Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại Cr(VI) trong môi trường nước của polyaniline (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HỒ THỊ THU HIỀN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Cr(VI) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA POLYANILINE Chun ngành: Cơng nghệ hóa học Mã số: 60.52.75 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS LÊ MINH ĐỨC Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm Phản biện 2: TS Châu Thanh Nam Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng ngày tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng Thư viện trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nƣớc khơng phƣơng tiện nhiều hoạt động đời sống mà thành tố thiết yếu tạo nên thể ngƣời Có thể khẳng định thiếu nƣớc ngƣời khơng thể tồn Ngồi tác động trực tiếp đến chất lƣợng sống ngƣời, xuống cấp nghiêm trọng nguồn nƣớc số lƣợng lẫn chất lƣợng kéo theo hệ lụy nghiêm trọng đến hệ sinh thái tồn nguồn nƣớc nhƣ thực vật, động vật hệ vi sinh vật Ở Việt Nam tồn thực trạng nƣớc thải hầu hết sở sản xuất đƣợc xử lí sơ chí thải trực tiếp mơi trƣờng Hậu môi trƣờng nƣớc kể nƣớc mặt nƣớc ngầm nhiều khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức ngƣời, siết chặt cơng tác quản lí mơi trƣờng việc tìm phƣơng pháp nhằm loại bỏ ion kim loại nặng, hợp chất hữu độc hại vấn đề cấp bách Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi mơi trƣờng nhƣ: phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi ion, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học…Trong phƣơng pháp hấp phụ phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp khác Việc nghiên cứu tạo loại vật liệu hấp phụ thu hút đƣợc nhiều quan tâm nhà khoa học Hƣớng nghiên cứu ứng dụng polyme dẫn làm vật liệu hấp phụ để xử lý mơi trƣờng có kết bƣớc đầu, mở hƣớng nghiên cứu sử dụng loại vật liệu Polyaniline (PANi) có khả trao đổi, hấp phụ số kim loại nặng PANi ổn định môi trƣờng nƣớc, dễ tổng hợp rẻ tiền Qua đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại Cr(VI) môi trƣờng nƣớc vật liệu polyaniline” đƣa đƣợc đánh giá khả hấp phụ nhƣ yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ kim loại nặng loại vật liệu hấp phụ Mục đích nghiên cứu Bằng phƣơng pháp hóa học, tổng hợp vật liệu hấp phụ PANi, vật liệu sau tổng hợp khảo sát khả hấp phụ ion kim loại Cr(VI) vật liệu hấp phụ môi trƣờng nƣớc đánh giá khả hấp phụ với mẫu nƣớc thải công nghiệp thực tế Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng đƣợc nghiên cứu PANi Cr(VI) phạm vi nghiên cứu quy mơ phòng thí nghiệm Khoa Hóa- Trƣờng Đại học Bách khoa- ĐHĐN Phƣơng pháp thiết bị nghiên cứu Thực tổng hợp PANi phƣơng pháp hóa học, khảo sát tính chất PANi phƣơng pháp: Phƣơng pháp kính hiểm vi điện tử quét (SEM) phƣơng pháp phổ hấp thu hồng ngoại (FTIR), phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử (AAS), phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lựơng TGA phƣơng pháp hấp phụ (mơ hình hấp phụ langmuir) Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đánh giá đƣợc khả hấp phụ ion