Các điều kiện tổng hợp và ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, bước đầu thử nghiệm hấp phụ phẩm màu alizarin vàng

Khoá luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Có nhiều phương pháp xử lý chất ô nhiễm nước như: keo tụ, trao đổi ion, hấp phụ, kết tủa, trung hoà… Đặc biệt, phương pháp hấp phụ với việc sử dụng nhiều vật liệu hấp phụ khác than hoạt tính, silicagel, nhựa trao đổi ion, zeolite, vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (chitosan, xenlulo, …) có khả loại bỏ chất ô nhiễm nước mà phương pháp khác không xử l ý Tuy nhiên, trình sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý nước xuất số tượng không mong muốn tắc cột, trình lắng kéo dài làm ảnh hưởng đến tốc độ trình xử lý đòi hỏi hệ thống có quy mô lớn Để giải nhược điểm này, ta dung kĩ thuật hấp phụ tầng động sử dụng vật liệu hấp phụ có từ tính Trong khóa luận em nghiên cứu: “Các điều kiện tổng hợp ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính để xử lý chất ô nhiễm hữu cơ, bước đầu thử nghiệm hấp phụ phẩm màu Alizarin vàng” Hi vọng nghiên cứu đóng góp phát triển hướng công nghệ xử lý nước thải SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ [4 ] 1.1 Khái niệm Hấp phụ tích luỹ chất bề mặt phân tách pha Đây phương pháp nhiệt tách chất, cấu tử xác định từ hỗn hợp lỏng khí hấp phụ bề mặt chất rắn, xốp Trong đó: Chất hấp phụ chất có bề mặt xảy hấp phụ Chất bị hấp phụ chất tích luỹ bề mặt chất hấp phụ Pha mang hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ Quá trình ngược với trình hấp phụ trình giải hấp Đó trình chất hấp phụ khỏi lớp bề mặt Tuỳ theo chất lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ mà người ta chia hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học: Hấp phụ vật lý gây lực Vanderwals phân tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ Liên kết yếu dễ bị phá vỡ Hấp phụ hoá học gây lực liên kết hoá học bề mặt chất hấp phụ phân tử chất bị hấp phụ Liên kết bền, khó bị phá vỡ Cân hấp phụ: Quá trình chất khí chất lỏng hấp phụ bề mặt trinh thuận nghịch Các phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược lại pha mang Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất rắn nhiều tốc độ di chuyển ngược lại pha mang lớn Đến thời điểm đó, tốc độ hấp phụ tốc độ giải hấp trình hấp phụ đạt cân Tải trọng hấp phụ cân biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ trạng thái cân bằng, điều kiện nồng độ nhiệt độ cho trước SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp (Ci – Cf ) V q= m V: Thể tích dung dịch m: Khối lượng chất hấp phụ Ci: Nồng độ dung dịch đầu Cf: Nồng độ dung dịch đạt cân hấp phụ Cũng biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất hấp phụ đơn vị diện tích bề mặt chất hấp phụ (Ci – Cf).V q= m.S S: Diện tích bề mặt riêng chất hấp phụ 1.2 Các mô hình trình hấp phụ 1.2.1 Mô hình động học Sự tích tụ chất bị hấp phụ bề mặt vật rắn gồm hai trình: - Khuếch tán ngoài: khuếch tán phân tử chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn - Khuếch tán trong: khuếch tán phần tử bị hấp phụ vào lỗ xốp Như lượng chất bị hấp phụ bề mặt vật rắn phụ thuộc vào trình khuếch tán Tải trọng hấp phụ thay đổi theo thời gian tới trình hấp phụ đạt cân Gọi tốc độ hấp phụ biến thiên độ hấp phụ theo thời gian ta có: dx r= dt Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc vào biến thiên nồng độ theo thời gian thì: SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp dx r= = β (Ci – Cf) = k (Cm – q) dt β: hệ số chuyển khối Ci: Nồng độ chất bị hấp phụ pha mang thời điểm ban đầu Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ pha mang thời điểm t k: Hằng số tốc độ hấp phụ Cm: Tải trọng hấp phụ cực đại q: Tải trọng hấp phụ thời điểm t 1.2.2 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Đưòng