Nghiên ứu hế tạo vật liệu fe3o4 chitosan và định hướng ứng dụng làm hất hấp phụ kim loại năng trong dung dịh nướ

 Lu M U Hin v ô nhic mt v mang tính tồn cu,      ng hu qu c bit nghiêm trng cho sc kh  i Theo danh sách ca C    c bo v  ng M s 20 cht nguy him nht tn kim loimi (Cd), chì (Pb) crơm (Cr)[2] Các kim loi c h    , s tích t mô t bào, gây  ng ti sc khe nhi  ng Chính vy loi b kim loi nng c  c nhà khoa hc quan tâm nghiên cu Có nhic s dng cho mc c, kt ta, hp php ph c xem mt nhu qu kinh t d s dng Chitosan mt polyme sinh hc s dng nhiu vic hp ph kim loi nng G vt liu lc dc quan tâm nhiu có nhim so vi vt liu chitosan truyn thng Tuy nhiên vt liu chitosan c nano rt khó thu hi sau hp ph kim loi nng Mt   m khc ph  m ch to vt liu lai to (hybrid) gia chitosan Fe3O4 to thành vt liu có t tính Fe3O4/chitosan Sau hp ph kim loi nng, vt liu t tính Fe3O4 /chitosan d dàng tách khi dung dch bng nam châm Vi mng loi b kim loi nc vi tn dng ngun nguyên liu sn có  Vit Nam, bo v  ng nâng cao ng dng c     t t vic bo v môi ng, chúng  tài : Nghiên cứu chế tạo vật liệu Fe3O4/chitosan định hướng ứng dụng làm chất hấp phụ kim loại nặng dung dịch nước  làm luc Vi ni dung nghiên cu chính: - Ch to ht nano Fe3O4/chitosan bng kt ta - Nghiên ca vt liu c - Nghiên cu yu t n trình hp ph c u nghiên cu kh p ph ca As(V) 1708094068839b80ec87b-d423-4218-8b8c-06ded09fb3e6 1708094068839ecc44c72-cb39-4953-97af-95f00c991914 1708094068838ef5656b2-22fc-44e4-9bae-71898961d312  Lu Mu: - Ch to nghiên cu tính cht ht nano Fe3O4/chitosan - ng dng ht nano t    t  loai b ion kim loi Cr(VI) As(V) dung dch c nghiên cu yu t n trình hp ph Các lubn ca lu: - Tng quan v cu trúc, tính cht, ng dng ca chitosan x lý ng - Tng quan v cu trúc, tính cht t, ng hp ht nano st t - Tng quan v lý thuyt hp ph - Thc nghim ch to vt liu hp ph nano Fe3O4/chitosan - Thc nghim v  tính cht, cu trúc ca mu tng hp - Thc nghim hp ph ion Cr(VI) As(V), yu t ng i ca tác gi: - Ch tc vt liu hp ph Fe3O4/chitosan c nano có kh  hp ph tt Nghiên cu th nghim hp ph t kt qu tt u: - t: thu thp tng hp, tng quan tài liu, tìm hi lý thuyt ct c t, cu trúc ca mu -  c nghim: tin hành thc nghim ch to m ng thi s dng mt s u thc nghim q trình kho sát cu trúc,tính cht ca m  -Vis   phát x nguyên t AAS  u x tia X, ph hng ngoi FTIR, ph  ng EDX  t vi sai DTA  n t quét SEM, hin t truyn qua TEM    Lu 1 : TNG QUAN 1.1.                                                                                                                 Ngun phát thc ht phi k n xut cơng nghip có s d thi nhiu thy ngân hay ngành công nghip    u m              [9] Hà N   - ng rác thi cịn li tng  c ao hy tràn gây nhi ng 70  80% nguyên t kim loi nc thi lng xu      c s dng bùn thi làm phân c coi mt nhng nhân t m kim loi nng[8]  Lu              t bo v thc v  asen, c[7] Hin nhà khoa h lc nghiên cu      loi b kim loi n   n mc chp nhn ng thm bo tính hiu qu v mt kinh t vt lý, hóa h c nghiên c ng dng vic nghiên cu s dng vt liu, cht liu mi v cn thit cho bt c mt ngành ngh c bit s dng vt liu t nhiên, tái s dng nhng ph thi thân thin vu nhm không gây tn hm bo cho s phát trin bn vng mà v li hiu qu cao s dng 1 lý  Thành phn ô nhim  c thi bao gm: thành phn vt lý thành phn hoá hc Thành phn vt