kim loại Cr(VI) vật liệu hấp phụ PANi mơi trƣờng nƣớc từ tìm trình chuẩn để tạo vật liệu hấp phụ xử lí mơi trƣờng Kết đề tài góp phần vào việc tìm đƣợc loại vật liệu có khả ứng dụng xử lí môi trƣờng đem lại hiệu kinh tế cao Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ 1.1.1 Hiện tƣợng hấp phụ 1.1.2 Hấp phụ vật lý 1.1.3 Hấp phụ hóa học 1.2 HẤP PHỤ TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC 1.3 CÂN BẰNG HẤP PHỤ 1.3.1 Dung lƣợng hấp phụ cân 1.3.2 Hiệu suất hấp phụ 1.4 CÁC MƠ HÌNH CƠ BẢN CỦA Q TRÌNH HẤP PHỤ 1.4.1 Mơ hình động học hấp phụ 1.4.2 Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ 1.5 TỔNG QUAN VỀ POLYMER DẪN 1.6 POLYANILINE (PANi) 1.6.1 Tổng quan 1.6.2 Cấu trúc polyaniline 1.6.3 Phân loại PANi 1.6.4 Tính chất polyaniline 1.6.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả dẫn điện PANi 1.6.6 Phƣơng pháp tổng hợp polyanline 1.6.7 Ứng dụng polyaniline 1.7 TÍNH CHẤT ĐỘC HẠI CỦA CROM 1.8 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.8.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) 1.8.2 Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) 1.8.3 Phƣơng pháp phổ tán sắc lƣợng tia X (EDX) 1.8.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ CHƢƠNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1 Dụng cụ 2.1.2 Thiết bị - Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sỹ) - Tủ sấy Jeio tech ( Hàn Quốc) - Rây 0,09mm - Máy hút chân khơng - Bình hút ẩm - Kính hiển vi điện tử quét SEM-EDX Jeol 6490 – JED 2300 (Nhật Bản) - Máy quang phổ hồng ngoại FTIR (Fourrier Transformation InfraRed) - Máy khuấy từ tạo hỗn hợp đồng 2.1.3 Hóa chất - Nƣớc cất lần - Anilin (độ tinh khiết > 99,5%) - K2Cr2O7 - H2SO4 (98%) - Ammonium persulfate (APS, 98%) - NaOH - HCl - Axeton - Metanol 2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Tổng hợp PANi theo phƣơng pháp hóa học Tổng hợp PANi có nhiều phƣơng pháp, nhiên đề tài sử dụng phƣơng pháp hóa học để tổng hợp PANi, q trình thí nghiệm đƣợc thực phòng thí nghiệm Trƣờng ĐHBK Đà Nẵng 2.2.2 Xác định vi cấu trúc màng PANi Vi cấu trúc màng PANi đƣợc xác định phƣơng pháp SEM thực kính hiển vi điện tử quét SEM-EDX Jeol 6490 – JED 2300 (Nhật Bản) Mẫu đƣợc gửi đo Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam 2.2.3 Xác định thành phần màng PANi Thành phần PANi đƣợc xác định phƣơng pháp FTIR máy quang phổ hồng ngoại FTIR (Fourier Transformation InfraRed) trƣờng Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng 2.2.4 Phƣơng pháp đo nhiệt trọng lực TGA Cân khoảng 0,5mg mẫu đƣợc sấy khơ cân điện tử Sau cho lần lƣợt vào lọ đốt platin đặt máy điều nhiệt với tốc độ 100C/phút Mẫu đƣợc đo máy NETZSCH STA 409/PC/PG trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2.5 Phƣơng pháp phổ tán sắc lƣợng tia X (EDX) Xác định thành phần pha PANi phƣơng pháp EDX mẫu đƣợc gửi trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu – Viện Khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam 2.2.6 Phƣơng pháp phổ hấp phụ nguyên tử AAS Dung dịch sau hấp phụ xong đƣợc lọc, bỏ bã gửi để xác định nồng độ ion kim loại Cr(VI) dung dịch sau hấp phụ phƣơng pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu – Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam 2.2.7 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ ion kim loại Cr(IV) vật liệu hấp phụ + Nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ + Thời gian hấp phụ + Liều lƣợng chất hấp phụ + Môi trƣờng pH dung dịch + Dung lƣợng hấp phụ cực đại vật liệu + Áp dụng với mẫu nƣớc thải công nghiệp 2.3 CHUẨN BỊ DUNG DỊCH Cr(VI) CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 TỔNG HỢP PANI BẰNG PHƢƠNG PHÁP HĨA HỌC 3.1.1 Hóa chất thiết bị 3.1.2 Tổng hợp Mẫu đƣợc tổng hợp theo trình tự sau: lấy 0,91ml monomer Anilin 0,2M phân tán 70,69ml nƣớc cất cho vào bình định mức 100ml + 8,4ml dung dịch H2SO4 đậm đặc 1M, tiến hành khuấy nhiệt độ phòng (250C) máy khuấy từ 4h Cho 2,28gam chất oxi hóa amonipesunfat (APS) vào 20ml nƣớc cất khuấy đều, sau cho vào buret nhỏ từ từ xuống bình định mức khuấy trộn từ 30 phút đến 60 phút, nhận thấy phản ứng xảy từ phút cho chất oxi hóa vào Màu hỗn hợp chuyển sang màu xanh đen dần Tiếp tục khuấy vòng 9h Sau tắt máy khuấy, để dung dịch qua đêm tiến hành lọc Hỗn hợp đƣợc lọc phễu lọc chân khơng, suốt q trình lọc dùng nƣớc cất rửa liên tục pH=7, rửa dung dịch axeton : methanol theo thể tích 1:1 để loại bỏ hết monomer dƣ sản phẩm, lấy sản phẩm cho vào đĩa thủy tinh sạch, sấy khô sản phẩm nhiệt độ 600C 4h, sau cho mẫu vào lọ thủy tinh có nút mài cất giữ bình hút ẩm[12] Hình 3.1 PANi sau tổng hợp 3.2 PHỔ HỒNG NGOẠI CỦA PANi TRƢỚC HẤP PHỤ Hình 3.2 Phổ FITR PANi trước hấp phụ Dựa vào tài liệu [16] phân tích phổ hồng ngoại PANi, tiến hành đọc phổ đồ PANi thu đƣợc trƣớc hấp phụ, thu đƣợc kết phân tích nhƣ sau: + Trong vùng từ 3423- 2924 cm-1 Đặc trƣng cho dao động hóa trị liên kết N-H C-H thơm C6H5-H + Trong vùng từ 1560-1482 cm-1 Đặc trƣng cho dao động hóa trị nhóm liên kết vòng Quinoid, nhóm C=C vòng thơm PANi hƣớng tới hình thành trạng thái dẫn PANi Trùng với tài liệu đƣợc công bố trƣớc [9] + Trong vùng 1297-1105 cm-1 Là đặc trƣng cho dao động liên kết C-N vòng thơm N-quinoid-N Kết phân tích phổ hồng ngoại chứng tỏ mẫu thu đƣợc có cấu trúc PANi dạng muối PANi thu đƣợc trạng thái oxy hóa nhƣ tài liệu cơng bố [14] 3.3 KẾT QUẢ ẢNH SEM CỦA PANi TRƢỚC HẤP PHỤ Hình 3.3 Ảnh chụp SEM PANi Từ hình 3.3 ta nhìn thấy PANi tạo thành có cấu trúc xốp nên thuận lợi cho việc hấp phụ ion kim loại nặng nƣớc Kích thƣớc hạt khoảng 0,5-2µm, PANi có dạng sợi tƣơng đối đồng với cấu trúc dạng sợi độ dẫn điện PANi tăng lên đáng kể [19] 3.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ CỦA PANi 3.4.1 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI) PANi 10 Bảng 3.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI) pH Ct (mg/l) Cs (mg/l) q (mg/g) H (%) 10,12 3,95 3,03 60,5 10,12 2,08 4,02 79,45 10,12 2,82 3,34 66,8 10,12 3,91 2,99 59,9 10,12 4,77 2,52 50,3 10,12 5,35 2,33 46,5 10,12 6,09 1,96 39,1 Hình 3.5 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cr(VI) Dựa vào bảng 3.1 đồ thị 3.5 ta thấy pH = hiệu suất hấp phụ Cr(VI) cao nhất, tăng pH hiệu suất hấp phụ vật hấp phụ giảm Khi pH dung dịch cao anion pha tạp đƣợc khử khỏi polymer Mạch polymer hầu nhƣ không mang điện, quay trở lại trạng thái khơng mang điện Ngồi dung dịch dicromat ln tồn cân bằng: 2CrO42- + 2H+ = Cr2O72- +H2O Trong môi trƣờng axit, cân dịch chuyển sang phải, làm tăng nồng độ Cr2O72-, hấp phụ Cr(VI) chủ yếu hấp phụ Cr2O72- Xét khối lƣợng Cr(VI) bị hấp phụ anion Cr2O72- tƣơng đƣơng với hai anion CrO42- Mặt khác, xét ảnh 11 hƣởng hiệu ứng không gian hấp phụ anion Cr2O72thuận lợi so với hấp phụ hai anion CrO42- Nhƣ vậy, nồng độ Cr2O72- dung dịch lớn nồng độ CrO42- lƣợng Cr(VI) bị hấp phụ cao [6] Ta chọn pH=2 cho khảo sát 3.4.2 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) PANi Tiến hành: Thời gian hấp phụ đƣợc khảo sát từ ÷120 phút Trong thời gian hấp phụ, mẫu đƣợc khuấy trộn liên tục khuấy từ nhiệt độ phòng Sau hấp phụ, mẫu đƣợc lọc, PANi đƣợc rửa sấy khô Dung dịch đƣợc gửi xác định nồng độ Cr(VI) sau hấp phụ Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu – Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam phƣơng pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) Kết đƣợc thể bảng 3.2 (a) (b) Hình 3.6 Dung dịch Cr(VI)trước (a) sau (b) xử lý hấp phụ PANi thời gian khác 12 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cr(VI) Thời gian Ct (mg/l) Cs (mg/l) q (mg/g) H (%) 10,25 6,22 2,02 39,32 10 10,25 4,52 2,87 55,90 20 10,25 2,88 3,69 71,90 30 10,25 2,38 3,94 76,78 60 10,25 1,97 4,14 80,78 90 10,25 1,69 4,28 83,51 120 10,25 1,48 4,39 85,56 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cr(VI) Kết thể bảng 3.2 hình 3.7 cho ta thấy thời gian hấp phụ tăng nồng độ Cr(VI) dung dịch sau hấp phụ giảm, đẫn đến hiệu suất hấp phụ dung lƣợng hấp phụ tăng lên Theo kết khảo sát sau khoảng 50 phút đƣờng biểu diễn phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ vào thời gian có xu hƣớng tăng chậm, gần nhƣ khơng đổi chứng tỏ hấp phụ vật liệu ổn định đạt đến cân hấp phụ Ở chọn khoảng thời gian 60 phút cho thí nghiệm 3.4.3 Ảnh hƣởng lƣợng chất hấp phụ đến hiệu suất PANi Tiến hành: Chuẩn bị bình dung dịch, bình chứa 50ml 13 dung dịch Cr(VI) có nồng độ 10,12ppm Dung dịch đƣợc điều chỉnh pH = Vật liệu hấp phụ PANi đƣợc cho vào bình với khối lƣợng 0,1 ÷ 0,7g/l Điều kiện hấp phụ: Thời gian 60 phút, khuấy trộn liên tục máy khuấy từ Dung dịch sau hâp phụ, đƣợc lọc gửi mẫu để xác định hàm lƣợng Cr(VI) phƣơng pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu –Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Kết thể bảng 3.3 Hình 3.8 Dung dịch Cr(VI) trước khảo sát ảnh hưởng lượng hấp phụ Hình 3.9 Dung dịch Cr(VI) sau khảo sát ảnh hưởng lượng hấp phụ 14 Bảng 3.3 ảnh hưởng liều hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Vật liệu hấp Ct(mg/l) Cs(mg/l) H(%) phụ(g/l) 0,1 10,12 7,31 27,77 0,2 10,12 5,45 46,15 0,3 10,12 3,18 68,58 0,4 10,12 1,98 80,43 0,5 10,12 1,25 87,65 0,6 10,12 1,13 88,83 0,7 10,12 1,09 89,23 Hình 3.10 Ảnh hưởng liều hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) đƣợc nghiên cứu thay đổi liều lƣợng