đẳng nhiệt hấp phụ đường mô tả phụ thuộc tải trọng hấp phụ thời điểm vào nồng độ cân chất hấp phụ dung dịch thời điểm Các đường đẳng nhiệt hấp phụ xây dựng nhiệt độ đó, cách cho lượng xác định chất hấp phụ vào lượng cho trước dung dịch có nồng độ biết chất bị hấp phụ dung dịch Lượng chất bị hấp phụ tính theo công thức: m = ( Ci – Cf ).V (1.4) m : khối lượng chất bị hấp phụ Ci : Nồng độ đầu chất bị hấp phụ Cf : Nồng độ cân chất bị hấp phụ V : Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ a, Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Mô tả trình hấp phụ lớp đơn phân tử bề mặt vật rắn Phương trình Langmuir thiết lập với giả thiết sau [1]: - Các phần tử hấp phụ đơn lớp phân tử bề mặt chất hấp phụ (tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt trung tâm xác định) - Sự hấp phụ chọn lọc (mỗi trung tâm hấp phụ tiểu phân) - Giữa phần tử chất hấp phụ tương tác qua lại với - Bề mặt chất hấp phụ đồng mặt lượng, tức hấp phụ xảy chỗ nhiệt hấp phụ giá trị không đổi Hay bề mặt chất hấp phụ trung tâm hoạt động SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp Phương trình đẳng nhiệt Langmuir: q = Cm bC l + b.C l q: Tải trọng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) Cm: Tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g) b : Hằng số, lực vị trí liên kết bề mặt chất hấp phụ Khi b.Cl >1 q = Cm mô tả vùng hấp phụ bão hoà Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giới hạn đường đẳng nhiệt biểu diễn đoạn cong Để xác định số trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ta sử dụng phương pháp đồ thị cách đưa phương trình phương trình đường thẳng: Cl C = + l q b.C m C m Xây dựng đồ thị phụ thuộc C l / q vào Cl xác định số phương trình Langmuir q(mg/g) Cl/q Cm tgα N O Cf O Cl H1.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt H1.2: Sự phụ thuộc Cl/q vào Cl Langmuir Tgα = 1/Cm ON = b.C m b, Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Frenundrich SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp Đây phương trình thực nghiệm sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hoá học hay vật lý Các giả thiết phương trình sau: - Do tương tác đẩy phần tử, phần tử hấp phụ sau bị đẩy phần tử hấp phụ trước, nhiệt hấp phụ giảm tăng độ che phủ bề mặt - Do bề mặt không đồng nhất, phần tử hấp phụ trước chiếm trung tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, sau lại trung tâm hấp phụ có nhiệt hấp phụ thấp Phương trình biểu diễn hàm mũ; q = k Cf1/n Cf : Nồng độ cân chất bị hấp phụ q : Tải trọng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) k : Dung lượng hấp phụ (ái lực chất hấp phụ bề mặt chất hấp phụ) số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt yếu tố khác n : Cường độ hấp phụ, số phụ thuộc vào nhiệt độ >1 Phương trình Frenundrich phản ánh sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu vùng vùng hấp phụ đẳng nhiệt Để xác định số, ta đưa phương trình dạng đường thẳng: lg q = lg k + 1/n lg Cf q(mg/g) lgq tgβ O Cf(mg/l) Hình1.3.Đường đẳng nhiệt Frendlich tgβ=1/n SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 O lgC Hình1.4 Sự phụ thuộc lgqf vào lgCf OM=lgk Khoá luận tốt nghiệp 1.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ giải hấp [4 ] Hấp phụ trình phức tạp, chịu ảnh hưởng số yếu tố sau: Ảnh hưởng dung môi: Hấp phụ dung dịch hấp phụ cạnh tranh nghĩa chất tan bị hấp phụ mạnh dung môi bị hấp phụ yếu Dung môi có sức căng bề mặt lớn chất tan dễ bị hấp phụ Chất tan dung môi nước bị hấp phụ tốt so với dung môi hữu Độ xốp chất hấp phụ: Khi kích thước mao quản chất hấp phụ giảm hấp phụ từ dung dịch thường tăng lên Nhưng đến giới hạn đó, kích thước mao quản nhỏ cản trở vào chất bị hấp phụ Nhiệt độ: Khi tăng nhiệt đô phụ thuộc dung dịch giảm, nhiên cấu