khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng cr(vi) bởi chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ––––––––––––o0o–––––––––––– NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG (Cr 6+ ) CỦA CHITOSAN BỌC TRÊN CÁC BỀ MẶT KHÁC NHAU Chuyên ngành: Công nghệ Sau thu hoạch Mã số: 60.54.10. LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ ĐĂNG NGHĨA Nha Trang, tháng 5 năm 2010. Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang, Phòng Quan hệ Quốc tế & Sau Đại học, Khoa Chế biến, Ban Giám hiệu trường Trung học Thủy sản đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu. Tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Ngô Đăng Nghóa - Người đã tận tình hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn này. Cũng xin bày tỏ lòng cám ơn đến PGS.TS.Trang Só Trung đã giúp đỡ nhiều về mặt tài liệu, phương pháp nghiên cứu trong quá trình thực hiện luận văn. Cám ơn TS.Hoàng Thò Huệ An đã tận tình góp ý giúp tôi hoàn thành luận văn. Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo khoa Chế Biến trường Đại học Nha Trang, Gia đình, Đồng nghiệp và Bạn bè đã luôn luôn động viên, giúp đỡ chia sẽ với tôi rất nhiều cả về kiến thức, vật chất, lẫn tinh thần, đã cho tôi nhiều động lực phấn đấu để hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình. Xin trân trọng cảm ơn. Học viên thực hiện Nguyễn Thị Phương Thảo LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình này của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phương Thảo MỤC LỤC NỘI DUNG Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT a DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU b DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ c MỞ ĐỀ 1 Chương 1. TỔNG QUAN 3 1.1. ĐỘC TÍNH KIM LOẠI TRONG NƯỚC THẢI 3 1.1.1. Khái quát 3 1.1.2. Kim loại nặng 4 1.1.3 Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng 4 1.1.4. Tổng quan về kim loại crom 6 1.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI 8 1.2.1. Tổng quan về xử lý nước thải. 1.2.1.1. Các phương pháp xử lý nước thải 1 .2.1.2. Các phương pháp xử lý kim loại nặng 1.2.1.3. Một số phương pháp xử lý crom trong dung dịch 8 9 10 12 1.2.2. Hấp phụ 1.2.2.1. Định nghĩa sự hấp phụ 1.2.2.2. Động học hấp phụ 1.2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ. 13 13 14 17 1.3. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN 19 1.3.1. Khái quát 19 1.3.2. Một số tính chất của chitin, chitosan 1.3.2.1. Một s ố tính chất của chitin 1.3.2.2. Một số tính chất của chitosan 20 20 21 1.3.3. N guyên liệu sản xuất chitin, chitosan. 23 1.4. MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ 23 1.4.1.Than hoạt tính 1.4.2. Cát 23 25 1.5. NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. 25 1.5.1. Nghiên cứu trong nước 25 1.5.2. Nghiên cứu ở nước ngoài 26 Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2 .1. NGUYÊN VẬT LIỆU 31 2 .1.1. Chitosan 31 2.1.2. Than dừa 31 2 .1.3. Cát 32 2 .1.4. Hóa chất 32 2.2.4.1. Pha chế dung dịch chuẩn Cr(VI) 32 2 .2. DỤNG CỤ-THIẾT BỊ 32 2 .3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - XỬ LÝ SỐ LIỆU 33 2 .3.1. Phương pháp phân tích 33 2 .3.2. Xử lý số liệu 33 2 .4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 34 2 .4.1. Bọc chitosan lên vật liệu khác nhau 35 2.4.1.1. Chuẩn bị vật liệu bọc chitosan 35 2.4.1.2. Bọc chitosan lên than 36 2.4.1.3. Bọc chitosan lên cát 37 2.4.1.4. Xác định lượng chitosan bám vào vật liệu 37 2 .4.2. So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu ở pH khác nhau 38 2 .4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của ADS * 40 2.4.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 41 2.4.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 42 2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 42 2.3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch Cr(VI) đến khả năng hấp phụ của ADS * 44 2 .2.4. Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt 45 Chương 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - THẢO LUẬN 46 3 .1. BỌC CHITOSAN LÊN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU 46 3.1.1. Bọc chitosan lên than 46 3.1.2. Bọc chitosan lên cát 48 3 .2. SO SÁNH KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ Ở pH KHÁC NHAU 48 3 .3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA CTS-CA 53 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 53 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ CTS-CA đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 57 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khả năng hấp phụ Cr(VI) củ a CTS-CA 58 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch Cr(VI) đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 60 3.2.5. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ (tại pH=4.3 nhiệt độ 27±1 o C) 64 3.2.5.1. Xây dựng đường đường đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Langmuir 65 3.2.5.2. Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình 67 Freundlich KẾT LUẬN 70 Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC i Phụ lục 1.Phương pháp xác định Cr(VI) i Phụ lục 2. Số liệu thực nghiệm. vii Phụ lục 3. Tiêu chuẩn nước thải. xvi 28/12/2010a Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADS,ads Vật liệu hấp phụ CA Than dừa đã qua xử lý axit H 2 SO 4 , rửa sạch, sấy khô-gọi là than. C opt Nồng độ tôí ưu (mg/L) CTS Chitosan CTS-CA 1 Than dừa đã qua xử lý axit H 2 SO 4 , bọc chitosan lần 1. CTS-CA 2 Than dừa đã qua xử lý axit H 2 SO 4 , bọc chitosan lần 2. CTS-CA 3 CTS-CA Than dừa đã qua xử lý axit H 2 SO 4 , bọc chitosan lần 3. CTS-S Cát sạch bọc chitosan. DD,dd Dung dịch HP Hấp phụ M Khối lượng (gam) M opt Khối lượng tối ưu (gam) pH opt pH tối ưu S Cát được làm sạch qua HCl, rửa sạch, sấy khô. T Thời gian hấp phụ (phút) TT Thứ tự V Thể tích dung dịch hấp phụ (ml) τ Nhiệt độ hấp phụ ( o C) 28/12/2010b Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Tên bảng Trang Bảng 1.1 : Nguồn phát thải một số kim loại nặng 3 Bảng 3.1 : Bọc chitosan lên than đã xử lý axit 46 Bảng 3.2 : Bọc chitosan lên cát 48 Bảng 3.3 . Sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA vào nồng độ cân bằng của dung dịch sau hấp phụ 65 28/12/2010c Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 : Cấu tạo của chitin, chitosan 20 Hình 2.1 : Sơ đồ thí nghiệm tổng quát 34 Hình 2.2 : Sơ đồ thí nghiệm bọc chitosan lên các vật liệu khác nhau 35 Hình 2.3 : Sơ đồ thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI)ở pH khác nhau 38 Hình 2.4 : Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 41 Hình 2.5 : Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA đến quá trình hấp phụ 42 Hình 2.6 : Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 43 Hình 2.7 : Sơ đồ thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu đến khả năng hấp phụ CTS-CA 44 Hình 3.1 :Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ của các vật liệu ở pH khác nhau. 49 Hình 3.2 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(IV) trong DD của CTS-CA 53 Hình 3.3 : Liên kết giữa chitosan và Cr(VI) 54 Hình 3.4 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH (2÷6) đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) trong dung dịch của CTS-CA 56 Hình 3.5 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 57 Hình 3.6 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 59 Hình 3.7 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu (20÷600mg/L) 60 [...]... sau: - Bọc chitosan bọc trên một số bề mặt khác nhau (than sọ dừa, cát) Công nghệ sau thu hoạch 2006 2 - So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của chitosan dạng tự nhiên, than dừa, chitosan bọc than dừa và chitosan bọc cát ở các pH khác nhau, từ đó chọn ra vật liệu có hiệu quả hấp phụ tốt nhất - Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố (pH, nồng độ chất hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, thời gian hấp phụ) ... việc nghiên cứu, tìm kiếm các phương pháp xử lý mới khác với phương pháp truyền thống và đơn giản hơn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm Một trong những hướng giải quyết đó là nghiên cứu sử dụng các polyme sinh học (trong đó có chitosan) để hấp phụ kim loại nặng ra khỏi nước Do