Nghiên cứu tách, chiết chitin từ vỏ tôm và biến tính để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ trong xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Sinh viên : Phạm Thị Huyền Trang Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Dưỡng HẢI PHÒNG - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGHIÊN CỨU TÁCH, CHIẾT CHITIN TỪ VỎ TƠM VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG Sinh viên : Phạm Thị Huyền Trang Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Dưỡng HẢI PHÒNG - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Phạm Thị Huyền Trang Mã SV: 120887 Lớp: MT1202 Ngành: Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: “Nghiên cứu tách, chiết Chitin từ vỏ tơm biến tính để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý nước thải” NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2020 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Phạm Thị Huyền Trang TS Nguyễn Văn Dưỡng Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: Đánh giá chất lượng khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…): Cho điểm cán hướng dẫn (ghi số chữ): Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2020 Cán hướng dẫn (họ tên chữ ký) TS Nguyễn Văn Dưỡng PHẦN NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp ( mặt sở lý luận, thuyết minh chương trình, giá trị thực tế,…) Cho điểm cán phản biện ( Điểm ghi số chữ ): Ngày tháng năm 2020 Cán chấm phản biện (họ tên chữ ký ) LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Dưỡng giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt q trình em thực đề tài khóa luận Em gửi lời cảm ơn tới tất thầy khoa Kỹ thuật mơi trường tồn thể thầy dạy em suốt khóa học trường ĐHDL Hải Phòng Và em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè gia đình động viên tạo điều kiện giúp đỡ em việc hồn thành khóa luận Do hạn chế thời gian trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp thầy, để báo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng 12 năm 2020 Sinh viên Phạm Thị Huyền Trang Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Môi Trường Nhận xét: - Từ kết bảng (bảng 3.1; bảng 3.2) đồ thị (hình 3.1 ; hình 3.2) cho thấy dải pH từ đến 11 hiệu suất hấp phụ vật liệu Chitin Chitosan tăng Điều khẳng định khả xử lý Mn 2+ hai vật liệu phụ thuộc vào pH Tuy nhiên từ pH = hiệu suất hấp phụ Mn 2+ vật liệu tăng chậm tương đối ổn định Do đó, chọn pH tối ưu để hấp phụ vật liệu pH = - Từ đồ thị hình 3.3 cho thấy có ảnh hưởng pH khả hấp phụ Chiotsan tốt Chitin 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Mn2+ Chitin - Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ mangan vật liệu hấp phụ Chitin trình bày bảng 3.3 Bảng 3 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Mangan Chitin STT Thời gian (phút) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) 20 26.38 41.37 30 25.99 42.23 45 23.46 47.86 60 16.82 62.62 90 16.51 63.31 - Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ Mn2+ Chitin dung dịch theo thời gian Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 48 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường Hình Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Mangan Chitin 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Mn 2+ Chitosan - Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ mangan vật liệu hấp phụ Chitosan trình bày bảng 3.3 Bảng Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Mangan Chitosan STT Thời gian (phút) 20 Cf(mg/l) 17.74 Hiệu suất (%) 60.57 30 10.83 75.93 45 8.95 80.12 60 3.69 91.81 90 3.07 93.17 - Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ Mn2+ Chitosan dung dịch theo thời gian Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 49 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường Hình Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Mangan Chitosan 3.2.3 So sánh ảnh hưởng thời gian vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan - Từ kết bảng 3.3 bảng 3.4 ta có đồ thị so sánh khả hấp phụ Chitin Chitosan phụ thuộc vào thời gian sau Hình Đồ thị so sánh khả hấp phụ Chitin Chitosan phụ thuộc vào thời gian Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 50 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường Nhận xét: - Từ kết bảng (bảng 3.3; bảng 3.4) đồ thị (hình 3.4; hình 3.5) cho thấy khoảng thời gian khảo sát (từ 20 90 phút) hiệu suất hấp phụ vật liệu Chitin Chitosan tăng Điều khẳng định thời gian có ảnh hưởng đến khả xử lý Mn2+ hai vật liệu Tuy nhiên từ 60 phút hiệu suất hấp phụ Mn2+ vật liệu tăng tương đối ổn định Do đó, chọn thời gian tối ưu để hấp phụ vật liệu 60 phút - Từ đồ thị hình 3.6 cho thấy khả hấp phụ phụ thuộc vào thời gian