tử tan hạn chế, tăng nhiệt độ, độ tan tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng lên, khả hấp phụ tăng lên pH môi trường ảnh hưởng nhiều lên tính chất bề mặt chất hấp phụ chất bị hấp phụ dung dịch, nên ảnh hưởng tới trình hấp phụ Ngoài có yếu tố khác như: nồng độ chất tan dung dịch, áp suất chất khí, trình hấp phụ cạnh tranh chất bị hấp phụ CHITIN VÀ CHITOSAN 2.1 Giới thiệu chung - Chitin polysacarit phổ biến tự nhiên, đứng thứ sau xenlulozơ hàm lượng Chitin có vỏ hầu hết loài động vật giáp xác tôm, cua, mực…và loại côn trùng, sâu bọ [8 ] CH2OH CH2OH O O O OH NHCOCH3 O OH NHCOCH3 Hình 1.5: Cấu trúc Chitin SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp - Chitosan dẫn xuất Chitin, tạo cách đề axetyl hoá Chitin tác nhân hoá học, thường NaOH đặc nhiệt độ cao Trong tự nhiên,Chitosan tìm thấy tự nhiên (ở số loại nấm) nhiều so với Chitin CH2OH CH2OH O O O OH NH2 O OH NH2 Hình 1.6 Cấu trúc Chitosan 2.2 Điều chế Chitin Chitosan 2.2.1 Phân lập Chitin Chitin tách từ vỏ tôm, cua phương pháp hoá học Trong vỏ tôm, cua, chitin tồn với muối khoáng protêin, đó, quy trình chung để tách chitin loại bỏ muối khoáng (chủ yếu CaCO 3), protêin hợp chất màu để thu lấy Chitin Quá trình thường thực sau: Ban đầu, ngâm vỏ tôm, cua dung dịch HCl 10% nhiều giờ, sau lọc rửa nhiều lần nước đến trung tính để loại bỏ hết muối khoáng Vỏ tôm cua loại hết muối khoáng ngâm tiếp lượng dư NaOH 10% vỏ tôm trở nên Lúc đó, toàn lượng Protêin bị phân huỷ hết Tiến hành lọc, rửa nhiều lần nước đến trung tính, sấy khô thu chitin thô màu trắng ngà, phớt hồng Chất màu có chitin loại bỏ cách nhúng ngập Chitin H2O2 1% KMnO4 cho toàn màu phớt hồng chitin biến Tiến hành lọc, rửa nhiều lần nước, sau ancol axeton sấy khô đến khối lượng không đổi thu chitin sạch, màu trắng [2 ] 2.2.2 Điều chế Chitosan SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp Phương pháp chung để điều chế chitosan thực phản ứng đề axetyl hoá chitin Nguyên tắc phản ứng dùng kiềm đặc, dư nhiệt độ cao để cắt liên kết C – N nhóm axetamit chitin, phản ứng xảy nhanh số lượng liên kết C – N đứt tăng nhanh theo nồng độ kiềm nhiệt độ [2 ] CH2OH CH2OH OH O + NaOH O NHCOCH3 O OH O -COCH3 NH2 Hình 1.7 Sơ đồ điều chế Chitosan từ Chitin 2.3 Các tính chất vật lý Chitin Chitosan 2.3.1 Độ đề axetyl hoá chitosan: (DA) Độ đề axetyl hoá đặc tính quan trọng Chitosan Nó xác định hàm lượng nhóm amino tự mạch polysaccarit Độ đề axetyl hoá ảnh hưởng đến tất tính chất lý hoá chitosan (khối lượng phân tử, độ nhớt, tính tan…) Có nhiều phương pháp để xác định DA như: phổ hồng ngoại, phương pháp chuẩn độ thể tích, phương pháp phổ tử ngoại, chuẩn độ so màu, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H – NMR 2.3.2 Phân tử khối chitosan: Phân tử khối (PTK) Chitosan phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu phương pháp sản xuất Khối lượng phân tử chitin tự nhiên thường lớn 1.000.000 đvC sản phẩm chitosan kỹ thuật giảm xuống từ 10.000 – 12.000 đvC Trong trình điều chế Chitosan, điều kiện khắc nghiệt dẫn đến việc cắt mạch phân tử Chitosan Nói chung, yếu tố độ oxi hoà tan, nhiệt độ cao tác động biến dạng gây cắt mạch sản phẩm Chitosan Ở nhiệt độ cao > 280ºC phân huỷ nhiệt Chitosan xảy mạch Chitosan bị bẻ gãy nhanh SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Khoá luận tốt nghiệp Để xác định phân tử khối Chitosan, người ta sử dụng phương pháp khác như: phương pháp sắc ký, tán xạ ánh sáng, phương pháp đo độ nhớt… [5 ] 2.3.3 Tính tan chitosan: Chitosan không tan nước , dung dịch kiềm dung môi hữu tan nhiều dung dịch axit hữu pH < Axit axetic axit Fomic hai chất sử dụng rộng rãi để hoà tan Chitosan Một số dung dịch axit vô loãng như: HCl, HBr, HI, HNO 3, HClO4 hoà tan không đáng kể H 3PO4 loãng hoàn toàn không hoà tan H2SO4 loãng nhiệt