Nghiên cứu tổng hợp màng chitosan nano fe3o4

Nghiên cứu tổng hợp màng chitosan nano fe3o4

Mục Lục Chương I TỔNG QUAN I.1 Tổng quan nguồn nước ô nhiễm .3 I.1.1 Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước I.1.2 Tình trạng nhiễm nguồn nước nước ta kim loại nặng I.1.3 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng .5 I.2 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường sức khỏe người I.2.1 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường I.2.2 Ảnh hưởng kim loại nặng đến sức khỏe người I.3 Giới thiệu Crom I.3.1 Nguồn gốc phân bố Crom .9 I.3.2 Tính chất độc hại Crom 10 I.4 Một số phương pháp xử lý kim loại nặng nước 11 I.4.1 Phương pháp kết tủa hóa học 11 I.4.2 Phương pháp trao đổi ion 12 I.4.3 Phương pháp điện hóa 13 I.4.4 Phương pháp sinh học 13 I.5 Xử lý kim loại nặng nước phương pháp hấp phụ .14 I.5.1 Hiện tượng hấp phụ .14 I.5.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ giải hấp 15 I.6 Giới thiệu vật liệu hấp phụ màng chitosan-nano Fe3O4 15 I.6.1 Giới thiệu nano Fe3O4 .15 I.6.2 Giới thiệu chitin-chitosan 18 I.6.3 Một số nghiên cứu sử dụng màng chitosan-nano Fe3O4 làm vật liệu hấp phụ 25 Luận văn tốt nghiệp Chương II MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 II.1 Mục đích nghiên cứu .26 II.2 Nội dung nghiên cứu 26 II.3 Phương pháp nghiên cứu phòng thí nghiệm 26 II.3.1 Dụng cụ hóa chất 26 II.3.2 Phương pháp xác định Cr6+ 27 II.3.3 Phương pháp quy trình tạo màng chitosan-nano Fe3O4 28 II.3.4 Phương pháp xác định khả hấp phụ Cr6+ màng chitosan-nano Fe3O4 29 Chương III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32 III.1 Kết đường chuẩn xác định Cr(VI) phương pháp đo UV-Vis 32 III.2 Kết khảo sát yếu ảnh hưởng đến trình tạo màng 33 III.3 Kết khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ Cr 6+ 35 Chương IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .38 Chương V TÀI LIỆU THAM KHẢO .38 Chương I Luận văn tốt nghiệp Chương I TỔNG QUAN I.1 Tổng quan nguồn nước nhiễm Ơ nhiễm nước thay đổi thành phần chất lượng nước không đáp ứng mục đích sử dụng khác nhau, vượt tiêu chuẩn cho phép có ảnh hưởng xấu đến đời sống người sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinh vật nước I.1.1 Các tác nhân gây nhiễm mơi trường nước Có nhiều tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước: - Trong nước thải đô thị chứa lượng lớn ion Cl -, SO42-, Na+, K+… - Trong nước thải công nghiệp, ngồi ion kể có chất vơ có độc tính cao hợp chất Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F Ngoài có tác nhân khác : a) Các chất hữu cơ: - Các chất hữu dễ bị phân hủy sinh học như: Cacbonhidrat, protein, chất béo… thường có mặt nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm Chất hữu dễ bị phân huỷ sinh học thường ảnh hưởng có hại đến nguồn lợi thuỷ sản, bị phân huỷ chất làm giảm oxy hồ tan nước, dẫn đến chết tơm cá chúng có nồng độ thấp môi trường b) Dầu mỡ: - Dầu mỡ chất khó tan nước, tan dung mơi hữu Chúng có thành phần hóa học phức tạp Trong dầu thơ có hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại Do chúng có độc tính cao tương đối bền mơi trường nước Luận văn tốt nghiệp c) Các vi sinh vật gây bệnh: - Các vi sinh vật thường vi khuẩn, virút, động vật đơn bào, giun sán Chúng gây bệnh hay truyền bệnh cho người Một số vi sinh vật sống lâu, dai mối nguy hiểm tiềm tàng cho người I.1.2 Tình trạng nhiễm nguồn nước nước ta kim loại nặng Theo báo cáo Liên Hiệp Quốc đến năm 2020, nhu cầu nước phục vụ cho công nghiệp tăng gấp đôi so với tại, nhu cầu hộ gia đình cho sinh hoạt tăng 130%, 40% dân số giới sống vùng thiếu nước trầm trọng Cụ thể 70% diện tích trái đất nước có 2,5% nước Mặc khác, khoảng 01% nước dễ dàng tiếp cận lại tập trung