Chitin so với Chitosan 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ 3.3.1 Ảnh hưởng khối lượng đến trình hấp phụ Mn2+ Chitin - Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ Mn vật liệu Chitin trình bày bảng 3.5 Bảng Ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ Mn vật liệu Chitin STT Khối lượng vật liệu hấp phụ (g) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) 0.5 30.72 31.73 29.30 34.88 1.5 25.49 43.33 18.13 59.72 2.5 17.66 60.74 16.97 62.28 - Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc vào khối lượng khả hấp phụ Mn2+ Chitin dung dịch sau: Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 51 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường Hình Ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ Mn vật liệu Chitin 3.3.2 Ảnh hưởng khối lượng đến trình hấp phụ Mn 2+ Chitosan - Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ Mn vật liệu Chitosan trình bày bảng 3.6 Bảng Ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ Mn vật liệu Chitosan STT Khối lượng vật liệu hấp phụ (g) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) 0.5 6.15 86.34 5.84 87.03 1.5 5.41 87.97 2.73 93.94 2.5 2.49 94.45 2.31 94.88 - Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc vào khối lượng khả hấp phụ Mn2+ Chitosan dung dịch sau: Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 52 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường Hình Ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ Mn vật liệu Chitosan 3.3.3 So sánh ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan - Từ kết bảng 3.5 bảng 3.6 ta có đồ thị so sánh khả hấp phụ Chitin Chitosan phụ thuộc vào khối lượng sau Hình Đồ thị so sánh khả hấp phụ Chitin Chitosan phụ thuộc vào khối lượng Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 53 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Môi Trường Nhận xét: - Từ kết bảng (bảng 3.5; bảng 3.6) đồ thị (hình 3.7; hình 3.8) cho thấy tăng dần khối lượng vật liệu hấp phụ từ 0,5 3g hiệu suất hấp phụ vật liệu Chitin Chitosan tăng Tuy nhiên từ khối lượng vật liệu 2g hiệu suất hấp phụ Mn 2+ vật liệu tăng khơng nhiều Do đó, chọn 2g vật liệu tối ưu dùng để hấp phụ Mn2+ - Từ đồ thị hình 3.9 cho thấy khả hấp phụ Chitosan tốt so với Chitin 3.4 Xác định tải trọng hấp phụ 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ cân hấp phụ vật liệu Chitin - Kết thực nghiệm xác định tải trọng hấp phụ Mn2+ Chitin trình bày bảng 3.7 Bảng Ảnh hưởng nồng độ cân hấp phụ vật liệu Chitin Tải trọng q STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) 100 4.53 2.38 1.8986 200 4.61 4.88 0.943 300 4.68 7.38 0.634 400 4.80 9.88 0.485 500 5.26 12.37 0.425 600 6.11 14.85 0.4112 700 7.14 17.32 0.4123 800 9.37 19.76 0.474 900 13.44 22.16 0.606 10 1000 23.50 24.41 0.962 (mg/g) Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 Cf/q 54 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường - Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ Mn 2+ tăng tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần.Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Cf Mangan đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf: Hình 10 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Cf vật liệu Chitin Hình 11 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf vật liệu Chitin Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf mơ tả phương trình: Y = 0,0327x + 0,1839 Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 55 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Ta có tgα = 1/qmax  Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường qmax = 1/tg = 1/0,032 = 31,25 (mg/g) Như vậy, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Chitin Mn2+ 31,2 (mg/g) 3.4.2 Ảnh hưởng nồng độ cân hấp phụ vật liệu Chitosan - Kết thực nghiệm xác định tải trọng hấp phụ Chitosan trình bày bảng 3.8 Bảng Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ Mn 2+ Chitosan STT Ci (mg/l) 100 Cf (mg/l) 1.382 q(mg/g) 4.931 Cf/q 0.280 200 1.690 9.916 0.170 300 1.767 14.912 0.118 400 1.920 19.904 0.096 500 2.381 24.881 0.096 600 3.187 29.841 0.107 700 4.623 34.787 0.123 800 6.490 39.676 0.164 900 10.522 44.734 0.237 10 1000 20.622 48.969 0.421 - Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ Mn 2+ tăng tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Cf Mangan đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf: Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 56 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường Hình 12 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Cf Mangan vật liệu Chitosan Hình 13 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf vật liệu