chất hấp phụ từ 0,1 đến 0,7g nhiệt độ phòng Nhìn vào đồ thị ta thấy tăng liều lƣợng chất hấp phụ hiệu suất hấp phụ PANi có tăng lên đáng kể Khi lƣợng chất hấp phụ PANi tăng 0,5g/l hiệu suất hấp phụ tăng chậm dần gần nhƣ không đổi liều lƣợng hấp phụ lớn Điều đƣợc giải thích là: số lƣợng tâm hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ tăng Nhƣng nồng độ Cr(VI) dung dịch không tăng thêm, hấp phụ đạt bão hòa 15 3.4.4 Ảnh hƣởng nồng độ Cr(VI) ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ PANi Tiến hành: cân 0,1g PANi 50ml dung dịch Cr(VI) 10ppm cho vào lần lƣợt bình nón 100ml đƣợc đánh số thứ tự, pH dung dịch đƣợc điều chỉnh 2, thời gian hấp phụ 60 phút nồng độ Cr(VI) thay đổi từ 5÷70ppm, khuấy mẫu máy khuấy từ với tốc độ khuấy 150 vòng/phút thí nghiệm đƣợc tiến hành nhiệt độ phòng, dung dịch sau hấp phụ đƣợc lọc, bỏ bã đem gửi xác định nồng độ Cr(VI) lại phƣơng pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu – Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Kết đƣợc thể bảng 3.4 Hình 3.11 Dung dịch Cr(VI) trước khảo sát ảnh hưởng Cr(VI) ban đầu Hình 3.12 Dung dịch Cr(VI) sau khảo sát ảnh hưởng Cr(VI) ban đầu 16 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) đến khả hấp phụ Ct (mg/l) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs/q (g/l) H(%) 5,17 0,79 21,90 0,04 84,72 9,93 2,03 42,00 0,05 79,56 19,21 9,12 50,45 0,18 52,52 30,59 17,95 63,19 0,28 41,32 39,63 25,78 69,24 0,37 34,95 51,12 37,01 70,55 0,52 27,60 69,73 54,39 76,70 0,71 22,00 Hình 3.13 ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ Nhìn vào đồ thị 3.13 ta thấy tăng nồng độ Cr(VI) dung dịch hiệu suất hấp phụ giảm dần Điều đƣợc giải thích nồng độ Cr(VI) ban đầu thấp, trung tâm hoạt động bề mặt vật liệu hấp phụ chƣa đƣợc hấp phụ ion Cr(VI) Do lúc này, nồng độ Cr(VI) tăng hiệu suất hấp phụ tăng lên Tuy nhiên đến thời điểm đó, trung tâm đƣợc che phủ hết Cr(VI), khả hấp phụ vật liệu Cr(VI) giảm mạnh Bề mặt vật liệu hấp phụ trở nên bão hòa dần Cr(VI) [7] 17 3.5 ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir vật liệu hấp phụ Cr(VI) Dựa vào đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính biểu diễn phụ thuộc Ccb/q vào Ccb xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax số Langmuir Phƣơng trình Langmuir có dạng: C C   q qmax K L qmax Trong đó: qmax dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg Cr(VI)/g PANi), KL số thực nghiệm Langmuir (l/mg) Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mơ tả q trình hấp phụ có cấu trúc đồng nhất, ƣớc lƣợng dung lƣợng hấp phụ tối đa vật liệu hấp phụ [23] Chuẩn bị bình nón đánh số thứ tự, bình cho vào 0,1g vật liệu hấp phụ Thêm 50ml dung dịch Cr(VI) với nồng độ thây đổi từ 5÷70ppm Điều kiện hấp phụ: thời gian 60 phút, pH=2, khuấy trộn liên tục máy khuấy từ với tốc độ 150 vòng/phút, dung dịch sau hấp phụ đem lọc, bỏ bã, gửi mẫu để xác định nồng độ ion kim loại Cr(VI) lại dung dịch Bảng 3.5 ảnh hưởng Cr(VI) đến dung lượng hấp phụ Ct (mg/l) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs/q (g/l) 5,17 0,79 21,90 0,04 9,93 