độ thường Thực ra, Chitosan tan số dung dịch axit loãng proton hoá nhóm amin Do đó, tính tan Chitosan phụ thuộc vào độ đề axetyl hoá [5 ] 2.3.4 Các hiệu ứng dịch chuyển điện tử phân tử Chitin Chitosan, khả tạo phức Chitosan Trong phân tử Chitin Chitosan có nhóm – OH có khả tạo phức với kim loại chuyển tiếp Trong phân tử Chitosan có nhóm amin - NH2 H N H Nguyên tử Nitơ nhóm amin đôi điện tử tự Do đó, chúng hoạt động chất cho điện tử có khả tạo phức với ion kim loại chuyển tiếp nhờ liên kết phối trí đôi điện tử tự với obitan d trống ion kim loại chuyển tiếp Sự hình thành phức obitan- ion kim loại phụ thuộc vào số yếu tố: - Mật độ nhóm amin (phụ thuộc độ đề axetyl hoá) - Hoạt tính nhóm amin (phụ thuộc cấu tạo hình học phân tử Chitosan: dạng sợi, hạt, màng hay dung dịch chitosan) SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 10 Khoá luận tốt nghiệp Kết biểu đồ cho thấy vật liệu M5 để khô điều kiện nhiệt độ thấp có tải trọng hấp phụ cao q M5 = 99,53mg/g Điều cho thấy điều kiện sấy có ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu Trong điều kiện sấy thường, lúc đầu phân tử nước bay qua màng chitosan, nước bay màng co lại, thể tích hạt giảm hình thành hạt có kích thước nhỏ hơn: 0,5 - 1mm Nguyên nhân làm giảm khả hấp phụ lớp màng bao bọc toàn phần chitosan/Fe3O4 bên trong, ngăn cản tiếp xúc với phân tử Alizarin Khi vật liệu làm khô điều kiện nhiệt độ thấp, phân tử nước lòng bị đóng băng phần sau bay áp suất thấp Quá trình để lại lỗ xốp rỗng lòng vật liệu mà không làm phá vỡ cấu trúc mạng vật liệu, làm tăng bề mặt riêng vật liệu, kết làm tăng khả hấp phụ vật liệu Qua kết so sánh khả hấp phụ loại vật liệu, lựa chọn M5 làm vật liệu thí nghiệm 3.3: Khảo sát khả hấp phụ vật liệu 3.3.1: Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu: Nước thải thường có pH khác tùy theo đặc trưng nguồn thải Vật liệu ứng dụng để xử lý nước thải, pH yếu tố ảnh hưỏng trực tiếp đến khả hấp phụ vật liệu Để sử dụng vật liệu đạt hiệu suất cao tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH để tìm pH tối ưu cho việc sử dụng vật liệu Thí nghiệm tiến hành sau: Cân xác 0,3g vật liệu cho vào bình 250ml ; thêm vào 100ml dung dịch Alizarin 300mg/l, điều chỉnh pH khoảng từ 10 Đem lắc 1,5h lọc lấy dung dịch xác định lại nồng độ Alizarin vàng Kết bảng 3.5: Bảng 3.5: Kết ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu Nồng độ đầu (mg/l) pH SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Nồng độ sau hấp phụ (mg/l) q (mg/g) 29 Khoá luận tốt nghiệp 300 1,12 236,97 21,01 300 2,45 182,25 39,25 300 3,06 136,5 54,5 300 4,57 62,13 79,29 300 5,16 32 89,34 300 6,27 1,577 99,47 300 7,68 1,415 99,53 300 8,13 31,56 89,482 300 9,37 172,98 42,34 300 10 211,62 29,46 Hình 3.8: Đồ thị ảnh hưởng pH SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 30 Khoá luận tốt nghiệp Ảnh hưỏng pH đến khả hấp phụ vật liệu thể đồ thị Khi pH < pH > 7,5 khả hấp phụ vật liệu thấp Khi pH = 7,5 khả hấp phụ tốt nhất, tải trọng hấp phụ q = 99,5mg/g Từ kết thu chọn pH = - 7,5 khoảng pH tối ưu cho việc hấp phụ vật liệu 3.3.2: Khảo sát thời gian cân hấp phụ Khảo sát tìm thời gian cân hấp phụ cần thiết để tính toán thời gian trình công nghệ đưa vật liệu vào sử dụng Tiến hành khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu sau: Cân xác 0,3g vật liệu M5 vào bình nón 250ml ; thêm vào 100ml dung dịch Alizarin vàng 300mg/l, điều chỉnh pH = – 7,5 sau đem lắc điều kiện khoảng thời gian khác từ 0,5 - 3h, lọc lấy dung dịch đem xác định lại nồng độ Alizarin vàng Kết thí nghiệm thu đây: Bảng 3.6: Kết ảnh hưởng thời gian Nồng độ đầu (mg/l) 300 300 300 300 300 300 Thời gian(h) 0,5 1,5 SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 Nồng độ cuối (mg/l) 300 2,667 2,296 1,53 1,438 1,368 q(mg/g) 99,111 99,235 99,49 