sông núi băng Tại Việt Nam, mức độ ô nhiễm khan nước tình trạng báo động, ảnh hưởng đến đời sống, sinh hoạt người dân: - Khoảng 17.2 triệu người ( 21.5 % dân số ) chưa tiếp cận nguồn nước (theo Viện Y học lao động Vệ sinh môi trường) - Khoảng 9.000 người tử vong năm nguồn nước vệ sinh (theo thống kê Bộ Y tế Bộ Tài nguyên – Môi trường) - Khoảng 200.000 người mắc bệnh ung thư phát năm mà ngun nhân nhiễm nguồn nước (theo thống kê Bộ Y tế Bộ Tài nguyên – Môi trường) - Khoảng 30% người dân chưa nhận thức tầm quan trọng nước (theo đánh giá Bộ Y tế) - Khoảng 21% dân số sử dụng nguồn nước bị nhiễm Asen (theo báo cáo Bộ Tài nguyên – Môi trường) - Các nhà máy khai thác hàng triệu m nước ngầm ngày cung cấp cho sinh hoạt sản xuất Nhưng điều đáng lo ngại nguồn nước bị nhiễm mặn, nhiễm kim loại nặng ô nhiễm nặng Đặc biệt, thành phố lớn Hà Nội, Tp HCM, Bình Dương, Đồng Nai, Hải Phòng, Cần Thơ, Đà Nẵng,…nguồn nước bị ô nhiễm trầm trọng vượt mức cho phép gấp 3, lần tốc độ thị hóa, cơng nghiệp hóa, (theo đánh giá Cục Môi trường – Bộ Tài nguyên – Mơi trường) Do đó, việc xử lý nước nhà máy, xí nghiệp, hay xử lý nước thải tập Luận văn tốt nghiệp trung khu cơng nghiệp điều thật cần thiết đòi hỏi giám sát chặt chẽ, thường xuyên quan chức I.1.3 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng - Ô nhiễm KLN nguy hiểm, nguyên nhân gây ô nhiễm KLN chủ yếu từ hoạt động khai thác mỏ, sản xuất công nông nghiệp, khí thải từ phương tiện di chuyển người - Các nguồn gốc gây ảnh hưởng KLN đáng ý từ thuốc từ sâu, phân bón, bùn thải từ cống rãnh, hoạt động khai thác mỏ a) Thuốc trừ sâu - Thuốc trừ sâu vô quan trọng nơng nghiệp cần thiết cho trồng Các hóa chất arsenate, calci arsenate đồng sulfate sử dụng để diệt loại nấm, vi khuẩn gây bệnh loài động vật chân đốt Thế ion kim loại khó tan chúng có xu hướng tích tụ lại nước Chẳng hạn vườn táo Ontario, sau kiểm tra người ta nhận thấy nồng độ Chì khoảng 890ppm < 25ppm, nồng độ arsenic khoảng 126ppm < 10ppm cao - Đã có vụ ngộ độc thực phẩm ăn phải thực phẩm ô nhiễm Hay vụ chết động vật hàng loạt uống ăn phải nguồn thực phẩm nhiễm ion kim loại b) Bùn cống rãnh - Bùn cống rãnh thường thu sau xử lý nước thải thị Nó ưa chuộng chứa chất hữu hàm lượng nito photpho cao Thế lượng bùn thu sau xử lý nước thải công nghiệp lại chứa lượng lớn kim loại độc, chứng tỏ có biển đổi khủng khiếp trình xử lý nước Thế nên việc sử dụng bùn cho nông nghiệp trồng, vơ tình gây ảnh hưởng ngược lại đến hạt giống nguồn đất Luận văn tốt nghiệp c) Hoạt động khai thác sản xuất kim loại - Các hoạt động khai thác mỏ để sản xuất kim loại gây ảnh hưởng lớn đến môi trường thải lượng lớn kim loại độc Tùy theo loại mỏ mà kim loại nặng thải tương ứng Nhưng đa số giai đoạn khai thác sản xuất thải lượng kim loại độc đáng kể - Theo thống kê môi trường xung quanh lò nấu kim loại gây ảnh hưởng nặng Như lò nấu nikel- đồng Sudbury, xưởng đúc đồng Gusum, Thụy Điển, lò nấu chì- kẽm Avenmouth, Anh Cuộc khảo sát điểm chung lò là: Sự xuất kim loại gần nguồn tỉ lệ gây nhiễm tăng nhiêu, có vùng tỉ lệ tăng theo cấp số mũ, đặc biệt ô nhiễm vùng đất Cây cối, thực vật bị suy giảm, sức sống bị suy yếu Nguồn sinh thái bị giảm mạnh, q trình tạo khống bị chậm yếu Nguyên nhân lượng kim loại độc thải nhiều, gây ức chế phá hủy trình trao đổi chất hấp thu chất dinh dưỡng thực vật I.2 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường sức khỏe người I.2.1 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường - Với hàm lượng nhỏ kim loại nặng nguyên tố vi lượng cần thiết cho sức khỏe người, động vật thực vật Chúng tham gia tạo nên enzym, vitamin, đóng vai trò quan trọng q trình trao đổi chất… hàm lượng lớn có tính độc hại cao Khi thải môi trường số ion kim loại nặng tích tụ lại đất, bên cạnh có ion kim loại khác lại hòa tan tác nhân khác Điều này, tạo điều kiện cho ion kim loại nặng phân tán rộng rãi đến nguồn nước, đất, mạch nước ngầm,… - Khi nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng, vơ tình sử dụng nguồn nước tươi tiêu cho trồng, kim loại nặng qua Do đó, kim loại nặng vào thể nguồn đường ăn uống, nguy hại đến sức khỏe người lẫn Luận văn tốt nghiệp trồng Khi đó, chúng làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái gây hậu nghiêm trọng mà người khó lường trước - Về mặt sinh hóa, kim loại nặng có lực lớn với gốc –SH- –SCH 3của enzym thể người Chúng làm cản trở trình tổng hợp protein thể làm hoạt tính enzym - Tóm lại, nhiễm kim loại nặng làm suy thái nguồn tài nguyên nước, mạch nước ngầm, đất, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái động thực vật, thủy sinh Gây bệnh tật, biến chứng người đặc biệt làm chết động thực vật I.2.2 Ảnh hưởng kim loại nặng đến sức khỏe người Kim loại nặng vào thể người liên kết với protein nằm lâu thể tạo thành phức kim loại- protein, tích tụ lâu nhiều thể gây nhiễm độc Khả gây độc phụ thuộc vào nhiều yếu tố : độ tuổi, tình trạng sức khỏe, y tế, cách sống, điều kiện sống, … Nhiễm kim loại nặng gây nhiều bệnh nghiêm trọng: ung thư, bệnh thần kinh, xương khớp, da,… Ảnh hưởng số kim loại nặng đến sức khỏe người : a) Asen (As) - Asen loại kim màu xám bạc, độc dạng hợp chất Asen không gây mùi vị khó chịu, khơng màu, nên khơng thể phát cảm quan Thường tồn dạng hợp chất asenua asenat Trong thể asen tồn dạng Methyl asen (As3+) - Trong Asen hữu có nguồn gốc tự nhiên từ phân hủy lồi cá, hải sản, khơng có độc tính đào thải nhanh chóng khỏi thể người, Asen vơ lại có độc tính mạnh ví ơng vua loại chất độc Luận văn tốt nghiệp - Trong tự nhiên, asen thường nằm lớp trầm tích vỏ trái đất, nên dễ nhiễm vào mạch nước ngầm nước bề mặt - Khi xâm nhập vào thể người, dù hàm lượng nhỏ gây ảnh hưởng đến sức khỏe người : gây hoại tử vết loét tay, chân, làm rối loạn sắc tố da, sừng hóa gan bàn tay, chí liên quan đến bệnh tiểu đường, tim mạch, ung thư bàng quang, ung thư gan * Asen có nhiều ứng dụng: - Nhiều loại thuốc trừ sâu, chất độc nông nghiệp - Sử dụng nuôi dưỡng động vật, cụ thể Hoa Kỳ phương pháp ngăn ngừa bệnh kích thích phát triển - Cũng sử dụng kỹ thuật mạ đồng pháo hoa… b) Cadmium (Cd) - Cadmium thuộc nhóm IIB bảng phân loại tuần hoàn kim loại q Nó khơng có sinh học thiết yếu lại có tính độc hại cao cho thực vật động vật Cadmium thường tích tụ nhiều thận người, gây rối loại chức thận Cadium thường vào thể người đường thức ăn ngày - Những nguồn đất bị ô nhiễm Cd gây thường vùng khai thác mỏ, nấu chảy Cd Zn, ô nhiễm khơng khí từ khu cơng nghiệp, nhiễm từ việc phân hủy pin hay vật dụng nhựa, rác thải từ cống rãnh, hay việc đốt nguyên liệu hóa thạch - Cd có nhiều ứng dụng: làm bảo vệ cho thép; hợp kim khác; chất màu ( cho chất nhựa, lớp men, lớp tráng men lớp kính); tạo chất làm cho lớp kính, lớp nhựa, lớp men; Ni-Cd làm pin khô sử dụng tạp chất khác, kể điều khiển lò phản ứng hạt nhân c) Chì (Pb) - Chì loại chất độc có ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái Chì thuộc nhóm ngun tố IV bảng hệ thống tuần hoàn, chúng thường tồn dạng Pb(II), Pb(IV) Trong môi trường chúng tồn dạng ion Pb 2+ hợp chất vô lẫn Luận văn tốt nghiệp hữu Chì dễ cáng mỏng, dễ định hình nên thường dùng rộng rãi công nghiệp ( sơn công nghiệp, ắc quy, luyện kim, xúc tác, ) - Chì sử dụng rộng rãi, thải ngồi mơi trường chúng thường tồn lâu Ảnh hưởng đến hệ sinh thái, chuỗi thức ăn trao đổi chất người, động vật thực vật.Chì biết chất gây ảnh hưởng đến thần kinh, trí não trẻ nhỏ d) Thủy ngân (Hg) - Thủy ngân người sử dụng hàng ngàn năm đặc biệt y