2,03 42,00 0,05 19,21 9,12 50,45 0,18 30,59 17,95 63,19 0,28 39,63 25,78 69,24 0,37 51,12 37,01 70,55 0,52 69,73 54,39 76,70 0,71 18 Hình 3.14 Đường hấp phụ đẳng nhiệt PANi Dựa vào số liệu thực nghiệm cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả tốt hấp phụ PANi Cr(VI) Từ kết thu đƣợc đồ thị hình 3.14 dựa vào phƣơng trình thực nghiệm 1.4 ta xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại PANi qmax = 83,33 (mg/g) số hấp phụ K= 0,285 thu đƣợc nằm khoảng thuận lợi cho hấp phụ chứng tỏ PANi tổng hợp theo phƣơng pháp hóa học vật liệu hấp phụ tƣơng đối tốt cho việc hấp phụ Cr(VI) gây ô nhiễm cho môi trƣờng 3.6 KẾT QUẢ PHỔ FTIR SAU HẤP PHỤ Hình 3.15 Phổ FTIR PANi sau hấp phụ Cr(VI) 19 Nhìn vào giản đồ phổ FTIR hình 3.15 ta thấy đỉnh peak có thay đổi bƣớc sóng chuyển từ cao sang thấp Điều chứng tỏ PANi Cr(VI) có tƣơng tác với 3.7 KẾT QUẢ SEM CỦA PANi SAU HẤP PHỤ Mẫu PANi sau đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp hóa học với tỉ lệ monomer aniline 0,2M chất oxi hóa APS 1:1 mơi trƣờng axit H2SO4 1M điều kiện thƣờng, mẫu thu đƣợc dạng bột, đem sấy khơ sau tiến hành hấp phụ điều kiện pH=2, thời gian 60 phút tốc độ khuấy máy khuấy từ 150 vòng/phút nồng độ Cr(VI) 20ppm Mẫu sau hấp phụ xong sấy khô dạng bột gửi chụp SEM Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu - Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Hình 3.16 Ảnh SEM PANi sau hấp phụ Dựa vào hình 3.16 ta thấy cấu trúc PANi sau hấp phụ Cr(VI) cấu trúc đỡ xốp diện tích bề mặt lớn so với vật liệu ban đầu Điều nói lên dƣờng nhƣ tâm hoạt tính PANi đƣợc lấp đầy Cr2O7 3.8 KẾT QUẢ CHỤP EDX CỦA MẪU PANi TRƢỚC VÀ SAU KHI HẤP PHỤ Mẫu PANi sau đƣợc tổng hợp thành cơng theo phƣơng pháp hóa học với tỉ lệ monomer aniline 0,2M chất oxi hóa APS 20 1:1 môi trƣờng axit H2SO4 1M điều kiên thƣờng, mẫu thu đƣợc dạng bột, đƣợc gửi chụp EDX Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu - Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Hình 3.17 EDX PANi trước hấp phụ Hình 3.18 EDX PANi sau hấp phụ 21 Hình 3.18 cho thấy ngồi ngun tử O, C S có thêm peak đặc trƣng Cr(VI) xuất giản đồ Chứng tỏ Cr(VI) đƣợc hấp phụ PANi 3.9 KẾT QUẢ ĐO PHÂN TÍCH NHIỆT TRỌNG LƢỢNG (TGA) Hình 3.19 TGA PANi trước hấp phụ Ở hình 3.19 ta thấy: tăng nhiệt độ lên khoảng 1000C khối lƣợng mẫu bắt đầu giảm bay hơi nƣớc mẫu, tiếp tục tăng nhiệt độ lên 200-3500C khối lƣợng mẫu giảm nguyên nhân phân hủy monomer dƣ lại sản phẩm đồng thời xảy phân hủy đime, trime, oligome tạo thành trình phản ứng Ở khoảng nhiệt độ từ 3600C 4000C phân hủy bắt đầu xảy mạnh mẽ hơn, khối lƣợng mẫu giảm mạnh phân hủy polime sản phẩm 22 Hình 3.20 TGA PANi sau hấp phụ Nhìn vào giản đồ hình 3.20 ta thấy ba bƣớc khối lƣợng giống nhƣ PANi trƣớc hấp phụ nhƣng từ 5000C đến 7000C ta thấy khối lƣợng mẫu gần nhƣ không đổi Ở nhiệt độ Cr(VI) chƣa thể bị phân hủy Khối lƣợng khơng đổi khối lƣợng Cr(VI) đƣợc hấp phụ PANi Điều cho ta thấy PANi hấp phụ Cr(VI) 3.10 XỬ LÝ MẪU NƢỚC THẢI CHỨA Cr(VI) CỦA CÔNG TY GROZ-BECKERT HẤP PHỤ CỦA PANi Mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI) đƣợc lấy cửa xả nƣớc thải hồ chứa nƣớc thải Công ty Groz-Beckert xã Đại Hiệp – huyện Đại Lộc – Tỉnh Quảng Nam Nƣớc thải đƣợc lấy bảo quản theo TCVN 4574-88 - Dụng cụ lấy mẫu: Chai polyetylen Lấy bình tam giác dung tích 100ml, cho vào bình 50ml nƣớc thải 0,3g PANi Tiến hành lần hấp phụ điều kiện thời gian 60 phút, pH =2, tốc độ khuấy máy khuấy từ 150 23 vòng/phút, tối ƣu cho hấp phụ Cr(VI) xác định đƣợc Sau hấp phụ xong tiến hành lọc sấy mẫu sau gửi đến trung tâm đo lƣờng chất lƣợng Thành Phố Đà nẵng để xác định hàm lƣợng Cr(VI) lại mẫu nƣớc thải kết sau đo đƣợc ta thu đƣợc số liệu bên dƣới Bảng 3.6 Kết tách loại Cr(VI) khỏi nước thải Ct (mg/l) Cs1 (mg/l) H1 (%) Cs2 (mg/l) H2 (%) 0,327 0,069 78,89 0,028 91,43 Sau hấp phụ lần hiệu suất hấp phụ đạt 78,89% nồng độ Cr(VI) dung dịch đạt tiêu chuẩn cho phép để nƣớc thải đổ vào khu vực nƣớc dùng giao thông, thủy lợi, tƣới tiêu cho trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản,… Khi hấp phụ lần hai hiệu suất hấp phụ đạt 91,43% nồng độ Cr(VI) đạt tiêu chuẩn cho phép nƣớc thải đổ vào khu vực lấy nƣớc cung cấp cho sinh hoạt theo TCVN 5945 – 2005 24 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu đề tài, đạt đƣợc số kết sau: Đã tổng hợp thành công vật liệu hấp phụ PANi phƣơng pháp hóa học Đã xác định đƣợc đặc trƣng bề mặt : cấu trúc phân tử, kích thƣớc vật liệu hấp phụ phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) kính hiểm vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy: PANi tạo thành có cấu trúc dạng sợi, kích thƣớc hạt tƣơng đối đồng 0,5-2µ Cấu trúc vật liệu tƣơng đối xốp thuận lợi cho trình hấp phụ kim loại nặng Bằng phƣơng pháp EDX, phân tích nhiệt trọng lực khẳng định tồn Cr(VI) đƣợc hấp phụ PANi Đã khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến hấp phụ PANi Cr(VI), kết thu đƣợc: + Khoảng pH tối ƣu để hấp phụ Cr(VI) xảy tốt pH=2 + Hiệu suất hấp phụ cực đại đạt thời gian tối đa 60 phút + Ảnh hƣởng Cr(VI) ban đầu đến hiệu suất hấp phụ không lớn + Ảnh hƣởng liều lƣợng hấp phụ đến hiệu suât hấp phụ, tăng lƣợng hấp phụ lên hiệu suất hấp phụ trình tăng Quá trình hấp phụ Cr(VI) PANi tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dung lƣợng hấp phụ Cr(VI) cực đại PANi đạt 83,33 mg/g Áp dụng thử nghiệm xử lí mẫu thải chứa Cr(VI) số nhà máy cho kết sau hai lần hấp phụ nồng độ Cr(VI) giảm xuống dƣới mức cho phép: hiệu suất hấp phụ lần 78,89% hiệu suất hấp phụ lần 91,43% ... đến khả hấp phụ kim loại nặng loại vật liệu hấp phụ Mục đích nghiên cứu Bằng phƣơng pháp hóa học, tổng hợp vật liệu hấp phụ PANi, vật liệu sau tổng hợp khảo sát khả hấp phụ ion kim loại Cr(VI). .. PHÁP HẤP PHỤ 1.1.1 Hiện tƣợng hấp phụ 1.1.2 Hấp phụ vật lý 1.1.3 Hấp phụ hóa học 1.2 HẤP PHỤ TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC 1.3 CÂN BẰNG HẤP PHỤ 1.3.1 Dung lƣợng hấp phụ cân 1.3.2 Hiệu suất hấp phụ 1.4... pháp hấp phụ (mơ hình hấp phụ langmuir) Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đánh giá đƣợc khả hấp phụ ion kim loại Cr(VI) vật liệu hấp phụ PANi môi trƣờng nƣớc từ tìm q trình chuẩn để tạo vật liệu hấp phụ