99,52 99,54 31 Khoá luận tốt nghiệp 99.6 99.5 q (mg/g) 99.4 99.3 99.2 99.1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Thêi gian (h) Hình 3.9: Đồ thị ảnh hưởng thời gian Kết thực nghiệm thu cho thấy tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần theo thời gian, sau thời gian hấp phụ khoảng 2h trình hấp phụ đạt cân bằng, tải trọng hấp phụ thời điểm cân q cb = 99.5mg/g Từ kết thực nghiệm thu chọn thời gian t = 2h thời gian hấp phụ tối ưu vật liệu 3.3.3: Xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu: Sau khảo sát ảnh hưởng pH ảnh hưởng thời gian tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ vật liệu pH = – 7,5 thời gian 2h Tiến hành thí nghiệm sau: Cân xác 0,3 g vật liệu vào bình nón 250 ml; thêm vào 100 ml dung dịch Alizarin vàng có nồng độ khác nhau; tiến hành lắc điều kiện, sau 2h lọc lấy dung dịch xác định lại nồng độ Alizarin vàng Kết thu sau: Bảng 3.7 Kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Nồng độ đầu (mg/l) 126,16 Nồng độ sau hấp phụ (Cs) (mg/l) 0,771 SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 q (mg/g) Cs/q 41,796 0,018 32 Khoá luận tốt nghiệp 146,134 180,928 215,722 275,515 320,619 332,895 340,34 380,062 1,183 1,827 2,742 3,992 5,948 9,608 20,067 69,317 48,317 59,699 70,993 90,508 104,89 107,096 106,758 103,58 0,024 0,031 0,0386 0,044 0,057 0,089 0,188 0,669 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ dung dịch đầu Co tăng tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần Dựa vào số liệu thực nghiệm thu vẽ đồ thị phụ thuộc Cs/q vào Cs theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cho vật liệu M5 mô tả hình 3.11: SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 33 Khoá luận tốt nghiệp Hình 3.11: Đường biểu diễn phụ thuộc Cs/q vào Cs Sự phụ thuộc Cs/q vào Cs mô tả theo phương trình: Y = 0,0095x + 0,006 Ta có tgα = 1/qmax → qmax = 1/tqα = 1/0,0095 = 105,263 (mg/g) Như kết tính toán theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir qmax = 105 mg/g 3.3.4:Khảo sát ảnh hưởng chất khác đến khả hấp phụ vật liệu: 3.3.4.1: Khảo sát ảnh hưởng cation kim loại Theo tài liệu thu thập cho thấy vật liệu hấp phụ có từ tính chế tạo từ Chitosan oxit sắt từ có khả hấp phụ ion khác Cd 2+, As(V), Cr(VI)… Trong thí nghiệm em tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng ion Cd2+ đến khả hấp phụ Alizarin vàng vật liệu Thí nghiệm sau: Cân xác 0,3 g vật liệu cho vào bình tam giác 250ml, thêm vào 100ml dung dịch bao gồm: Alizarin 300 mg/l, Cd 2+ nồng độ biến đổi từ 100 – 500 mg/l ; lắc, sau 2h lọc lấy dung dịch đem xác định lại nồng độ Alizarin vàng dung dịch Kết sau: Bảng 3.7: Kết ảnh hưởng cation kim loại SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 34 Khoá luận tốt nghiệp Co (mg/l) Alizarin 300 300 300 300 300 CsAlizarin (mg/l) q(mg/g) Cd2+ 100 200 300 400 500 3,39 3,55 3,78 4,57 5,5 98,87 98,817 98,74 98,477 98,167 Hình 3.12: Đồ thị ảnh hưởng cation kim loại Kết thu cho thấy nồng độ Cd2+ dung dịch tăng dần khả hấp phụ Alizarin vật liệu giảm dần Như vậy, phẩm màu Alizarin vàng bị hấp phụ cạnh tranh ion kim loại 3.3.4.2: Khảo sát ảnh hưởng phẩm màu khác đến khả hấp phụ vật liệu: Trong nước thải bao gồm nhiều loại phẩm màu hữu khác Do vậy, ứng dụng vật liệu cần xét đến ảnh hưởng phẩm màu khác đến khả hấp phụ vật liệu Tiến hành khảo sát ảnh hưởng phẩm Thymol xanh SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 35 Khoá luận tốt nghiệp Thí nghiệm tiến hành sau: Cân xác 0,3 g vật liệu; thêm vào 100 ml dung dịch bao gồm: Alizarin vàng 300 mg/l Thymol xanh nồng độ biến đổi từ 100 – 500 mg/l; lắc, sau 2h lọc lấy dung dịch đem xác định lại nồng độ Alizarin vàng lại dung dịch Kết sau: Bảng 3.9: Kết ảnh hưởng Thymol xanh đến khả hấp phụ Alizarin vàng vật liệu Nồng độ đầu