đó, đề tài Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) bởi chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau là một hướng nghiên... phụ, thời gian hấp phụ) đến khả năng hấp phụ của vật liệu đã lựa chọn - Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt để đánh giá dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ được điều chế Ý nghĩa khoa học của đề tài Bằng cách nghiên cứu bọc chitosan lên các bề mặt khác nhau đã tạo ra được một vật liệu hấp phụ mới có hiệu quả hấp phụ ion kim loại nặng cao hơn chitosan tự nhiên và có khả năng thu hồi tái sử dụng... giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp vì trong hệ có ít nhất ba thành phần tương tác: nước-chất hấp phụ- chất bị hấp phụ Khả năng hấp phụ của chất tan (chất bị hấp phụ) lên chất hấp phụ vì thế trước hết phụ thuộc vào tính tương đồng giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ theo quy luật: “Chất khơng phân cực thì hấp phụ tốt trên chất hấp phụ khơng phân cực và ngược lại“ - Sự hấp phụ các phân tử... hành hấp phụ ở nhiệt độ thích hợp sao do tốc độ hấp phụ lớn nhất d) Ảnh hưởng của hàm lượng chất hấp phụ và nồng độ chất bị hấp phụ Đối với một hàm lượng xác định chất hấp phụ trong dung dịch thì nồng độ chất bị hấp phụ càng cao thì tốc độ hấp phụ càng lớn và lượng chất bị hấp phụ càng nhiều Tuy nhiên, khi nồng độ chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ tăng dần thì lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt. .. thuyết này là các giả thuyết sau: - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng Công nghệ sau thu hoạch 2006 15 - Trên bề mặt chất hấp phụ rắn chia ra từng vùng nhỏ, các tâm hoạt động mỗi vùng chỉ tiếp nhận một phân tử chất bị hấp phụ Trong trạng thái bị hấp phụ các phân tử trên bề mặt chất rắn khơng tương tác với nhau - Q trình hấp phụ là động, tức là q trình hấp phụ và giải hấp có tốc độ bằng nhau khi... những cách trên sẽ chuyển hóa thành Cr(III) ở dạng Cr2O3 tồn tại ở các dạng thù hình khác nhau, gắn chặt vào vật liệu hấp phụ và rất khó bị rửa trơi 1.2.2 Hấp phụ 1.2.2.1 Định nghĩa sự hấp phụ [2,3,19] Hấp phụ là q trình thu hút các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên. .. trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ Bề mặt tính đối với một gam vật hấp phụ gọi là bề mặt riêng của nó a )Hấp phụ vật lý: Các ngun tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (ngun tử, phân tử, các ion ) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết yếu (lực Van der Waals, liên kết hydro) do đó cấu trúc điện tử của chất bị hấp phụ ít bị thay đổi Trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp. .. khơng chỉ phụ thuộc vào tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà còn phụ thuộc vào tương tác của dung mơi với chất hấp phụ Cặp nào tương tác mạnh hơn thì cặp khác ít có khả năng hấp phụ hơn - Với một số chất có độ phân cực cao như các ion kim loại, hay một số dạng oxy anion (SO42-, PO43-, CrO42- ) q trình hấp phụ xảy ra theo cơ chế hấp phụ trao đổi ion giữa các ion trong dung dịch và ion nghịch... kép có trên bề mặt chất hấp phụ Trong trường hợp này, điện tích ion càng lớn và bán Công nghệ sau thu hoạch 2006 18 kính ion hydrat hóa của chất bị hấp phụ càng nhỏ thì khả năng hấp phụ trao đổi ion càng mạnh, do đó hiệu suất hấp phụ càng cao b) Ảnh hưởng của pH - Đối với chất hấp phụ rắn chứa các nhóm chức acid hay bazơ trên bề mặt thì khi thay đổi pH mơi trường điện tích bề mặt của chất hấp phụ cũng . học (trong đó có chitosan) để hấp phụ kim loại nặng ra khỏi nước. Do đó, đề tài Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) bởi chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau là một hướng. thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI) pH khác nhau 38 Hình 2.4 : Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 41 Hình 2.5 : Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng. sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu ở pH khác nhau 38 2 .4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của ADS * 40 2.4.3.1 .Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả