Nghiên cứu chế tạo và sử dụng polyme hấp thụ làm chất hấp thu trong xử lý môi trường

Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HOÁ HỌC *** KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGàNH: HOÁ CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG nghiên cứu Chế tạo sử dụng polyme siêu hấp thụ nước làm chất hấp thu xử lý môi trường Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Khôi ThS Nguyễn Thanh Tùng Sinh viên thực hiện: Trần Thị Thu Hoà Lớp: K31A hà nội - 2009 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Khôi ThS Nguyễn Thanh Tùng giao đề tài tận tình hướng dẫn em hoàn thành khoá luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Hoá môi trường thầy cô giáo Khoa Hoá học, gia đình, bạn bè giúp đỡ, động viên em hoàn thành khoá luận Em xin chân thành cảm ơn anh chị Phòng Vật liệu Polyme, Viện Hoá học, Viện KH&CN Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực khoá luận Hà nội, ngày tháng năm 2009 Sinh viên: Trần Thị Thu Hoà _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà Lời cam đoan Khoá luận tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu chế tạo sử dụng polyme siêu hấp thụ nước làm chất hấp thu xử lý môi trường” kết nghiên cứu cá nhân hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Khôi ThS Nguyễn Thanh Tùng thuộc Phòng Vật liệu Polyme, Viện Hoá học, Viện KH&CN Việt Nam Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp không trùng với kết công trình nghiên cứu công bố trước Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2009 Sinh viên: Trần Thị Thu Hoà _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà Danh mục chữ viết tắt APS Amoni pesunfat MBA N,N'- metylenbisacrylamit AA Axit acrylic AM Acrylamit KA Kali acrylat NMA Natri metacrylat TMEDA N,N,N',N'- tetrametylendiamin BDDA 1,4- butandiol diacrylat EGDMA Etylenglycol dimetacrylat Q độ hấp thụ nước HEA Hydroxyetyl acrylat HPA 2- hydroxypropyl acrylat SDS Natri dodecyl sunfat AMPS 2- acrylamido-2- metylpropanosunfonic axit PEG Poly(etylenglycol) ITA Itaconic axit PVP Popyvinyl pyrrolidon PAM Polyacrylamit AV giá trị amin EDS mức độ trương cân EDA Etylendiamin DETA dietylentriamin _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà HEMA Poly(hydroxyetyl metacrylat) TETA Trietylentetramin BGC hàm lượng nhóm bazơ HMG hàm lượng nhóm hydroxymetyl TMPTA Trimetylolpropan triacrylat SEM kính hiển vi điện tử quét FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier PAA Polyacrylic axit PAAG Poly(2- acrylamidoglycolic axit) MA Maleic axit CAME Copolyme acrylamit- axit mesaconic CITA Axit citraconic _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà mở đầu Trong thập niên gần phát triển mạnh mẽ ngành khoa học vật liệu nói chung vật liệu polyme nói riêng đem lại thành tựu to lớn mà cụ thể nhiều loại vật liệu phát minh ứng dụng rộng rãi mặt đời sống Trong số đó, vật liệu polyme ưa nước sở axit acrylic dẫn xuất chiếm tỷ lệ không nhỏ nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, polyme siêu hấp thụ nước sử dụng nhiều lĩnh vực khác như: sản phẩm chăm sóc cá nhân (băng vệ sinh, tã lót ), nông nghiệp, vật liệu xây dựng, y sinh Theo tính toán nhà khoa học khối lượng nước 3,5% tổng khối lượng nước thuỷ Trong lượng nước người sử dụng chiếm 1% Với lượng nước phân bố không đồng theo thời gian không gian dẫn đến tượng lúc thiếu, lúc thừa, nơi thiếu, nơi thừa Hơn bùng nổ dân số, trình đô thị hoá phát triển nhanh, nhu cầu nước ngày gia tăng mà việc xử lý nước thải chưa ý, gây suy giảm nguồn nước số lượng lẫn chất lượng Theo dự báo Viện cảnh báo giới, đến năm 2020 có khoảng 20% nhân loại phải sống vùng thiếu nước Thiếu nước trở thành hiểm họa nhân loại vào kỷ XXI Việc xử lý nước nói chung, đặc biệt nước nhiễm ion kim loại nặng vấn đề thực cần thiết Để tách, khử kim loại khỏi lan truyền môi trường cần có phương pháp hiệu quả, kinh tế có tính khả thi cao Một phương pháp áp dụng sử dụng hợp chất polyme Bên cạnh ứng dụng to lớn nông nghiệp như: vận chuyển trồng xa, chuyển chỗ trồng, giữ ẩm cải tạo _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà đất polyme siêu hấp thụ nước sở acrylic dẫn xuất có khả hấp phụ ion kim loại nặng nhờ có nhóm chức tạo phức mạng lưới polyme -COO-, -NH2, -OH Ngoài khả tách loại, ion kim loại làm giàu, thu hồi tái sử dụng Chính vậy, khoá luận này, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo sử dụng polyme siêu hấp thụ nước làm chất hấp thu xử lý môi trường” _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà chương tổng quan 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu, chế tạo polyme siêu hấp thụ nước 1.1.1 Trên giới Polyme siêu hấp thụ nước polyme ưa nước tạo lưới nhẹ hấp thụ, trương giữ nước tới vài trăm lần khối lượng nó, chí áp lực Những vật liệu biết tới lần Mỹ tác nhân giữ nước nông nghiệp phát triển Nhật Bản vào thập niên 1970 sản phẩm vệ sinh chăm sóc cá nhân Ngoài sản phẩm chăm sóc cá nhân, polyme siêu hấp thụ nước sử dụng nông nghiệp, hệ vận chuyển thuốc, đất nhân tạo cho thuỷ canh, tác nhân nhả chậm cho phân bón thuốc trừ sâu, nhựa trao đổi ion, chất mang xúc tác Ban đầu polyme siêu hấp thụ nước chế tạo sở trình trùng hợp ghép vinyl monome ưa nước lên polyme sinh học tinh bột, xenlulozơ, chitosan hay polysaccarit khác Sau này, polyme siêu hấp thụ nước nguồn gốc tự nhiên dần thay polyme tổng hợp có thời gian sử dụng kéo dài, khả hấp thụ nước độ bền gel lớn Polyme siêu hấp thụ nước thường chế tạo từ trình đồng trùng hợp axit acrylic, natri kali acrylat dẫn xuất có mặt chất tạo lưới Phản ứng khơi mào gốc tự do, hệ khơi mào oxy hoá- khử hay hệ khơi mào hỗn hợp Tuy nhiên, tia ó, tia tử ngoại hay xạ lượng cao khác sử dụng để khơi mào phản ứng Tác nhân tạo lưới thường hợp chất divinyl có liên kết đôi đầu mạch Trước tiên liên kết phản ứng với gốc phát triển liên kết lại phản ứng với gốc phát triển khác tạo thành cấu trúc mạng lưới chiều Polyme phải tạo lưới phù hợp _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà để tăng tối đa khả hấp thụ nước mà ngăn chặn hoà tan mạch không tạo lưới Hàm lượng chất tạo lưới đóng vai trò quan trọng khả hấp thụ nước sản phẩm Ngoài ra, thông số khác kiểu chất tạo lưới, tỷ lệ monome, loại chất khơi mào, nhiệt độ phương pháp trùng hợp ảnh hưởng tới tính chất sản phẩm [18] Polyme siêu hấp thụ nước chế tạo môi trường nước trình trùng hợp dung dịch môi trường hydrocacbon, monome phân tán dạng huyền phù nhũ tương Đối với trùng hợp nhũ tương, sản phẩm thu dạng cục cắt, sấy nghiền trước sử dụng Quá trình trùng hợp huyền phù thu hạt có kích thước phụ thuộc độ nhớt monome số yếu tố khác Để cải thiện độ xốp cấu trúc mạng lưới polyme siêu hấp thụ nước, người ta sử dụng phụ gia đặc biệt tác nhân tạo bọt, chất chuyển mạch, tác nhân tạo phức, ion kim loại chất bẫy gốc tự Quá trình biến tính polyme siêu hấp thụ nước sau phản ứng để tạo lưới bề mặt cải thiện khả hấp thụ nước [44] Raju cộng [40] tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước sở monome acrylamit, canxi acrylat natri acrylat sử dụng chất khơi mào amoni pesunfat (APS) chất tạo lưới N,N'- metylenbisacrylamit (MBA) Copolyme tổng hợp cách thay đổi nồng độ monome, chất tạo lưới chất khơi mào Kết thực nghiệm cho thấy polyme siêu hấp thụ nước có độ hấp thụ cao nước cất dung dịch NaCl (Qmax= 384g H2O/g mẫu) Việc sử dụng polyme siêu hấp thụ nước để trồng đỗ nghiên cứu kết chứng tỏ polyme siêu hấp thụ nước có khả giữ nước tốt ứng dụng nông nghiệp, đặc biệt vùng có nguy hạn hán Khi sử dụng monome acrylamit, kali acrylat magie metacrylat khả _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà hấp thụ nước cực đại đạt 460g/g Sự phát triển hoa hướng dương sử dụng polyme siêu hấp thụ nước khẳng định khả ứng dụng sản phẩm nông nghiệp, nơi khan nước [41] Kabiri cộng [27] đưa quan điểm trình chế tạo polyme siêu hấp thụ nước Polyme siêu hấp thụ nước sở axit acrylic (AA), acrylamit (AM) kali acrylat (KA) tổng hợp từ trình đồng trùng hợp dung dịch đặc Hệ khơi mào oxy hoá- khử amoni pesunfat/natri metabisunfit sử dụng cho trình trùng hợp gốc tự cấu tử chất tạo lưới MBA Một số thông số trình (nồng độ chất tạo lưới chất khơi mào) có ảnh hưởng tới khả trương hay tốc độ trương nghiên cứu chi tiết Đây phương pháp tổng hợp hiệu dễ dàng để chế tạo polyme siêu hấp thụ nước với hiệu suất định lượng điều kiện thường Quá trình trùng hợp bao gồm giai đoạn: diễn chậm giai đoạn đầu sau diễn nhanh giai đoạn Giảm phần trăm acrylamit tăng nồng độ chất khơi mào làm cho tốc độ trùng hợp tăng Tăng phần trăm acrylamit hỗn hợp monome kéo dài thời gian phản ứng, thời gian tạo gel khả trương Thời gian phản ứng tạo gel giảm, độ hấp thụ nước tăng tăng nồng độ chất khơi mào Loại chất tạo lưới thành phần monome có ảnh hưởng đáng kể tới tính chất polyme siêu hấp thụ nước Liu Rempel [32] tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước bao gồm AA AM sử dụng tác nhân tạo lưới ahdehit đơn chức kỹ thuật trùng hợp dung dịch với hệ khơi mào oxy hoá khử Polyme tạo thành hấp thụ khoảng 900g nước/g polyme khô Quá trình trương copolyme nghiên cứu hỗn hợp ancol/nước có hàm lượng ancol tăng 294, 304 314K Quá trình chuyển tiếp hỗn hợp etanol/nước _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 10 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà trình hấp phụ Khả hấp phụ nồng độ Cd 2+ ban đầu khác trình bày bảng Bảng Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ Cd2+ ban đầu Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 2,266 0,012 1,127 10,034 0,054 4,99 16,854 0,092 8,381 23,309 0,129 11,59 40,392 0,232 20,08 49,651 0,291 24,68 (Thể tích dung dịch: 50ml, polyme hấp phụ: 0,1g, pH 5, nhiệt độ 300, thời gian 120 phút) Dạng tuyến tính phương trình Langmuir Cd2+ biểu diễn hình 13 0.012 y = 0.0042x + 0.0106 R2 = 0.9957 Cf/q (g/l) 0.0116 0.0112 0.0108 0.0104 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Cf (mg/l) Hình 13 Dạng tuyến tính phương trình đẳng nhiệt Langmuir Cd2+ _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 58 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà Phương trình dạng tuyến tính tính toán máy tính phần mềm Excel biểu diễn đường thẳng gần (trendline) Các kết hình 13 cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả xác hấp phụ Cd2+ lên polyme siêu hấp thụ nước Điều thể qua hệ số tương quan R2 trình hồi quy (R2 = 0,9957) Cd2+ hấp phụ đơn lớp polyme Từ phương trình tuyến tính trên, tính số phương trình Langmuir từ độ dốc đoạn cắt trục tung, tải trọng hấp phụ cực đại q max =1/a = 238,1mg/g lượng liên kết b = Kq max = 0,0106, số cân K = 0,396l/mg 3.2.5 Nghiên cứu trình giải hấp phụ Sự phụ thuộc lượng kim loại thu hồi theo thời gian xử lý axit biểu diễn hình 14 L- î ng kim lo¹ i ®- î c gi¶i hÊp phô (%) 100 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 Thêi gian (phót) Hình 14 Lượng kim loại giải hấp phụ theo thời gian Kết cho thấy lượng kim loại giải hấp phụ tăng nhanh theo thời gian giai đoạn đầu sau tiếp tục tăng kéo dài thời gian Lượng ion kim loại giải hấp phụ gần hoàn toàn (99,2%) sau 45 phút Điều _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 59 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà chứng tỏ sử dụng dung dịch HCl 0,2M để giải hấp phụ thu hồi cách hiệu ion Cd2+ bị hấp phụ _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 60 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, khoá luận tốt nghiệp thu số kết cụ thể sau: - Đã tổng hợp thành công polyme siêu hấp thụ nước sở đồng trùng hợp có tạo lưới axit acrylic acrylamit Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng tới độ hấp thụ nước sản phẩm Polyme có độ hấp thụ nước cực đại thu 524g/g với điều kiện: nhiệt độ 650C, hàm lượng chất tạo lưới 0,08%, hàm lượng chất khơi mào 0,1%, tỷ lệ khối lượng AA/AM 70:30, mức độ trung hoà axit acrylic 70% - Đặc trưng lý hoá polyme siêu hấp thụ nước nghiên cứu phương pháp phân tích đại phổ hồng ngoại (FTIR), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), nhiệt vi sai quét (DSC), chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Đã nghiên cứu sử dụng polyme siêu hấp thụ nước để hấp phụ ion Cd 2+ dung dịch nước phương pháp gián đoạn Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, thời gian, pH, nồng độ đầu tới trình hấp phụ - Sử dụng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir để xác định tải trọng hấp phụ cực đại polyme siêu hấp thụ nước Cd 2+ Tải trọng hấp phụ cực đại Cd2+ 238,1mg/g Có thể sử dụng dung dịch HCl 0,2M để giải hấp phụ Cd2+, lượng kim loại giải hấp phụ gần hoàn toàn sau 45 phút _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 61 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] http://www.vista.gov.vn/portal/page?_pageid=33,298797&_dad=portal&_ schema=PORTAL [2] http://www.vista.gov.vn/pls/portal/url/ITEM/308FDFA485084B55E040A 8C00512675 [3] Viện Hoá học, Trung tâm KHTN&CNQG, Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài: “Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu polyme siêu hấp thụ nước”, Mã số KC02.10, Hà Nội, 10/2003 Tiếng Anh [4] Abd El- Rehim H A., “Swelling of radiation crosslinked acrylamidebased microgels and their potential applications”, Radiation Physics and Chemistry, Vol 74 (2005), p 111-117 [5] Adnadjevic B., Jovanovic J., “Novel approach in investigation of the poly (acrylic acid) hydrogel swelling kinetics in water”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 107 (2008), p 3579-2587 [6] Al- Harbi A R., Al- Omran A M., Shalaby A A and Choudhary M I., “Efficacy of a hydrophilic polymer declines with time in greenhouse experiments”, HortScience, Vol 34 (1999), p 223-224 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 62 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [7] Boatright J L., Balint D E., Mackay W A., Zajicek J M., “Incoporation of a hydrophilic polymer into annual landscape beds”, Journal of Environmental Horticulture, Vol 15 (1997), p 37-40 [8] Bouranis D L., Theodoropoulus A G and Drossopoulus J B., “Designing synthetic polymers as soil conditioners”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, Vol 26 (1995), p 1455-1480 [9] Bredenkamp G., “Improved leaching, University retention of macro-nutrients/reduced of Pretoria, 2000 Website: http://www.silvix.co.za/aquasoil.htm [10] Budtova T., “Absorption/release of polyvalent metal ions by a polyelectrolyte gel”, Journal of Controlled Release, Vol 54 (1998), p 305-312 [11] Cameron M D., Post Z D., Stahl J D., Haselbach J., Aust S D., “Cellobiose dehydrogenase- dependent biodegradation of polyacrylate polymers by Phanerochaete chrysosporium”, Environ Sci & Pollut Res., Vol 7(3) (2000), p 130-134 [12] Caykara T., Bulut M., Demirci S., “Preparation of macroporous poly(acrylamide) hydrogels by radiation induced polymerization technique”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol 265 (2007), p 366-369 [13] Chatzoudis G K and Valkanas G N., “Monitoring the combined action of controlled release fertilizers and a soil conditioner in soil”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, Vol 26 (1995), p 3099-3111 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 63 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [14] Chauhan G S., Kumar A., “A study in the uranyl ions uptake on acrylic acid and acrylamide copolymeric hydrogels”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 110 (2008), p 3795-3803 [15] Chen Z., Liu M., Ma S., “Synthesis and modification of salt- resistant superabsorbent polymers”, Reactive & Functional Polymer, Vol 62 (2005), p 85-92 [16] Chen Z., Liu M., Qi X., Zhan F., Liu Z., “Conductance method study on the swelling kinetics of the superabsorbent”, Electrochimica Acta, Vol 52 (2007), p 1839-1846 [17] Choudhary M I., Shalabi A A and Al- Omran A M., “Water holding capacity and evaporation of calcareous soils as affected by four synthetic polymers”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, Vol 26 (1995), p 2205-2215 [18] Dayal U., Mehta S K., Choudhary M S and Jain R C., “Synthesis of acrylic superabsorbents”, J M S.- Rev Macromol Chem Phys., C39(3) (1999), p 507-525 [19] El- Hamshary H., “Synthesis and water sorption studies of pH sensitive poly(acrylamide-co-itaconic acid) hydrogels”, European Polymer Journal, Vol 43 (2007), p 4830-4838 [20] Gosavi U R., Deopurkar R L and Ghole V S., “Microbial degradation of superabsorbent HSPAN gel by an indigenously isolated bacterial culture”, Macromolecules, Vol 32 (1999), p 4264-4271 [21] Haselbach J., Hey S and Jones C., “Disposition of radiolabeled FAVOR PAC in rats”, Regulatory Toxicology and Pharmacology, Vol 32 (2000), p 326-331 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 64 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [22] Heitz C., Binana- Limbele W., Francois J., Biver C., “Absorption and desorption of Chromium ions by Poly(acrylic acid) gels”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 72 (1999), p 455-466 [23] Huttermann A., Zommorodi M and Reise K., “Addition of hydrogels to soil for prolonging the survival of Pinus halepensis seedlings subjected to drought”, Soil and Tillage Research, Vol 50 (1999), p 295-304 [24] Inam R., Gumus Y., Caykara T., “Competitive removal of Pb 2+, Cd2+ and Zn2+ by poly(acrylamide-co-maleic acid) hydrogels/differential pulse polarographic determination”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 94 (2004), p 2401-2406 [25] Isik B., Kis M., “Preparation and determination of swelling behavior of poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogels in water”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 94 (2004), p 1526-1531 [26] Kabiri K., Omidian H., Hashemi S A., Zohuriaan- Mehr M J., “Synthesis of fast-swelling superabsorbent hydrogels: effect of crosslinker type and concentration on porosity and absorption rate”, European Polymer Journal, Vol 39 (2003), p 1341-1348 [27] Kabiri K., Zohuriaan- Mehr M J., “Superabsorbent hydrogels from concentrated solution terpolymerization”, Iranian Polymer Journal, Vol 13 (2004), p 423-430 [28] Kasgoz H., Ozgumuz S., Orbay M., “Prepation of modified polyacylamide hydrogels and application in removal of Cu(II) ion”, Polymer, Vol 42 (2001), p 7497-7502 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 65 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [29] Kasgoz H., Ozgumuz S., Orbay M., “Modified polyacylamide hydrogels and their application in removal of heavy metal ions”, Polymer, Vol 44 (2003), p 1785-1793 [30] Kasgoz H., Durmus A., “Dye removal by a novel hydrogel- clay nanacomposite with enhanced swelling properties”, Polym Adv Technol., Vol 17 (2008), p 838-845 [31] Kundakci S., Uzum O B., Karadag E., “A new composite sorbent for water and dye uptake: Highly swollen acrylamide/2- acrylamido-2 methyl-1- propanesulfonic acid/clay hydrogels crosslinked by 1,4butanediol dimethacrylate”, Polymer Composites (2008), (in press) [32] Liu Z S., Rempel G L., “Preparation of superabsorbent polymers by crosslinking acrylic acid and acrylamide copolymers”, J Appl Polym Sci., Vol 64 (1997), p 1345-1353 [33] Lu G D., Yan Q Z., Ge C C., “Preparation of porous polyacrylamide hydrogels by frontal polymerization”, Polym Int., Vol 56 (2007), p 10161020 [34] Maxim S., Flondor A., Bunea I., Luca C., Rabia I., Zerouk J., Iayadene F., Guettaf H., “Acrylic three- dimensional networks II Behavior of different acrylic ion exchangers in the retention and elution processes of some metal cations”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 72 (1999), p 1387-1394 [35] Mi Y., Wang J., Zhang Y., Chen E., Cheng S Z D., “Preparation of single- molecule particles of water- soluble polymers”, Polymer, Vol 42 (2001), p 4533-4535 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 66 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [36] Mikkelsen R L., “Using hydrophilic polymers to improve uptake of manganese fertilizers by soybeans”, Fertilizer Research, Vol 41 (1995), p 87-92 [37] Mohan Y M., Murthy P S K., Raju K M., “Synthesis, characterization and effect of reaction parameters on swelling properties of acrylamidesodium methacrylate superabsorbent copolymers”, Reactive & Functional Polymer, Vol 63 (2005), p 11-26 [38] Nizam El-Din H M M., Maziad N A., El- Naggar A W M., “Radiation crosslinking and sorption properties of hydrogels based on 1- vinyl- 2pyrrolidone, hydroxyethyl methacrylate, and their copolymers”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 91 (2004), p 3274-3280 [39] Qi X., Liu M., Chen Z., Zhang F., “Study on the swelling kinetics of superabsorbent using open circuit potential measurement”, European polymer Journal, Vol 44 (2008), p 743–754 [40] Raju K M., Raju M P., “Synthesis of novel superabsorbing copolymers for agricultural and horticultural applications”, Polym Int., Vol 50 (2001), p 946- 951 [41] Raju K M., Raju M P., Mohan Y M., “Synthesis of superabsorbent copolymers as water manageable materials”, Polym Int., Vol 52 (2003), p 768-772 [42] Rivas B L., Quilodran B., Quiroz E., “Metal ion retention properties of water-insoluble polymers containing carboxylic acid groups”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 99 (2006), p 697-705 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 67 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [43] Rosa F., Bordado J., Casquilho M., “Ground particle size influence on the swelling of a copolymer of AA/AMPS in water”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 107 (2008), p 3413-3418 [44] Scott R A and Peppas N A., “Kinetic study of acrylic acid solution polymerization”, AIChe J., Vol 43(1) (1997), p 135-144 [45] Senkal B F., Erkal D., Yavuz E., “Removal of dyes from water by poly(vinyl pyrrolidone) hydrogel”, Polym Adv Technol., Vol 17 (2006), p 924-927 [46] Shawky H A., El- Sayed M H., El- Hag Ali A., Abdel Mottaleb M S., “Treatment of polluted water resources using reactive polymeric hydrogel", Journal of Applied Polymer Science, Vol 100 (2006), p 3966–3973 [47] Stahl J D., Camaron M D., Haselbach J., Aust S D., “Biodegradation of superabsorbent polymers in soil”, Environ Sci & Pollut Res., Vol 7(2) (2000), p 83-88 [48] Sutherland G R J., Haselbach J., Aust S D., “Biodegradation of crosslinked acrylic polymers by a white-rot fungus”, Environ Sci & Pollut Res., Vol 4(1) (1997), p 16-20 [49] Tang Q., Wu J., Sun H., Fan S., Hu D., Lin J., “Synthesis of polyacrylate/poly(ethylene glycol) hydrogel and its absorption properties for heavy metal ions and dye”, Polymer Composites (2008), (in press) [50] Theron J M., Department of Forest Science of the University of Stellenbosch, South Africa, 2002 Website: http://www.silvix.co.za/aquasoil.htm _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 68 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [51] Turan E., Caykara T., “Swelling and network parameters of pH-sensitive poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogels”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 106 (2007), p 2000-2007 [52] Uzum O B., Karadag E., “Synthetic polymeric absorbent for dye based on chemically crosslinked acrylaminde/mesaconic acid hydrogels”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 101 (2006), p 405-413 [53] Uzum O B., Kundakci S., Durukan H B., Karadag E., “Water uptake and dye sorption studies of chemically crosslinked higly swollen novel ternary acrylamide-based hydrogels including citraconic acid and sodium acrylate”, Polym Adv Technol., Vol 19 (2008), p 775-784 [54] Wan T., Yao J., Ma X., “Preparation of poly(AA-AM) water superabsorbent by inverse microemulsion polymerization”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 110 (2008), p 3859-3864 [55] Wang D., Song Z Q., Shang S B., “Characterization and biodegradability of amphoteric superabsorbent polymers”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 107 (2008), p 4116-4120 [56] Weiqing “Superabsorbent ultraviolet R., Xiaogong W., Yanqing L., Yuli H., Aijie N., hydrogel of acrylic acid/potassium acrylat copolymers by photopolymerization synthesis and properties”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 101 (2006), p 1181-1187 [57] Woodhouse J and Johnson M S., “Effect of superabsorbent polymers on survival and growth of crop seedlings”, Agricultural Water Management, Vol 20 (1991), p 63-70 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 69 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà [58] Xie J., Liu X., Liang J., “Absorbency and adsorption of poly(acrylic acidco-acrylamide) hydrogel”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 106 (2007), p 1606-1613 [59] Zhang X C and Miller W P., “Polyacrylamide effect on infiltration and erosion in forrows”, Soil Science Society of American Journal, Vol 60 (1996), p 866-872 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 70 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà Mục lục mở đầu chương tổng quan 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu, chế tạo polyme siêu hấp thụ nước 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Trong nước 21 1.2 Một số ứng dụng polyme siêu hấp thụ nước 22 1.2.1 Trong nông nghiệp 22 1.2.2 Trong xử lý môi trường 25 1.2.2.1 Hấp phụ ion kim loại 25 1.2.2.2 Hấp phụ thuốc nhuộm 32 1.2.3 Khả phân huỷ sinh học độc tính polyme siêu hấp thụ nước 35 chương Thực nghiệm 38 2.1 Hoá chất, dụng cụ 38 2.1.1 Hoá chất 38 2.1.2 Dụng cụ 38 2.2 Thực nghiệm 39 2.2.1 Tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước 39 2.2.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện phản ứng tới độ hấp thụ nước polyme siêu hấp thụ nước 40 2.2.1.2 Xác định số tính chất đặc trưng lý hoá polyme siêu hấp thụ nước 40 2.2.2 Nghiên cứu khả hấp thụ ion kim loại nặng polyme siêu hấp thụ nước 42 Chương kết thảo luận 44 3.1 Tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước 44 3.1.1 ảnh hưởng hàm lượng chất tạo lưới 44 3.1.2 ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng monome 45 3.1.3 ảnh hưởng hàm lượng chất khơi mào 46 3.1.4 ảnh hưởng mức độ trung hòa axit acrylic 47 3.1.5 ảnh hưởng nhiệt độ 49 3.1.6 Một số đặc trưng lý hóa polyme siêu hấp thụ nước 49 3.1.6.1 Phổ hồng ngoại 50 3.1.6.2 Nhiệt vi sai quét (DSC) 50 3.1.6.3 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 51 3.1.6.4 Hình thái học bề mặt 52 3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cd2+ polyme siêu hấp thụ nước 54 3.2.1 ảnh hưởng pH 54 3.2.2 ảnh hưởng nhiệt độ 56 3.2.3 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 56 3.2.4 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 57 3.2.5 Nghiên cứu trình giải hấp phụ 59 Kết luận 61 tài liệu tham khảo 62 _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 71 Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Thu Hoà _ Khoa Hoá học, Lớp K31A Đại học Sư phạm Hà Nội 72 [...]... mặt và tỷ lệ AA/AM) và ảnh hưởng của chúng đến độ hấp thụ của polyme siêu hấp thụ nước đã tổng hợp được nghiên cứu Mối tương quan giữa độ hấp thụ nước và thời gian hấp thụ cũng như khả năng giữ nước của polyme siêu hấp thụ nước cũng được thiết lập Kết quả thực nghiệm cho thấy độ hấp thụ nước cực đại là 1432g/g và độ hấp thụ nước là 722g/g trong 15 phút Khả năng giữ nước trong đất tăng mạnh khi sử dụng. .. Kundakci và cộng sự [31] tổng hợp sử dụng chất tạo lưới BDDA Hydrogel được sử dụng để nghiên cứu quá trình hấp thu thuốc nhuộm cationic là thionin Lượng thionin bị hấp thu trên một đơn vị khối lượng gel khô nằm trong khoảng 1,12.10-5 và 3,71.10-5 mol Hiệu quả tách loại thay đổi từ 31,99- 68,99% 1.2.3 Khả năng phân huỷ sinh học và độc tính của polyme siêu hấp thụ nước Do polyme siêu hấp thụ nước được sử dụng. .. nước sẵn có bị hạn chế Polyme siêu hấp thụ nước có khả năng cải tạo tính chất đất nhờ hấp thụ một lượng lớn nước Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng polyme siêu hấp thụ nước