sinh, điều chế thuốc Thế nhưng, thủy ngân chất cực độc với người động vật bậc cao Thủy ngân hữu ankyl Hg chất cực độc với người, loại methyl Hg gây ảnh hưởng mạnh đến hệ thần kinh Phát độc tính thủy ngân trường hợp tỉnh Mirnamata Nhật Bản người dân bị ngộ độc ăn phải có chức methyl Hg cao, vài loài thú ăn phải có chứa methyl Hg Đức (1948-1965) I.3 Giới thiệu Crom I.3.1 Nguồn gốc phân bố Crom - Crom nguyên tố thuộc chu kì 4, nhóm VIB, số thứ tự 24 hệ thống bảng tuần hồn Có khối lượng ngun tử 51,996 đvC cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d54s1 Crom có hóa trị từ đến - Crom tìm thấy dạng quặng Crom sắt (FeO.Cr2O3) Nó dùng luyện kim, mạ điện chất nhuộm màu thuộc da Gần nửa quặng cromit giới khai thác Nam Phi, bên cạnh Kazakhstan, Ấn Độ Thổ Nhĩ Kỳ khu vực khai thác đáng kể Các trầm tích cromit chưa khai thác nhiều, mặt địa lý chúng tập trung Kazakhstan miền nam châu Phi - Trong nước tự nhiên Crom thường tồn dạng Cr(III) Cr(VI) - Cr(III) tồn dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2+ Cr(OH)4- - Cr(VI) tồn dạng CrO42- Cr2O72- Luận văn tốt nghiệp - Crom nguyên tố vi lượng khơng cần thiết cho trồng lại nguyên tố cần thiết cho động vật lượng giới hạn định, hàm lượng vượt giới hạn gây độc hại Crom tìm thấy RNA vài sinh vật với khối lượng nhỏ Sự vắng mặt Crom sinh vật dẫn đến suy giảm độ bền protein liên hợp - Các hợp chất crom tìm thấy mơi trường đất, nước bào mòn đá, quặng chứa crom cung cấp từ nguồn núi lửa Nồng độ đất khoảng đến 3000 mg/kg, nước từ đến 800µg/l, sơng hồ từ 26µg/l đến 5,2 mg/l - Mối quan hệ Cr(III) Cr(VI) phụ thuộc chủ yếu vào giá trị pH đặc điểm oxy hóa quặng hầu hết trường hợp Cr(III) chủ yếu, vài nơi nước ngầm chứa tới 39µg tổng crom với 30µg Cr(VI) I.3.2 Tính chất độc hại Crom - Trong nước, Crom tồn hai dạng Cr(III) Cr(VI) Sự hấp thụ Crom vào thể người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá Cr(VI) hấp thụ qua dày, ruột nhiều Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà hấp thụ) thấm qua màng tế bào Nếu lượng Cr (III) hấp thụ 1% lượng Cr(VI) hấp thụ lên đến 50% Tỷ lệ hấp thụ qua phổi khơng xác định được, có lượng đáng kể đọng lại phổi phổi nơi chứa nhiều Crom a) Phương thức nhiễm độc - Có đường mà Crom xâm nhập vào thể : hơ hấp, tiêu hố tiếp xúc trực tiếp với da Con đường xâm nhập đào thải Crom thể người chủ yếu qua đường thức ăn, Cr(VI) vào thể dễ gây biến chứng, tác động lên tế bào tạo phát triển tế bào không nhân gây ung thư, nhiên với hàm lượng cao Crom làm kết tủa protein, axit nucleic gây ức chế hệ thống men Dù xâm nhập vào thể theo đường Crom 10 Luận văn tốt nghiệp Như mơi trường axit, nhóm NH chitosan kết hợp với proton H+ trở nên mang điện tích dương có khả tham gia liên kết tạo phức với anion Cr2O72- Dưới tác dụng lực hút tĩnh điện, anion Cr 2O72- tiến đến gần cation - NH3+ tạo liên kết cách đóng góp điện tử, tạo thành phức khơng tan Ngược lại pH dung dịch có giá trị cao lúc nhóm chức chitosan bị proton H + chuyển mức oxi hóa thấp dẫn đến trình trao đổi ion dương dung dịch g) Các ứng dụng chitosan  Ứng dụng y học thực phẩm - Chitosan có khả gây ức chế hoạt động số loại vi khuẩn E.Coli Một số dẫn xuất chitosan tiêu diệt số loại nấm hại đến dâu tây, cà rốt, đậu có tác dụng tốt bảo quản loại rau có vỏ cứng bên ngồi Có thể bảo quản loại thực phẩm tươi sống, đông lạnh bao gói chúng màng mỏng dễ phân hủy sinh học thân thiện với môi trường Trong thực tế ngày nay, người ta sử dụng màng chitosan để đựng bảo quản loại rau đào, dưa chuột, đậu, bưởi v.v Màng chitosan dai, khó xé rách, có độ bền gần tương đương với số chất dẻo dùng làm bao gói - Nhờ vào tính ưu việt chitosan, thêm với đặc tính khơng độc, tương thích với thể người, tự phân huỷ, nên chitosan ứng dụng rộng rãi có hiệu kỹ thuật bào chế dược phẩm, làm thuốc chữa bỏng, giảm đau, thuốc hạ cholesterol, thuốc chữa bệnh dày, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữa xương khớp chống bệnh ung thư  Ứng dụng xử lý nước - Nước thải từ hoạt động khai thác mỏ, mạ kim loại, nhà máy điện, chế tạo thiết bị điện đặc biệt hoạt động tổ hợp nhiên liệu hạt nhân, sở quốc phòng, v.v có chứa KLN có độc tính cao Crơm, Cadimi, Chì, Thuỷ ngân, Nikel, Đồng… cần phải xử lý trước thải ngồi mơi trường Các phương pháp như: kết tủa hoá học, oxy hoá-khử, lọc học, trao đổi ion, tách màng, hấp phụ vật liệu than… phương pháp sử dụng rộng rãi để tách KLN 24 Luận văn tốt nghiệp - Hấp phụ sinh học phương pháp dùng vật liệu sinh học để thực trình tách kim loại hay hợp chất hạt khỏi dung dịch Trong năm gần phương pháp đánh giá phương pháp hiệu kinh tế kĩ thuật để loại bỏ KLN gây nhiễm bẩn nguồn nước mặt nhiều loại nước thải cơng nghiệp Có nhiều loại chất hấp phụ khác có khả tách kim loại khỏi dòng thải với chi phí thấp chitosan lại có dung lượng hấp phụ cao Chitosan có khả hấp phụ tốt kim loại nặng có nhóm amino tự cấu trúc chitosan tạo thành tiến hành deactyl hố chitin Các phức chelat làm cho khả hấp phụ kim loại tăng lên gấp 5-6 lần so với chitin Và đặc biệt ghép số nhóm chức vào khung cấu trúc chitosan làm tăng khả hấp phụ kim loại chitosan lên nhiều lần I.6.3 Một số nghiên cứu sử dụng màng chitosan-nano Fe 3O4 làm vật liệu hấp phụ - Một nhóm nghiên cứu thuộc Phòng nghiên cứu kỹ thuật cơng trình qn đội Mỹ kết hợp Trung tâm nghiên cứu & quản lý chất thải Ủy ban quản lý tài nguyên thiên Trường đại học Tổng hợp Illinois kết hợp loại vật liệu hấp phụ sinh học với màng chitosan nhơm oxit Vật liệu màng chitosan biến tính giá thể compoxit sứ - nhôm oxit hấp phụ đạt kết 153,8mg Cr(VI)/g (với nồng độ ban đầu Cr(VI) 1000mg/l) Các yếu tố ảnh hưởng cấu trúc lỗ, độ phân bố kích thước lỗ xốp giá trị pH tới dung lượng hấp phụ rõ rệt Ở giá trị pH thấp, dung lượng hấp phụ tăng Sự có mặt ion sunfat clorua nồng độ cao làm giảm khả hấp phụ kim loại[16] - Ở Việt Nam năm gần nhà nghiên cứu nước bắt đầu quan tâm đến chitin/ chitosan Nhiều sở nghiên cứu như: Đại học thủy sản Nha Trang, trung tâm Cao phân tử - Viện Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội tiến hành nghiên cứu, tách chiết chitin, chitosan từ vỏ tôm phế thải chuyển hóa thành nhiều sản phẩm có giá trị ứng dụng cao thực tế 25 Luận văn tốt nghiệp Chương II MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp màng chitosan- nano Fe3O4 - Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion kim loại nặng cụ thể Cr6+ II.2 Nội dung nghiên cứu - Khảo sát khối lượng sắt từ cho vào màng trình khuấy tạo màng - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion KLN cụ thể đây: + Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ + Khảo sát ảnh hưởng liều lượng hấp phụ + Khảo sát ảnh hưởng thời gian II.3 Phương pháp nghiên cứu phòng thí nghiệm II.3.1 Dụng cụ hóa chất a) Dụng cụ - Cân phân tích - Giấy lọc phễu lọc - Máy khuấy từ - Đĩa petri - Máy đo pH - Nam châm - Máy đo quang (UV-Vis) - Các dụng cụ thủy tinh - Tủ sấy b) Hóa chất - Chitosan loại - Fe2(SO4).7H2O - CH3COOH đặc loại PA - FeCl3.6H2O 26 Luận văn tốt nghiệp -NaOH - K2Cr2O7 - H2SO4 1N II.3.2 Phương pháp xác định Cr6+ - Phương pháp phân tích đo quang phương pháp phân tích cơng cụ dựa việc xác định tín hiệu xạ điện từ tương tác xạ điện từ với chất cần nghiên cứu Phương pháp có ưu điểm tiến hành nhanh, thuận lợi Có độ nhạy cao, độ xác đo tới 10-6mol/l Tuỳ thuộc vào hàm lượng chất cần xác định mà có độ xác từ 0,2 tới 20%  Định luật Lamber-Beer - Khi chiếu chùm xạ đơn sắc (cường độ xạ ban đầu I 0) qua lớp dung dịch có bề dày