Alizarin vàng 300 300 300 300 300 Lượng Thymol xanh thêm vào 100 200 300 400 500 Nồng độ cuối Alizarin (mg/l) 2.883 7.65 40.35 45.86 48.82 q (mg/g) 99.039 97.45 86.55 84.713 83.727 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Thymol xanh đến khả hấp phụ Alizarin vàng vật liệu SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 36 Khoá luận tốt nghiệp Kết thu cho thấy nồng độ Thymol xanh dung dịch tăng dàn khả hấp phụ Alizarin vàng vật liệu giảm xuống rõ rệt Như vậy, phẩm màu Alizarin vàng có bị hấp phụ cạnh tranh Thymol xanh 3.4: Khảo sát khả giải hấp vật liệu: 3.4.1: Ảnh hưởng dung dịch rửa giải đến khả giải hấp vật liệu: Giải hấp tái sử dụng vật liệu yếu tố quan trọng định khả ứng dụng vật liệu Tiến hành khảo sát khả giải hấp vật liệu, bước đầu sử dụng dung dịch rửa giải HCl, NaOH NaCl Ta tiến hành hấp phụ Alizarin vàng vật liệu hấp phụ chitosan kết hợp oxit sắt từ theo phương pháp hấp phụ động ( cho dung dịch Alizarin vàng chảy qua cột chứa vật liệu hấp phụ với tốc độ ml/ph) Chuẩn bị cột Buret, nhồi 0,5 g vật liệu hấp phụ vào cột, sau cho 100 ml dung dịch Alizarin vàng chảy qua cột, thu dung dịch chảy qua cột Dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ Alizarin vàng lại dung dịch, từ tính lượng Alizarin hấp phụ vào vật liệu 2,732 mg Giải hấp dung dịch HCl, NaOH NaCl 1M cho cột Buret Dùng phương pháp trắc quang xác định nồng độ Alizarin vàng dung dịch sau giải hấp, từ tính hàm lượng % Alizarin vàng giải hấp Kết trình bày đây: Bảng 3.10: Kết giải hấp dung dịch rửa giải Dung dịch rửa Nồng độ Alizarin dung giải HCl NaOH NaCl dịch sau giải hấp (mg/l) 9.0921 16.7526 16.4166 SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 % Giải hấp 33.28 61.32 60.09 37 Khoá luận tốt nghiệp Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn kết giải hấp dung dịch giải hấp khác Từ kết thu cho thấy vật liệu có khả giải hấp dung dịch rửa giải HCl, NaOH NaCl Tuy nhiên khả rửa giải NaOH NaCl cao HCl Dung dịch HCl 1M sau 3h rửa giải 33%, NaCl 1M NaOH 1M sau 3h rửa giải 60% So sánh khả giải hấp dung dịch rửa giải lựa chọn NaCl làm dung dịch rửa giải để tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch rửa giải đén khả giải hấp vật liệu 3.4.1: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch rửa giải đến khả giải hấp vật liệu: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaCl dến khả giải hấp vật liệu nhằm tìm nồng độ NaCl tối ưu cho trình giải hấp Thí nghiệm sau: Chuẩn bị cột Buret, nhồi 0,5 g vật liệu hấp phụ bão hòa vào cột sau cho 100 ml dung dịch NaCl có nồng độ biến đổi từ 0,1 – M chảy qua cột, thu dung dịch chảy qua cột Dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng dộ Alizarin vàng có dung dịch, từ tính SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 38 Khoá luận tốt nghiệp nồng độ Alizarin vàng sau giải hấp tính % Alizarin vàng giải hấp Kết trình bày đây: Bảng 3.11: Số liệu ảnh hưởng nồng độ dung dịch rửa giải NaCl đến khả giải hấp vật liệu STT Nồng độ dung dịch rửa giải (mol/l) Nồng độ Alizarin vàng có dung dịch (mg/l) % giải hấp 0.1 0.5 1.5 2.5 9.75 11.62 16.4 17.83 14.59 10.46 7.89 35.68 42.53 60.02 65.27 53.41 38.27 28.89 Hình 3.15: Đồ thị biểu thị ảnh hưởng nồng độ dung dịch rửa giải NaCl Kết thu cho thấy nồng độ dung dịch NaCl nhỏ 1M lớn 2M khả rửa giải thấp Khi nồng độ dung dịch NaCl từ – M hiệu suất giải hấp đạt tương đối cao >50 %, nồng độ dung dịch NaCl 1,5M hiệu suất giải hấp đạt 65% Do lựa chọn dung dịch NaCl 1,5M làm dung dịch rửa giải SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 39 Khoá luận tốt nghiệp 3.4.3: Khảo sát khả giải hấp vật liệu dung dịch NaCl: Để đánh giá khả giải hấp vật liệu dung dịch NaCl 1,5M tiến hành rửa giải lần, lần 100 ml dung dịch NaCl 1,5M Dùng phương pháp trắc quang xác định nồng độ Alizarin vàng dung dịch sau giải hấp, từ tính hàm lượng % Alizarin vàng giải hấp Kết bảng sau: SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 40 Khoá luận tốt nghiệp Bảng 3.12: Số liệu giải hấp vật liệu NaCl Số lần giải hấp Abs Nồng độ Alizarin có dung dịch sau giải hấp (mg/l) % giải hấp 0.739 0.184 0.045 0.02 0.023 -0.025 17.55 4.65 1.424 0.83 0.9 0.03 64.23 81.25 86.47 89.51 92.81 92.93 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn khả giải hấp vật liệu NaCl Kết thu cho thấy vật liệu có khả giải hấp tương đối tốt Sau lần giải hấp hiệu suất giải hấp đạt khoảng 60%, hiệu suất giải hấp tăng theo số lần giải hấp Sau lần giải hấp hiệu suất đạt H5 > 90% KẾT LUẬN SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 41 Khoá luận tốt nghiệp Sau thời gian nghiên cứu thu số kết sau: Bước đầu khảo sát điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính cho thấy: Dung dịch chitosan 50 g/l thuận lợi cho trình phân tán oxit sắt từ vào chitosan cách đồng Sau phủ oxit sắt từ tạo liên kết ngang, vật liệu thu có từ tính bền môi trường axit Để khô điều kiện nhiệt độ thấp làm tăng bề mặt riêng vật liệu, đó, làm tăng khả hấp phụ vật liệu Khảo sát khả hấp phụ Alizarin vàng vật liệu M5 tạo liên kết ngang Glutaraldehyt để khô nhiệt độ thấp cho thấy: • pH tối ưư cho hấp phụ: – 7,5 • Thời gian đạt cân hấp phụ: • Tải trọng hấp phụ cực đại: qmax = 105 mg/g • Ảnh hưởng yếu tố khác đến khả hấp phụ Alizarin vàng vật liệu: + Ảnh hưởng Cd2+: Ảnh hưởng không đáng kể + Ảnh hưởng phẩm Thymol xanh: Có hấp phụ cạnh tranh rõ ràng, nồng độ Thymol xanh dung dịch tăng dần khả hấp phụ Alizarin vàng giảm xuống rõ rệt Đã nghiên cứu khả giải hấp vật liệu: Vật liệu có khả giải hấp dung dịch: HCl, NaCl NaOH Trong sử dụng NaCl hiệu suất cao (H > 90%) thuận tiện nên chọn NaCl làm dung dịch rửa giải TÀI LIỆU THAM KHẢO SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 42 Khoá luận tốt nghiệp Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nxb Thống kê, Hà Nội (2002) Lưu Văn Chính, Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính sinh học số dẫn xuất từ Chitin, Luận án Tiến sĩ hoá học Viện hoá học hợp chất thiên nhiên (2001) Ngô Sĩ Lương, Hà Văn Vân, Tuyển tập công trình khoa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2001 Nguyễn Xuân Nguyên (2003), Nước thải công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, HN Phan Hữu Điển, Đặng Lan Hương, Trịnh Đức Hưng, Nông Quốc Khánh, Châu Văn Minh (1994 – 1995), Khả hấp phụ ion kim loại lên chitin, chitosan hoạt tính xúc tác phức Cu (II) – chitin, Cu (II) – chitosan phản ứng oxy hóa pha lỏng, Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa học, Viện hóa học hợp chất thiên nhiên, HN Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB – KHKT, 1999 Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung, Giáo trình Hoá học phân tích, Khoa Hoá học, Trường ĐHKHTN Hà Nội Trịnh Cường, Phạm Hữu Điển, Phan Văn Kiệm, Châu Văn Minh, Đào Văn Tường (1998), Một số nghiên cứu chitin từ vỏ sam đuôi tam giác Việt Nam, Tạp chí hóa học, Tập 36, Số Gregory L Rorrer, Tzu – yang Hsien, Synthesis of Porous – magnetic chitosan beads for removal of cadmium ions from waste water, Ind Eng Chem Res, Vol 32,2170 – 2178,1993 SV: Đặng Thị Lan Anh - MT801 43 [...]