có thể giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển trong đất có nguy cơ bị hạn hán Polyme này cũng làm tăng khả năng giữ nước của đất cát và làm chậm thời điểm cây héo khi bay hơi mạnh Bổ sung polyme siêu hấp thụ nước cũng làm giảm tốc độ... nghĩa trong việc làm giàu các cation kim loại trong pha lỏng Việc sử dụng hydrogel copolyme polyvinyl pyrrolidon (PVP)/AA để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm đã được Shawky và cộng sự [46] nghiên cứu Các nghiên cứu khả năng liên kết, đẳng nhiệt hấp phụ và động học hấp phụ cho thấy rằng hydrogel có dung lượng liên kết cao và tính chất động học hấp phụ tốt đối với các ion kim loại được nghiên cứu Đẳng nhiệt hấp. .. Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng polyme siêu hấp thụ nước làm tăng khả năng nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống của cây cũng như kéo dài thời hạn sử dụng của cây cảnh trong chậu Harbi và cộng sự [6] kết luận rằng bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất có thể kích thích sự phát triển của cây dưa chuột Khối lượng khô của xà lách, củ cải và lúa mì đều tăng khi đưa polyme siêu hấp thụ nước vào môi trường. .. nghệ và thiết bị để chế tạo polyme siêu hấp thụ nước Viện Khoa học Nông nghiệp đã tìm cách nhập khẩu dây truyền sản xuất polyme siêu hấp thụ nước từ Trung Quốc nhưng những nỗ lực này đến nay vẫn chưa thành công 1.2 Một số ứng dụng của polyme siêu hấp thụ nước 1.2.1 Trong nông nghiệp Polyme siêu hấp thụ nước được biết tới vào đầu những năm 1950 cùng với việc đưa các chất đa điện ly tổng hợp để làm bền và. .. có bổ sung polyme siêu hấp thụ nước trong điều kiện khô Polyme có thể duy trì độ ẩm cao hơn so với môi trường không có polyme Nghiên cứu bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất nghèo giúp cải thiện khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát chất dinh dưỡng do rửa trôi Trong điều kiện rửa trôi cao, sự phát triển của cỏ đuôi trâu được cải thiện và khả năng tích luỹ N trong lá tăng... hydrogel như kỹ thu t tách pha, kỹ thu t thổi khí hay kỹ thu t tạo bọt xốp Kabiri và cộng sự [26] tổng hợp hydrogel siêu hấp thụ nước độ xốp cao trương nhanh qua quá trình trùng hợp nhanh dung dịch đặc của axit acrylic trung hoà một phần trong điều kiện khí quyển thông thường Axeton và natri bicacbonat được sử dụng làm chất tạo độ xốp trong quá trình trùng hợp, MBA và BDDA được sử dụng làm chất tạo lưới tương... của cây nông nghiệp phát triển từ hạt Sự hấp thụ nước của hạt và tốc độ nảy mầm sau đó phụ thu c chủ yếu vào độ ẩm trên bề mặt phân cách hạtđất Hơn nữa, bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất cũng làm giảm áp lực trước và sau khi nảy mầm như tạo váng đất và làm cho đất khô nhanh Woodhouse và Johnson [57] đã bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào cát silic làm khô trong không khí (0,2-2,0mm) giúp tăng... Pb(II) Polyme được sử dụng một vài lần nhờ tái sinh mà không bị mất khả năng hấp phụ và thay đổi tính chất chọn lọc Một loạt các hydrogel bao gồm AA và AM tạo lưới với trimetylolpropan triacrylat (TMPTA) được Chauhan và cộng sự [14] tổng hợp sử dụng chất khơi mào APS Hydrogel tiếp tục được chức hoá bằng cách thu phân một phần và được đặc trưng bởi SEM, FTIR, phân tích nitơ và nghiên cứu sự hấp thụ nước ... tài Nghiên cứu chế tạo sử dụng polyme siêu hấp thụ nước làm chất hấp thu xử lý môi trường kết nghiên cứu cá nhân hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Khôi ThS Nguyễn Thanh Tùng thu c Phòng Vật liệu Polyme, ... 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu, chế tạo polyme siêu hấp thụ nước 1.1.1 Trên giới Polyme siêu hấp thụ nước polyme ưa nước tạo lưới nhẹ hấp thụ, trương giữ nước tới vài trăm lần khối lượng... tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước 2.2.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện phản ứng tới độ hấp thụ nước polyme siêu hấp thụ nước - ảnh hưởng hàm lượng chất tạo lưới: Tổng hợp polyme siêu hấp thụ nước