lý gm ch     p cht thô, huyn phù, ht keo cht tan Thành phn hoá hc gm cht h ch theo thành phn nhi l lý thích hp M c thi bao gm: - Tách loi huy - Ôxy hoá, phân hu cht ht kh - Loi b chc hi, kim loi nng (KLN) - Loi b chng (ch yu hp ch - X lý bùn thi Hin có nhiu quy trình công ngh  x lý KLN khc thi: - Keo t (kt ta), lng, lng vi hóa cht keo t hydroxit kim long keo t vi hydroxit Nhơm St Ngồi cịn có i ion, hp ph, l pháp sinh hc, kt ta hóa hc  Lu - Kt ta hóa hc k thut thơng dng nh loi b KLN hịa tan c tha phn ng hóa hc gia chc thi vi KLN cn tách,  pH thích hp s to thành hp cht kt tc tách khi c thi bng Hiu qu ca q trình kt ta hóa hc ph thuc vào yu t  KLN, n cc thi, tác nhân gây kt tu kin phn ng tác nhân cn tr m m + Quá trình vn + Thi gian x lý chm p + Chim din tích x lý ln + Th tích bùn cao + Phi x lý bùn cha KLN + Yêu cu giám sát h thng liên tc +Kt ta hydroxit kim loi Me(OH)n n thng x  lý KLN kt ta hóa hc ca nhng hydroxit kim loi bng vic keo t chúng thành nhng bơng cn l có th lc    ng axit kt ta  ng kim Cho nên a dung dch chng kim s làm chúng kt ta Ngoài kt t  i dng hydroxit kt t  i dng sulfit Mt nhng thun li ca ca vc s dng cht kt ta so vi hydroxit kim loi kh a dng hp cht kim loi th vi hydroxit kim loi Me2+ + S2-  (1.1) Tuy nhiên s dng sulfit kt ta KLN yêu cu thn tr   vic s di dng hydroxit S dng nhiu sulfit dung dch có tính kim s hình thành H2c có mùi khó chu  Lu + Kết tủa carbonat kim loại (MeCO3): Na 2CO3 ch c s dng ng hp Na2CO3 + Me 2+ 3+ (1.2)     m mui carbonat khơng hịa tan tr li ng có tính kim Ngồi cịn có kh  +Trao đổi ion: Da nguyên tc ci ion dùng ionit nha h  ng hp, cht cao phân t có gc hydrocacbon nhóm ch         c tin hành ct cationit u sut cao, có th thu hi sn phm có giá tr kinh t Ví d i ion Ni2+ : 2(R-SO3H)+Ni 2++(R-SO3)2Ni+H + (1.3) - gc ha nhi ion, SO3 gc nhóm c nh ca nhóm ion hong SO3H+ Kh i s gim hoc cn kit tồn b nhóm hot tính ca nhi ion b thay th bng ion kim lo khơi phc kh i i ta có th ra vt liu bng dung dch có n cao ci ca ion H +, hay Na+ p lc H- cationit hay Na- m m + Thu hi có chn lc KLN  + Th tích cht thi + Vn hành phc + Th tích cht tái sinh + Thit b gn nh - Lọc màng: K thut lc áp dng nhm thu hi tái s dng trc ting KLN dịng thi ca q trình sn xut m m + Chim din tích nh + Chi phí vt cao + Có th tái sinh + Yêu c cơng nhân vn hành phi có chun mơn sâu  Lu - Điện phân: Là trình d oxy hóa kh  tách kim loi  n cc nh  gc thi có ch     n mt chiu chy qua Vi khc, không b sung hóa cht, mà li thích hp vi lo c thi có n  KLN cao Tuy nhiên yêu cu v n ln - Hấp phụ: Hp ph mt qúa trình truyn kh     n t cht ô nhing chuyn dn b mt pha rc liên kt vào pha rn Cht ô nhip vào mao qun ca cht rn (cht hp phhông thâm nhp vào cu trúc mng tinh th cht rn S liên kt gia cht b hp ph cht hp ph có th liên kt vt lý hay hố hc Hấp phụ hóa học: s hp ph kèm theo hing to thành hp cht hóa hc b mt cht hp ph Các phn t b thu hút có th phân t hay ion Hấp phụ vật lý: thc cht hp ph vt lý hp ph phân tt hp ph thu hút cht b hp ph lên b mt c  i dng phân t, mà không phi ion m m + Thu hi chn lc kim loi  + Hiu qu x lý cao + Quá trình tái sinh cht hp ph phc tp i v thut x c thi hp ph khơng cịn mn mt nhng  t   x lý cht h   i b kim loi n  c Do s phát trin ca kinh t kéo theo v ô