... độ từ tính của vật liệu [6 ] Kết hợp các tài liệu tham khảo trên cho thấy Chitosan kết hợp oxit sắt từ có khả năng xử lý chất màu hữu cơ anion Vì vậy em thực hiện nghiên cứu đề tài Các điều kiện tổng hợp và ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, bước đầu thử nghiệm hấp phụ phẩm màu Alizarin vàng Nội dung gồm các phần sau: - Khảo sát các điều kiện thích hợp để tổng hợp. .. ứng dụng trong công nghệ xử lý nước, nước thải Dưới tác dụng của từ trường các hạt vật liệu hấp phụ sẽ lắng và tách ra khỏi dung dịch nhanh hơn, do vậy làm tăng tốc độ quá trình xử lý, tái sinh vật liệu và giảm quy mô hệ thống [5 ] Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước bằng vật liệu hấp phụ có từ tính Nhiều loại polyme tổng hợp đã được sử dụng làm vật liệu hấp phụ, tuy nhiên, nhược điểm của các loại vật. .. nghiên cứu hấp phụ hợp chất màu hữu cơ lên than có từ tính Than có từ tính được tạo thành bằng quá trình phân bố than hoạt tính có kích thước cỡ nhỏ vào trong cấu trúc của oxyt sắt từ Vật liệu này có khả năng hấp phụ nhiều loại hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất màu hữu cơ: triphenylmetan, heteropolycyclic, hợp chất màu chứa nhóm azo Bên cạnh đó cũng có nhiều nghiên cứu và phát triển các tác nhân... công nghệ mỹ phẩm 3 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH TRONG XỬ LÝ NƯỚC Phương pháp hấp phụ được dùng dể loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước và nước thải Người ta thường dùng kĩ thuật hấp phụ tầng cố định, trong kĩ thuật này các vật liệu hấp phụ được nhồi vào các cột có đường kính từ 0,1 – 1,5 m, chiều cao có thể lên tới 10 m Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi đi qua vật liệu. .. hoạt tính cao và khả năng lựa chọn khá tốt đối với các lớp chất thơm và kim loại nặng Năm 2004 – 2005 nhóm nghiên cứu trường ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội dã nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính xử lý các chất ô nhiễm vô cơ khá hiệu quả Các vật liệu polyme mang từ tính có nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học: kĩ thuật gen, phân lập tế bào, cố định enzym, tách AND Đặc điểm từ tính. .. năng hấp phụ Alizarin của vật liệu giảm dần Như vậy, phẩm màu Alizarin vàng bị hấp phụ cạnh tranh bởi các ion kim loại 3.3.4.2: Khảo sát ảnh hưởng của phẩm màu khác đến khả năng hấp phụ của vật liệu: Trong nước thải luôn bao gồm nhiều loại phẩm màu hữu cơ khác nhau Do vậy, khi ứng dụng vật liệu cần xét đến ảnh hưởng của phẩm màu khác đến khả năng hấp phụ của vật liệu Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của phẩm. .. Khả năng khuếch tán của hợp chất màu lên Chitosan tương tự như đối với Xenlulo [5 ] 2.4 Ứng dụng Chitin và Chitosan trong xử lý môi trường [2,5 ] Chitin và chitosan có nhiều ứng dụng trong thực tế, trong các lĩnh vực như y học, thực phẩm, mỹ phẩm, công nghệ xử lý môi trường và các quy trình công nghệ khác Trong công nghệ xử lý môi trường, Chitosan được sử dụng làm vật liệu hấp phụ tách ion kim loại nặng... dung lượng hấp phụ cực đại đạt 518 mg/g đối với kích thước hạt khoảng 1mm, 188mg/g đối với kích thước hạt 3mm Việc đưa thêm thành phần từ tính lên chitosan không làm chitosan mất đặc tính của nó mà còn làm vật liệu có thêm từ tính Ngoài ra các hạt từ tính còn làm tăng khả năng hấp phụ của loại vật liệu này nhờ lực từ tính Việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các loại vật liệu hấp phụ có từ tính được... có thể giải thích rằng do liên kết ngang gắn các phân tử chitosan với nhau cho nên vật liệu sau khi tạo liên kết ngang có độ bền cơ, lý, hóa hơn Vật liệu không bị trương nở hay phôi ra trong môi trường pH thấp 3.2: Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng hấp phụ của vật liệu 3.2.1: Ảnh hưởng của liên kết ngang tới khả năng hấp phụ của vật liệu Phản ứng tạo liên kết ngang có tác dụng làm vật liệu. .. vậy, các nhà khoa học ngày càng chú ý đến cải thiện tính chất của các vật liệu có từ tính Tác giả Xiaoning An và các cộng sự nghiên cứu chế tạo chitosan có từ tính bằng cách phủ sắt bari lên chitosan để biến tính và tạo liên kết ngang bằng glutaraldehyt và epochlorohydryl Gần đây nhiều nhà khoa học đã có những nghiên cứu, ứng dụng vật liệu từ tính trong lĩnh vực xử lý môi trường Ivo Safarik đã công