Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý Pb, Ni, Cr trong nước (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO QUẢN NANO, THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ Pb, Ni, Cr TRONG NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG PHÙNG KHÁNH NGUYÊN Hà Nội, Năm 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO QUẢN NANO, THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ Pb, Ni, Cr TRONG NƯỚC PHÙNG KHÁNH NGUYÊN CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS MAI VĂN TIẾN Hà Nội, Năm 2017 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme xốp cấu trúc nano giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano nước 1.2 Quá trình hấp phụ trao đổi ion vật liệu 1.2.1 Hấp phụ 1.2.2 Trao đổi ion 10 1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu polyme 16 1.3.1 Trùng hợp chuỗi 16 1.3.2 Các phương pháp thực phản ứng đồng trùng hợp gốc tự để tổng hợp vật liệu polyme 22 1.4 Tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano sở copolyme divinylbenzen-styren 24 1.4.1 Biến tính trực tiếp 25 1.4.2 Biến tính gián tiếp 25 1.5 Các mơ hình hấp phụ trao đổi ion xử lý nước thải 26 1.5.1 Xử lý công nghệ hấp phụ 26 1.5.2 Xử lý nước thải phương pháp trao đổi ion 27 1.6 Giới thiệu khái quát tác hại kim loại Chì, Niken, Crom mơi trường nước đến sức khỏe người 27 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 32 2.2.Hóa chất, dụng cụ thiết bị 32 2.2.1.Hóa chất 32 2.2.2 Dụng cụ, thiết bị 33 2.3 Phương pháp tổng hợp biến tính vật liệu polyme xốp 34 2.4 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến q trình tổng hợp tính chất vật liệu 36 2.4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ monome DVB/ST 36 2.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tiến khơi mào phản ứng K2S2O8 36 2.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 36 2.4.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 36 2.4.5 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác Ag2SO4 tới trình biến tính vật liệu 37 2.4.6 Ảnh hưởng hàm lượng axit sulfuric 37 2.5 Phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc tính chất vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano 37 2.5.1 Phân tích tính chất lý vật liệu polyme hấp phụ 37 2.5.2 Phân tích xác định hàm lượng nhóm trao đổi SO3H vật liệu 39 2.5.3 Các phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu polyme hấp phụ 39 2.6 Hiệu suất trình tổng hợp polyme 39 2.7 Đánh giá khả hấp phụ trao đổi vật liệu ứng dụng để xử lý ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ nước 40 2.7.1 Mô hình tĩnh 40 2.7.2 Khảo sát mơ hình động 42 2.8 Phân tích xác định Pb2+, Cr6+ Ni2+ phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử AAS theo TCVN 6193: 1996[10] 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1.Kết tổng hợp khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo vật liệu polyme xốp 45 3.1.1 Ảnh hưởng tỷ lệ DVB/ST đến khả hấp phụ trao đổi ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 45 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác khơi mào phản ứng K2S2O8 tới q trình tổng hợp tính chất vật liệu 46 3.2 Kết nghiên cứu biến tính vật liệu polyme xốp 48 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thực 48 phản ứng biến tính 48 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian thực biến tính vật liệu 49 3.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác Ag2SO4 đến khả hấp phụ trao đổi vật liệu polyme xốp biến tính 50 3.