nhing, cht thi ca ngành công nghi       nên nghiêm trng,  ng x n sc khe cnng c thc trng trên, vi bin pháp qun lý, cn có nhng gii pháp k thut kp thi nhm ci thi ng, phc v cuc sng Hai v ln ca ô nhi  c thi cht thi rn Trên thc t vt liu c      c áp d x lý  Lu cht th lý cịn cao giá vt lit Chính bi vy, mt nhng nghiên cu ca cơng ngh ng tìm loi vt liu x lý có ngun gc t nhiên vi tr ng ln, giá thành h, mà li có kh  x lý tt Mt nhng vt liu có kh  lý nhic phát hin nh gii khống vt t nhiên sn có ti Vit Nam: m Apatit Lào Cai có tr ng qung khong 811 triu tn khong 50 triu tn qung apatit ti khu v    sông Phát (min Bc), sơng Bo (min Nam) Ngồi nhng vt lit liu nano kim loi, nano st t, cht hp ph polyng phát trin So vi cht hp ph  cht hp ph  b tách la d dàng s dng li Chính l t hp ph c ng dng rng rãi cho chit sut sn phm t nhiên, x c thi, thu hi kim loi quý, s dng y hc, sinh h t nhiu loi polyme có cu trúc x c s d  tách lc cht h  c bit kh c thi Và mt nhng polyc ng dng nghiên cu Chitosan 1.3 /chitosan Chitin có ch yu v cng cc, to bin, v ca b cánh cng[11]  y s ng ca chitin rt ln, ch ng th hai sau xenlulo Chitin có cu trúc mt polysacarit, hình thái t nhiên tinh th  trng thái rn, tùy thuc vào mi loi nguyên liu khác nhau, ta lc dn xut khác Bu x c chitin tn ti  ba dng cu  ,  tinh th cht ch n, ch khác  s sp xp mch phân t tinh th Chúng có cu hình khác s phân b không gian khác ca mi phân t mt xích (glucosamin Naxetyl-D- Glucosamin) mch chitin  - chitin có cu trúc mch tinh th theo kiu mi song,  - chitin mch ghép song song,  - chitin c hai ghép song song li song Trong ba d ng CT  - chitin có cu trúc bn  Lu vng nht vi m o chiu riêng r rt thun li v mng không gian mt s u kin nh nh,  - chitin ,  - chitin có th chuyn thành  - chitin Ví d ngâm  - chitin dung d n cao (>6N) s chuyn thành  - chitin, ngâm  - chitin dung dch n thành  - chitin  - CT  - CT  - CT Hình 1.1: Các kiu sp xp mi phân t ca chitin  CT: Các mc sp xc chiu n  CT: Các mc sp xp song song  CT: Hai mch song song rn mt mc chiu Các  - chitin khơng nhng có liên ka nhóm chc mt mch polime vi mà cịn có liên k  a nhóm chc ca mch polime khác  - chitin ch có liên k a nhóm chc mt mch polime  - chitin có kh  c  - chitin c tìm thy  v tôm, cua, sam -chitn c tách t mai mc ng, loi t u so vi  - chitin  - c tác t si kén ca b cánh cng, mai mc nang, loi có rt t nhiên Hin phn ln chitin c sn xut t v u s sn có ca T v i ta tin hành tách protein, tách khoáng, loi b cht màu (gi chung trình loi b tp chc chitin  - chitin có mai mc cịn  - chitin c tìm thy d dày ca mc nang, mc ng  Lu 1.1chitin  [11] TT Tên loài ng CT (%) Mc 3-20 Nm 5-20 Các loi giun 20-38 B cp 30 Gián 35 B cánh cc 37 Nhn 38 Tm 44 Tôm 69 10 Cua 70 1.2: Hchitin  TT Ngun CT Loi CT ng CT ng Ca (%) tp cht khác(%) V tôm  - chitin 10 90 Mai mc  - chitin 48,5 51,5  y tôm cua loi cha nhiu chitin nh u rt thun l i vi nh c có ngành thy sn phát trin vic khai thác ch bin chintin Ngoài chitin/chitosan dn xut ca chúng có nhic tính q báu t tính kháng nm, kháng khun, có kh  phân hu sinh hc cao, không gây d   c h i gia súc, có kh o phc vi mt s kim loi chuyn ti Cu(II), Ni(II), Co(II) Do vy chitin mt s dn xut cc ng dng rng rãi nhic x c thi bo v c hc y hc, nông nghip, công nghip, công ngh sinh h 10