l có nồng độ C, sau qua dung dịch cường độ xạ bị giảm (cường độ xạ khỏi dung dịch I) trình hấp thụ, phản xạ, tán xạ Độ hấp thụ quang dung dịch tỷ lệ thuận với C l Aλ = lg = ε.l.C Trong đó: Aλ - độ hấp thụ quang ε - hệ số hấp thụ mol (l/mol.cm) ε đặc trưng cho khả hấp thụ ánh sáng dung dịch l - bề dày cuvet (cm) C - Nồng độ dung dịch (mol/l)  Phương pháp đường chuẩn - Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn (thường từ 5-7 dung dịch) có nồng độ tăng dần biết trước nồng độ C: C1, C2, C3… (trong khoảng tuân theo định luật Lamber-Beer) Đo độ hấp thụ quang A dung dịch λmax, biểu diễn phụ thuộc độ hấp thụ quang A theo nồng độ dung dịch C xây dựng đồ thị theo hệ tọa độ A-C gọi đồ thị đường chuẩn Từ đồ thị đường chuẩn tìm phương trình sau: y=a.x+b Trong đó: y độ hấp phụ quang A x nồng độ dung dịch 27 Luận văn tốt nghiệp II.3.3 Phương pháp quy trình tạo màng chitosan-nano Fe3O4 Vật liệu nghiên cứu chế tạo theo phương pháp đồng kết tủa tương tự quy trình cơng bố [5], có thay đổi vài điều kiện, thơng số Quy trình chế tạo sau: a) Giai đoạn 1: Tạo Fe3O4 Cân Fe2+: Fe3+ với tỉ lệ 1:2 có nồng độ 0,75M cho vào bình hai cổ Hòa tan hỗn hợp với nước cất điều kiện có khuấy tử nhiệt độ phòng cho tan, khuấy vòng 15 phút, sau cho thêm dung dịch NaOH hỗn hợp có màu đen, điều chỉnh pH= 9-10, khuấy thêm dung dịch vòng 60 phút Sử dụng nam châm để thu Fe3O4, rửa lần với nước cất Sấy sản phẩm 50 oC vòng 12h Fe3O4 thu đem nghiền mịn đựng lọ thủy tinh Phương trình: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH-  Fe3O4 + H2O Sơ đồ mơ tả q trình tạo Fe3O4 b) Giai đoạn 2: Tạo màng chitosan/Fe3O4 Cân 1g chitosan hòa 100mL nước cất thêm CH 3COOH khuấy 18h điều kiện thường đến dung dịch đồng nhất, thêm Fe3O4 vào hỗn hợp, khuấy tiếp đến dung dịch có màu nâu sẫm Đổ hỗn hợp đĩa petri, sấy nhiệt độ phòng vòng 24h Sản phẩm thu màng mỏng có màu nâu sẫm Cắt mẫu 28 Luận văn tốt nghiệp thành mảnh có có kích thước 0,5cm x 0,5 cm để sử dụng cho việc khảo sát khả hấp phụ ion KLN 29 Sơ đồ mơ tả q trình tạo màng chitosan/Fe3O4 II.3.4 Phương pháp xác định khả hấp phụ Cr6+ màng chitosan-nano Fe3O4 a) Phương pháp đo độ mật quang - Để kiểm tra khả hấp phụ vật liệu điều kiện tổng hợp định ta xác định nồng độ kim loại dung dịch trước sau hấp phụ Đối với kim loại khác có phương pháp cụ thể dùng để xác định riêng Phương pháp thông dụng sử dụng để xác định nồng độ Cr(VI) phương pháp trắc quang quang phổ tử ngoại (UV-Vis) - Tiến hành theo bước sau: Xây dưng đường chuẩn crom (VI) Xác định hàm lượng Cr (VI) trước sau hấp phụ dung dịch Lấy cốc 1000mL đánh dấu từ đến Lấy vào cốc dung dịch Cr 6+ có nồng độ 20, 50, 80, 110, 140, 170, 200 mg/L Lấy 10mL dung dịch cho vào ống nghiệm đánh dấu, thêm H 2SO4 vào để đạt pH=3 Dung dịch lúc có màu vàng, vàng nhạt tùy theo nồng độ dung dịch Cr 6+ Để ổn định 5-10p tiến hành đo mật độ quang với mẫu trắng nước cất phòng thí nghiệm Ta thực đo để xác định bước sóng cần chọn, ta quyét bước sóng từ 199nm đến 600nm Nhận thấy theo cách này, với nồng độ biết trước ta chọn khoảng bước sóng từ 257nm-350nm, mà cụ thể chọn bước sóng 350nm để tiến hành đo mật độ quang Xác định hàm lượng Cr6+ sau hấp phụ cách dựa vào đường chuẩn ta suy nồng độ Cr6+ Nhưng phương pháp này, ta phải đảm bảo qt bước sóng giá trị nhận phải nằm khoảng 257nm-350nm b) Phổ phân tán lượng tia X (EDX) - Phổ EDX sử dụng để định tính định lượng nguyên tố vật liệu Với luận văn này, đo phổ EDX vật liệu trước sau hấp phụ nhằm xác định có mặt ion kim loại hấp phụ vật liệu Vì thực tế nguyên tố C, H O (các nguyên tố có Z≤8 nói chung) khơng xác định theo phương pháp này, nên định lượng nguyên tố khác mà không kể đến C, H O khơng xác Phổ phân tán lượng (Enery Dispersive X-ray) luận văn chụp Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam c) Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) - Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử vật liệu nghiên cứu dựa vào tần số đặc trưng phổ đồ nhóm chức phân tử - Trong phân tử tồn dao động gọi dao động phân tử, dao động phụ thuộc vào chất liên kết có phân tử, dao động dao động hóa trị dao động biến dạng Khi mẫu vật liệu chiếu tia hồng ngoại có tần số liên tục thay đổi tia có lượng (bước sóng) xác định bị hấp thụ Khi tiến hành phân tích phổ IR, ta thu phổ hấp thụ, dựa vào số sóng đặc trưng nhóm chức, liên kết có sẵn phổ đồ chuẩn, ta so sánh với phổ đồ ghi suy cấu trúc vật liệu - Phương pháp phân tích IR ghi phổ dạng: mẫu rắn, lỏng, khí, bước sóng dùng phân tích IR thường 2,5.10 -4 m – 2,5.10-3 m (tương ứng với số sóng 4000 cm-1 đến 400 cm-1) Vì mẫu phân tích phải khơng có nước (hoặc ít), nước hấp thụ mạnh tia có độ dài sóng 2,7.10 -4 m (~3710 cm-1 ) khoảng 6,25.10-4 m (~1630 cm-1 ) Các dải chồng lên phổ vật liệu, gây khó khăn cho việc phân tích phổ Phổ hồng ngoại (IR) luận văn chụp Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam d) Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (SEM) - Trong phương pháp người ta sử dụng chùm tia điện tử để tạo ảnh Ảnh đến huỳnh quang phóng đại theo yêu cầu Chùm tia điện tử tạo từ catot qua hai tụ quang điện tử hội tụ lên mẫu vật liệu, chùm tia đập vào mẫu phát chùm tia điện tử phản xạ chùm tia điện tử truyền qua, điện tử qua điện gia tốc vào phần thu biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu khuyếch đại đưa vào điều khiển để tạo hình ảnh Độ sáng tối hình ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử phát tới thu tín hiệu, hình dạng bề mặt mẫu vật liệu Phương pháp cho ta biết kích thước, hình dạng đặc trưng bề mặt vật liệu cần nghiên cứu Phương pháp hiển vị điên tử truyền qua luận văn chụp Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam Chương III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN III.1 Kết đường chuẩn xác định Cr(VI) phương pháp đo UV-Vis Tiến hành đo độ hấp thụ quang dung dịch chuẩn Cr(VI) bước sóng λ= 350 nm Kết thể bảng 3.1 Kết xác định đường chuẩn Cr6+ STT Nồng độ Cr(VI) Độ hấp thụ quang (A) (mg/L) 20 50 80 110 140 170 200 ABS 0,169 0,521 0,824 1,163 1,475 1,811 2,105 Đường chuẩn Cr(VI) 2.5 f(x) = 0.01x - 0.03 R² = Abs 1.5 0.5 0 50 100 150 200 250 [Cr6+] (mg/L) Hình 3.1 Phương trình đường chuẩn Cr6+ Hệ số tương quan R = 0,9997 chứng tỏ khoảng nồng độ 20-200 (mg/L) mối quan hệ nồng độ độ hấp thụ quang tuyến tính Vậy phương trình đường chuẩn Cr 6+ dùng để xác định nồng độ Cr6+ có dạng: y= 0.0108x – 0.0311 III.2 Kết khảo sát yếu ảnh hưởng đến trình tạo màng a) Khối lượng Fe3O4 cho vào trình khuấy tạo màng Trong trình tạo màng, ta thay đổi hàm lượng Fe 3O4 cho vào trình 0,05g, 0,08g, 0,11g, 0,14g Tiến hành: - Chuẩn bị cốc thủy tinh dung tích 50 ml Cho vào cốc 0,015 (g) màng Fe3O4/chitosan chuẩn bị với khối lượng Fe3O4 khác 30 ml dung dịch Cr(VI) nồng độ 140 mg/L Dùng máy đo pH, dung dịch H 2SO4, NaOH để điều chỉnh pH=3 Thời gian hấp phụ 15 phút Sau đem lọc qua giấy lọc đem đo độ mật quang với mẫu trắng nước cất Kết thu thể bảng 3.2 Cm(mg/L) 140 t(phút) 15 m màng (g) 0,015 Vdd(ml) 30 pH Bảng 3.2 Kết khảo sát hàm lượng Fe3O4 cho vào màng m (g) 0,05 0,08 0,11 0,14 ABS 0,955 0,912 0,969 1,2 Cm (mg/L) 91,3 87,3 92,6 113,9 H (%) 34,78 37,63 33,86 18,58 Khảo sát HL sắt từ 40 37.63 35 34.78 33.86 H% 30 25 20 18.58 15 0.04 0.08 0.12 0.16 m Fe3O4 (g) Nhìn vào biểu đồ ta thấy hàm lượng Fe3O4 cho vào trình tạo màng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất Hiệu suất tăng sau lại giảm Nên chọn hàm lượng sắt từ cho vào mẫu 0,08g hợp lý b) Khảo sát thời gian khuấy tạo màng Trong trình tạo màng, ta thay đổi thời gian khuấy tạo màng 4,5,6,7h Chọn màng có khối lượng sắt từ 0,08g Tiến hành: - Chuẩn bị cốc thủy tinh dung tích 50 ml Cho vào cốc 0,015 (g) màng Fe3O4/chitosan với thời gian khuấy tạo màng khác 30 ml dung dịch Cr(VI) nồng độ 140 mg/L Dùng máy đo pH, dung dịch H 2SO4, NaOH để điều chỉnh pH=3 Thời gian hấp phụ 15 phút Sau đem lọc qua giấy lọc đem đo độ mật quang với mẫu trắng nước cất Kết thu thể bảng 3.3 Cm(mg/L) t(phút) m màng (g) Vdd(ml) pH 140 15 0,015 30 Bảng 3.3 Kết khảo sát thời gian khuấy tạo màng t(h) ABS 0,957 0,907 0,848 0,833 Cm(mg/L) 91,5 86,9 81,4 80,0 H(%) 34,65 37,96 41,86 42,85 KS thời gian khuấy tạo màng 44 42 42.85 41.86 H% 40 38 37.96 36 34.65 34 32 30 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 t( h) Dựa vào biểu đồ, ta thấy thời gian khuấy tăng hiệu suất tăng, nhìn thấy từ 6h đến 7h, hiệu suất tăng khoảng 1% mà thời gian lại cách 1h Nên chọn thời gian khuấy 6h hợp lý III.3 Kết khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ Cr6+ a) Ảnh hưởng pH Chọn màng Fe3O4/chitosan có khối lượng Fe3O4 0,08g khuấy 6h để tiến hành thí nghiệm Khảo sát pH 2,3,4,5,6 Tiến hành: Chuẩn bị cốc thủy tinh dung tích 50 ml Cho vào cốc 0,015 (g) màng Fe3O4/chitosan 30 ml dung dịch Cr(VI) nồng độ 140 mg/L Dùng máy đo pH, dung dịch H2SO4, NaOH để điều chỉnh pH 2,3,4,5,6 Thời gian hấp phụ 15 phút Sau đem lọc qua giấy lọc đem đo độ mật quang với mẫu trắng nước cất Kết thu thể bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH pH ABS 0,862 0,848 1,045 1,176 Cm(mg/L) 82,7 81,4 99,6 111,7 114,0 H(%) 40,93 41,86 28,83 20,17 18,51 Khảo sát pH 45 41.86 40.93 40 H% 35 30 28.83 25 20.17 20 15 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 18.51 6.5 pH Dựa vào đồ thị thể mối quan hệ pH hiệu suất hấp phụ vật liệu với giá trị pH=2-6 Từ đồ thị ta thấy Cr(VI) hấp phụ tốt xảy giá trị pH=3, tăng pH hiệu suất hấp phụ giảm Tại pH=2 ion Crom tồn dạng H2Cr2O4, phần Fe3O4 bị hòa tan, xảy trình khử Cr(VI) Cr(III) làm cho trình hấp phụ khơng đạt hiệu cao Khi giá trị pH tăng từ 2-6, ion Crom tồn chung dạng: Cr 2O72-, HCrO4-, Cr3O102- chủ yếu HCrO4- Khi pH tăng, chúng chuyển đổi dạng Cr2O4- Cr2O7- b) Khảo sát hàm lượng màng ảnh hưởng đến trình hấp phụ Bảng 3.5 Kết khảo sát hàm lượng màng m(g) 0,015 0,025 0,04 0,055 0,07 ABS 0,833 0,757 0,452 0,273 0,204 Cm(mg/L) 80,0 72,9 44,7 28,1 21,7 H(%) 42,85 47,88 68,05 79,89 84,45 KS hàm lượng màng 95 85 75 H% 84.45 79.89 68.05 65 55 45 35 0.01 47.88 42.85 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 m(g) c) Khảo sát thời gian ảnh hưởng đến trình hấp phụ Bảng 3.6 kế tquả khảo sát thời gian hấp phụ t(phút) ABS 15 0,85 30 0,72 45 0,505 60 0,205 Cm(mg/L ) 81,58333 69,54629 49,63888 21,86111 H(%) 41,73 50,32 64,54 84,38 0.08 75 0,185 90 0,175 20,00925 19,08333 85,71 86,37 Khảo sát thời gian 95 85 85.71 84.38 86.37 H% 75 65 64.54 55 45 35 10 50.32 41.73 20 30 40 50 60 t (phút) Chương IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương V TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 80 90 100 ... NGHIÊN CỨU II.1 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp màng chitosan- nano Fe3O4 - Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion kim loại nặng cụ thể Cr6+ II.2 Nội dung nghiên cứu. .. trúc chitosan làm tăng khả hấp phụ kim loại chitosan lên nhiều lần I.6.3 Một số nghiên cứu sử dụng màng chitosan- nano Fe 3O4 làm vật liệu hấp phụ - Một nhóm nghiên cứu thuộc Phòng nghiên cứu kỹ... thành vật liệu nano nhằm kết hợp khả hấp phụ tốt chitosan khả thu hồi vật liệu hấp phụ sau xử lý nghiên cứu nhiều giới Việt Nam, tác giả nghiên cứu tổng hợp nano Fe3O4 /chitosan ứng dụng xử lý Pb2+