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng axit sulfuric biến tính tới dung lượng trao đổi hấp phụ vật liệu 52 3.3 Lựa chọn tối ưu hóa điều kiện phản ứng biến tính vật liệu 55 3.4 Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất vật liệu 56 3.4.1 Phân tích xác định tính chất lý vật liệu 56 Độ trương nở vật liệu là: 38,82% 57 3.4.2 Phân tích đặc trưng nhóm chức phương pháp phổ hồng ngoại IR 58 3.4.3 Phân tích hình thái cấu trúc bề mặt vật liệu chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 59 3.4.4 Phân tích xác định tính chất xốp vật liệu polyme 60 3.4.5 Kết phân tích nhiệt TGA 62 3.4.6 Kết tổng hợp phân tích đặc trưng cấu trúc vật liệu polyme xốp biến tính 63 3.5 Đánh giá khả hấp phụ trao đổi vật liệu ứng dụng để xử lý ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ nước 64 3.5.1 Mơ hình tĩnh 64 3.5.2 Khảo sát mơ hình hấp phụ động 71 3.5.3 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu ployme xốp biến tính Pb2+ 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Ảnh hưởng tỉ lệ DVB/ST đến hiệu suất tổng hợp vật liệu 45 Bảng 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác khơi mào K2S2O8 tới hiệu suất phản ứng hấp phụ trao đổi Pb2+, Cr6+ Ni2+của vật liệu sát .47 Bảng 3.3 Kết khảo sát hàm lượng Ag2SO4 ảnh hưởng đến khả hấp phụ trao đổi ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 51 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 tới hàm lượng nhóm trao đổi –SO3H 52 vật liệu polyme xốp biến tính .52 Bảng 3.5 Kết ảnh hưởng hàm lượng H2SO4 đến khả hấp phụ trao đổi Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 54 Bảng 3.6 Điều kiện tối ưu tổng hợp vật liệu polyme xốp 55 Bảng 3.7 Kết phân tích độ bền kéo vật liệu 56 Bảng 3.8 Kết phân tích độ bền nén vật liệu 56 Bảng 3.9 Kết phân tích độ trương nở vật liệu 57 Bảng 3.10 Kết phân tích xác định bề mặt riêng phân bố kích thước lỗ xốp theo BET vật liệu 61 Bảng 3.11 Kết khảo sát thời gian cân đạt cân hấp phụ trao trao đổi Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 64 Bảng 3.12 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả xử lý Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 66 Bảng 3.13 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ trao đổi cực đại vật liệu với Pb2+ 68 Bảng 3.14 Kết khảo sát dung lượng hấp phụ trao đổi cực đại vật liệu với 69 Cr6+ Ni2+ 69 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường hấp phụ Langmuir phụ thuộc Cf /q vào Cf 10 Hình 1.2 Quá trình trao đổi cation với ion đơi lập A+ pha nhựa chìm dung dịch chứa cation mục tiêu B+ .15 Hình 1.3 Quá trình trao đổi anion với A- ion đối lập pha nhựa chìm dung dịch chứa cation mục tiêu B- .15 Hình 1.4 Sơ đồ tổng hợp copolyme divinylbenzen-styren .25 Hình 1.5 Sơ đồ biến tính copoly (divinylbenzen-styren) đường trực tiếp 25 Hình 1.6 Sơ đồ biến tính polyme xốp đường gián tiếp 26 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình phản ứng tổng hợp biến tính vật liệu polyme xốp biến tính .35 Hình 2.2 Đồ thị xác định hệ số b Qmax 41 Hình 2.3 Mơ hình cột hấp phụ trao đổi động 42 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ DVB/ST đến dung lượng hấp phụ trao đổi Pb2+, Cr6+ Ni2+của vật liệu .46 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác khơi màoK2S2O8 tới dung lượng hấp phụ trao đổi Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 47 Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thực phản ứng biến tính tới khả hấp phụ trao đổi vật liệu ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ .49 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian biến tính tới khả hấp phụ trao đổi vật liệu ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ .50 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng Ag2SO4 đến khả hấp phụ 51 trao đổi vật liệuđối với ion Pb2+, Cr6+ Ni2+ 51 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 đến khả hấp phụ trao đổi vật liệu polyme xốp biến tính Pb2+, Ni2+ Cr6+ 53 Hình 3.7 Kết phân tích IR vật polyme xốp 58 Hình 3.8 Kết phân tích IR vật liệu polyme xốp biến tính 58 Hình 3.9 Vật liệu polyme xốp tỷ lệ (DVB/ST=3/1) 59 Hình 3.10 Vật liệu polyme xốp biến tính tỷ lệ (DVB/ST=3/1) .59 Hình 3.1 Vật liệu polyme xốp tỷ lệ (DVB/ST=2/1) 59 Hình 3.12 Vật liệu polyme xốp biến tính tỷ lệ (DVB/ST=2/1) .59 Hình 3.13 Sự phân bố kích thước lỗ mao quản vật liệu polyme xốp (tỷ lệ DVB/ST = 2/1) 60 Hình 3.14 Sự phân bố kích thước lỗ mao quản vật liệu polyme xốp biến tính ( tỷ lệ DVB/ST = 2/1) 60 Hình 3.15 Sự phân bố kích thước lỗ xốp vật liệu polymer (tỷ lệ DVB/ST = 2/1) theo BJH 60 Hình 3.16 Sự phân bố kích thước lỗ xốp vật liệu polyme biến tính (tỷ lệ DVB/ST = 2/1) theo BJH 60 Hình 3.17 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt đối N2 vật liệu polyme xốp xác định diện tích bề mặt 61 Hình 3.18 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt đối vật liệu polyme xốp biến tính xác định diện tích bề mặt .61 Hình 3.19 Kết phân tích nhiệt vật liệu polyme biến tính 62 (tỉ lệ DVB/ST= 2/1) 62 Hình 3.20 Kết phân tích nhiệt vật liệu polyme xốp 62 (tỉ lệ DVB/ST= 2/1) 62 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian cân đạt cân hấp phụ trao trao đổi Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 65 Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng cúa pH đến khả xử lý Pb2+, Cr6+ Ni2+ vật liệu 67 Hình 3.23 Đồ thị xác định dung lượng hấp phụ trao đổi cực đại vật liệu với Pb2+ 68 Hình 3.24 Đồ thị xác định dung lượng hấp phụ trao đổi cực đại vật liệu với Cr6+ 69 Hình 3.25 Đồ thị xác định dung lượng hấp phụ trao đổi cực đại vật liệu với Ni2+ 70 Hình 3.26 Đồ thị xác định nồng độ Pb2+ sau q trình hấp phụ trao đổi tốc độ Q = ml/phút; Q = ml/phút; Q = ml/phút 71 Hình 3.27 Đồ thị xác định nồng độ Cr6+ sau q trình hấp phụ trao đổi tốc độ Q = ml/phút; Q = ml/phút; Q = ml/phút 72 Hình 3.28 Đồ thị xác định nồng độ Ni2+thốt sau q trình hấp phụ trao đổi tốc độ Q = ml/phút; Q = ml/phút; Q = ml/phút 72 Hình 3.29 Đồ thị xác định nồng độ Pb2+ sau q trình hấp phụ trao đổi nồng độ ban đầu C0 = 50 ppm 100 ppm 73 Hình 3.30 Đồ thị xác định nồng độ Cr6+ sau q trình hấp phụ trao đổi nồng độ ban đầu C0 = 50 ppm 100 ppm 74 Hình 3.31 Đồ thị xác định nồng độ Ni2+ sau q trình hấp phụ trao đổi nồng độ ban đầu C0 = 50 ppm 100 ppm 74 Hình 3.32 Đồ thị xác định nồng độ Pb2+ sau trình hấp phụ trao đổi ứng với khối lượng vật liệu khác 0,5 g; g g .75 Hình 3.33 Đồ thị xác định nồng độ Cr6+ sau trình hấp phụ trao đổi ứng với khối lượng vật liệu khác 0,5 g; g g .75 Hình 3.34 Đồ thị xác định nồng độ Ni2+ sau trình hấp phụ trao đổi ứng với khối lượng vật liệu khác 0,5 g; g g .76 Hình 3.35 Đồ thị xác định nồng độ Pb2+ sau trình hấp phụ trao đổi đổi trình tái sử dụng vật liệu 77 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AAS: Phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử BET: Đo diện tích bề mặt DVB: Divinylbenzen DSC: Phân tích nhiệt vi sai quét IR: Phổ hồng ngoại KHTN- ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội SEM: Hiển vi điện tử quét ST: Styren TGA :Phân tích nhiệt trọng lượng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam VHLKHCNVN: Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam WHO: Tổ chức y tế giới ... Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả xử lý Pb, Ni, Cr nước , đặt mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng quy trình tổng hợp biến tính vật. ..oàn Pb2+ vật liệu xử lý hết 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong trình thực luận văn Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả xử lý Pb, Ni, Cr nước , học v... hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme xốp cấu trúc nano giới Vật liệu polyme xốp, cấu trúc nano loại vật liệu