Chitosan Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf mơ tả phương trình : y = 0,016x + 0,056 Ta có tg = 1/qmax  qmax = 1/tg = 1/0,016 = 62,5 (mg/g) Như vậy, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Chitosan Mn2+ 62,5 (mg/g) Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 57 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường 3.5 Kết khảo sát khả giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ Kết hấp phụ Mangan vật liệu hấp phụ thể bảng 3.9 Bảng Kết hấp phụ Mn2+ vật liệu hấp phụ 30 phút Nguyên tố Mn2+ Vật liệu Hàm lượng Hàm lượng đầu (mg) sau (mg) Hiệu suất (%) Chitin 0.5 0.192 61.6 Chitosan 0.5 0.0092 98.2 Kết giải hấp VLHP NaOH thể bảng 3.10 Bảng 10 Kết giải hấp VLHP NaOH 1M Lần rửa Vật liệu Lượng Mn2+ hấp phụ vật liệu Lượng Mn2+ rửa giải (mg) Lần Lần Lần Hiệu suất (%) (mg) Chitin 0.308 0.246 79.9 Chitosan 0.491 0.455 92.7 Chitin 0.308 0.262 85.06 Chitosan 0.491 0.458 93.27 Chitin 0.308 0.275 89.28 Chitosan 0.491 0.468 95.31 Dựa vào bảng số liệu trên, nhận thấy khả rửa giải vật liệu hấp phụ NaOH 1M tốt - Đối với vật liệu Chitin ban đầu vật liệu hấp phụ chứa 0,308 mg Mn2+ sau rửa giải lần rửa giải 0,275mg Mn2+, hiệu suất đạt 89,28% Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 58 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường - Đối với vật liệu Chitosan ban đầu vật liệu hấp phụ chứa 0,491 mg Mn2+ sau rửa giải lần thì rửa giải 0,468mg Mn 2+, hiệu suất đạt 95,31% Kết tái sinh vật liệu hấp phụ thể bảng 3.11 Bảng 11 Kết tái sinh VLHP Hàm lượng ban Hàm lượng sau đầu (mg) (mg) Chitin 0.5 0.243 51.4 Chitosan 0.5 0.091 81.8 VLHP Hiệu suất (%) Từ kết cho thấy khả hấp phụ hai loại vật liệu sau giải hấp giảm so với ban đầu Tuy nhiên hiệu suất hấp phụ Chitosan 81,8 % hiệu suất hấp phụ tốt Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 59 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu kết thực nghiệm rút kết luận sau: Đã chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế thải đầu vỏ tơm thơng qua q trình xử lý hóa học axit HCl NaOH Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan Các kết thu được: - Trong khoảng pH khảo sát (2 7), khoảng pH để hấp phụ Mn2+ vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan pH = - Trong khoảng thời gian khảo sát (từ 20 90 phút), khoảng thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan 60 phút - Khảo sát khối lượng tối ưu để hấp phụ Mn2+ vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan 2g So sánh hiệu suất hấp phụ Chitin so với Chitosan yếu tố ảnh hưởng nhau: pH, thời gian, khối lượng Mô tả q trình hấp phụ theo mơ hình Langmuir ion Mn2+ thu giá trị tải trọng hấp phụ cực đại ion kim loại Mn2+ Chitin qmax = 31,25 (mg/g) Chitosan qmax = 62,25 (mg/g) Khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan Như viêc sử dụng vật liệu hấp phụ Chitin Chitosan chế tạo từ đầu vỏ tơm để hấp phụ Mn2+ có ưu điểm sau: - Tận dụng nguồn phế thải dồi ngành chế biến thủy sản với ưu điểm thân thiện với mơi trường, rẻ tiền lại sẵn có - Qui trình xử lý đơn giản, đạt hiệu xử lý cao đặc biệt vật liệu Chitosan Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 60 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khoa Kỹ Thuật Mơi Trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hoàng Hà, Hoàng Lê Sơn Qui trình sản xuất chitosan từ vỏ tơm, 1993.(Đề cập đến lĩnh vực công nghệ sản xuất biopolyme, cụ thể đề cập đến qui trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm) Nguyễn Thị Đông Tách chitin từ phế thải thủy sản phương pháp lên men axit lactic Luận án tiến sĩ Lê Đức, Trần Khắc Hiệp (2004), “Một số phương pháp phân tích mơi trường”, NXB ĐHQG Hà Nội Vương Văn Trường (2004), Khảo sát hấp thu ion Mn 2+ Fe2+ bề mặt Bentonit dung dịch nước - khóa luận tốt nghiệp, ĐHQG Hà Nội, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tạp chí khoa học cơng nghệ, tập 45, số3, 2007 (trang 51 58) Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vơ cơ, tập 3, NXB Giáo Dục http://tainguyenso.vnu.edu.vn/ http://www.Irc-tnu.edu.vn/ http://aceis.agr.ca/icar/docs/96000269.htlm Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 61 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGHIÊN CỨU TÁCH, CHIẾT CHITIN TỪ VỎ TƠM VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHĨA LUẬN... ? ?Nghiên cứu tách, chiết Chitin từ vỏ tơm biến tính để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý nước thải? ?? NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu. .. phế thải để loại bỏ kim loại nặng hướng nghiên cứu Vì việc nghiên cứu tính chất hấp phụ Chitin/ Chitosan điều cần thiết Xuất phát từ lí trên, em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu tách, chiết Chitin từ vỏ