “This year’s e-waste to outweigh Great Wall of China,” 2021 https://www.weforum.org/agenda/2021/10/2021-years-e-waste-outweigh-greatwall-of-china/ [4] “International E-Waste Day,” 2021 https://weee-forum.org/iewd-about/ [5] T T Tran, C T Vu, and N T Pham, “Technologies for metal recycling from electrical-electronic wastes,” J Min Earth Sci Vol, vol 62, no 3b, pp 58–68, 2021 [6] D T Nguyễn, “Tổng hợp vật liệu Nano vàng từ vàng kim loại phương pháp điện hóa siêu âm khảo sát số tính chất: Luận văn ThS Vật lý: 60 44 07.” ĐHKHTN, 2011 [7] T H Bui, W Lee, S.-B Jeon, K.-W Kim, and Y Lee, “Enhanced Gold (III) adsorption using glutaraldehyde-crosslinked chitosan beads: Effect of crosslinking degree on adsorption selectivity, capacity, and mechanism,” Sep Purif Technol., vol 248, p 116989, 2020 [8] T S L Ê Q THẮNG, “LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC,” 1984 [9] D Chauhan, J Dwivedi, and N Sankararamakrishnan, “Novel chitosan/PVA/zerovalent iron biopolymeric nanofibers with enhanced arsenic removal applications,” Environ Sci Pollut Res., vol 21, no 15, pp 9430–9442, 2014 [10] “WHAT IS E-WASTE.” https://globalewaste.org/what-is-e-waste/ [11] P T Trần and T H Nguyễn, “Hoạt động tái chế chất thải điện tử Việt Nam số khuyến nghị,” 2019 [12] V Forti, C P Baldé, R Kuehr, and G Bel, “The global e-waste monitor 2020,” Quant flows, Circ Econ potential, pp 1–119, 2020 [13] X B Hoàng, “Đánh giá thực trạng tiềm tái chế chất thải điện tử địa bàn thành phố Hải Phòng.” Đại học Dân lập Hải Phòng, 2012 [14] S McCarthy, A Lee Wei Jie, D C Braddock, A Serpe, and J D E T Wilton-Ely, “From Waste to Green Applications: The Use of Recovered Gold and Palladium in Catalysis,” Molecules, vol 26, no 17, p 5217, 2021 [15] “Xử lý chất thải điện tử - Xu hướng nghiên cứu công nghệ giới số giải pháp ứng dụng Việt Nam,” 2021 [16] H Kim, “Hội thảo ‘Xu hướng công nghệ xử lý rác thải điện tử,’” Trung tâm Thông 42 tin Thống kê Khoa học Công nghệ TP HCM, 2021 https://cesti.gov.vn/baiviet/CTDS1/hoi-thao-xu-huong-cong-nghe-xu-ly-rac-thai-dien-tu-61989f4a-5ab04379-90fc-22dba3f52166 [17] K Owusu-Sekyere, A Batteiger, R Afoblikame, G Hafner, and M Kranert, “Assessing data in the informal e-waste sector: The Agbogbloshie Scrapyard,” Waste Manag., vol 139, pp 158–167, 2022 [18] E Re-envisioning, “Visualizing Agbogbloshie and,” Burn Matters Life, Labor, EWaste Pyropolitics Ghana, p 135, 2021 [19] L Pietrelli, S Ferro, and M Vocciante, “Eco-friendly and cost-effective strategies for metals recovery from printed circuit boards,” Renew Sustain Energy Rev., vol 112, pp 317–323, 2019 [20] T V Tân, “Transistor: Nhân tố cách mạng (1)” [21] G C Bond, “Introduction to the physical and chemical properties of gold,” Gold Nanoparticles Physics, Chem Biol Imp Coll Press London, pp 29–42, 2012 [22] I N Rizki, Y Tanaka, and N Okibe, “Thiourea bioleaching for gold recycling from e-waste,” Waste Manag., vol 84, pp 158–165, 2019 [23] S Ahmed and S Ikram, Chitosan: derivatives, composites and applications John Wiley & Sons, 2017 [24] R S C M de Queiroz Antonino et al., “Preparation and characterization of chitosan obtained from shells of shrimp (Litopenaeus vannamei Boone),” Mar Drugs, vol 15, no 5, p 141, 2017 [25] T T Lê, “Nghiên cứu xử lý nhiễm chì crom(VI) nước thải xi mạ chitosan chế biến từ vỏ tôm.” Đại học Khoa học Tự nhiên, 2013 [26] T V Phạm, “Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp phụ Chitosan–Glutaraldehyde với chất tạo khung Cu2+ ứng dụng hấp phụ ion kim loại Cd dung dịch nước.” Đại học Đà Nẵng, 2014 [27] B Li et al., “Synthesis, characterization, and antibacterial activity of cross-linked chitosan-glutaraldehyde,” Mar Drugs, vol 11, no 5, pp 1534–1552, 2013 [28] T Liu, L Zhao, D Sun, and X Tan, “Entrapment of nanoscale zero-valent iron in chitosan beads for hexavalent chromium removal from wastewater,” J Hazard Mater., vol 184, no 1–3, pp 724–730, 2010 [29] N T Tuấn and N T Tú, “Phương pháp phổ hồng ngoại ứng dụng thực phẩm,” issuu, 2018 https://issuu.com/daykemquynhon/docs/ppphnvudttp 43 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Xây dựng đường chuẩn dung dịch Au(III) Nồng độ Au(III) (ppm) 0.5 Độ hấp thu 0.0084 0.0168 0.0334 0.0813 Phụ lục 2: Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch CS-GA ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 pH H (%) qcb (mg.g-1) H (%) qcb (mg.g-1) H (%) qcb (mg.g-1) 98.93 47.11 99.87 48.96 99.87 48.96 99.75 49.38 99.78 45.35 99.87 48.96 98.89 47.54 99.43 47.35 99.70 47.03 91.30 42.66 95.93 44.41 90.75 43.21 44 Phụ lục 3: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ CS-GA Thời gian ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 (phút) H (%) qcb (mg.g-1) H (%) 10 23.61 11.80 39.40 19.70 42.32 21.16 20 34.63 17.32 46.52 23.26 52.22 26.11 40 46.34 23.17 56.64 28.32 77.22 38.61 60 49.09 24.55 66.51 33.25 95.30 47.65 100 57.34 28.67 79.42 39.71 95.60 47.80 150 61.25 30.62 92.29 46.14 97.71 48.85 200 61.57 30.78 96.25 48.12 98.04 49.02 300 83.43 41.71 98.05 49.02 98.39 49.19 400 86.69 44.85 98.58 49.29 98.72 49.36 480 93.90 46.95 99.07 49.54 98.80 49.40 600 96.30 48.15 99.56 49.78 99.59 49.80 45 qcb (mg.g-1) H (%) qcb (mg.g-1) Phụ lục 4: Xây dựng mơ hình động học hấp phụ bậc CS-GA ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 Thời gian (phút) qt ln(qcb – qt) (mg/g) qt ln(qcb – qt) (mg/g) qt ln(qcb – qt) (mg/g) 10 11.80 3.40 19.70 3.35 21.16 3.28 20 17.32 3.19 23.26 3.21 26.11 3.07 40 23.17 2.92 28.32 2.99 38.61 2.20 60 24.55 2.84 33.25 2.70 47.65 100 28.67 2.57 39.71 2.13 47.80 150 30.62 2.41 46.14 0.68 48.85 200 30.78 2.39 48.12 49.02 300 41.71 49.02 49.19 400 44.85 49.29 49.36 480 46.95 49.54 49.40 600 48.15 49.78 49.80 46 Phụ lục 5: Xây dựng mơ hình động học hấp phụ bậc Thời gian CS-GA ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 (phút) qt (mg/g) t/qt qt (mg/g) t/qt qt (mg/g) t/qt 10 11.80 0.85 19.70 0.51 21.16 0.47 20 17.32 1.15 23.26 0.86 26.11 0.77 40 23.17 1.73 28.32 1.41 38.61 1.04 60 24.55 2.44 33.25 1.80 47.65 1.26 100 28.67 3.49 39.71 2.52 47.80 2.09 150 30.62 4.90 46.14 3.25 48.85 3.07 200 30.78 6.50 48.12 4.16 49.02 4.08 300 41.71 7.19 49.02 6.12 49.19 6.10 400 44.85 8.92 49.29 8.12 49.36 8.10 480 46.95 10.22 49.54 9.69 49.40 9.72 600 48.15 12.46 49.78 12.05 49.80 12.05 47 Phụ lục 6: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Au(III) ban đầu Nồng độ CS-GA ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 (ppm) H (%) qcb (mg/g) H (%) qcb (mg/g) H (%) qcb (mg/g) 50 90.75 43.63 99.90 49.46 99.94 44.61 100 80.64 74.67 99.94 89.24 99.96 94.30 200 59.76 112.76 96.76 191.60 99.98 185.15 300 62.27 186.80 98.87 272.11 99.99 288.42 400 66.18 254.54 59.33 230.40 86.66 312.30 600 67.07 369.19 76.41 424.48 99.63 529.03 Phụ lục 7: Xây dựng mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir CS-GA Ccb qcb (ppm) (mg/g) 4.63 43.63 19.36 74.67 ZVI/CS-14 Ccb/qcb Ccb qcb (ppm) (mg/g) 0.1061 0.05 49.46 0.2592 0.06 89.24 80.48 112.76 0.7137 113.20 186.80 0.6060 135.28 197.58 ZVI/CS-11 Ccb qcb (ppm) (mg/g) 0.0010 0.03 44.61 0.0007 0.0006 0.04 94.30 0.0004 6.49 191.60 0.0339 0.04 185.15 0.0002 3.40 272.11 0.0125 0.04 288.42 0.0001 254.54 0.5315 162.68 230.40 0.7061 53.35 312.30 0.1708 369.19 0.5352 141.56 424.48 0.3335 2.20 529.03 0.0041 48 Ccb/qcb Ccb/qcb Phụ lục 8: Xây dựng mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich CS-GA ZVI/CS-14 ZVI/CS-11 log Ccb log qcb log Ccb log qcb log Ccb log qcb 0.67 1.64 -1.30 1.69 -1.50 1.65 1.29 1.87 -1.25 1.95 -1.42 1.97 1.91 2.05 0.81 2.28 -1.42 2.27 2.05 2.27 0.53 2.43 -1.42 2.46 2.13 2.41 2.21 2.36 1.73 2.49 2.30 2.57 2.15 2.63 0.34 2.72 49