Thiosemicarrbazone cellulose biến tính nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc và khả năng hấp thụ ion kim loại đồng (II)​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ CHÍ HIỂN ĐẠT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIOSEMICARBAZONE – CELLULOSE BIẾN TÍNH: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI ĐỒNG (II) Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Bữu Đăng TPHCM, tháng năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ CHÍ HIỂN ĐẠT MSSV: 42.01.201.013 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIOSEMICARBAZONE – CELLULOSE BIẾN TÍNH: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI ĐỒNG (II) Chun ngành: Hóa vơ Xác nhận cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) ThS Trần Bữu Đăng TPHCM, tháng năm 2020 ĐÁNH GIÁ HỘI ĐỒNG …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …… Xác nhận hội đồng (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1 1.1 Kim loại nặng ảnh hưởng 1.1.1 Các nguồn phát thải kim loại 1.1.2 Sự ảnh hưởng kim loại nặng đến người 1.2 Các vật liệu hấp phụ phổ biến 1.3 Vật liệu hấp phụ: Cellulose biến tính 1.3.1 Ưu điểm cellulose biến tính 1.3.2 Thiosemicarbazide cellulose 1.4 Mục tiêu nghiên cứu CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.2 Tẩy rửa thô 2.3 Điều chế KIO4 2.4 Oxi hóa bơng 2.5 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho trình oxi hóa bơng 10 2.6 Chuẩn độ đo mật độ quang dung dịch sau oxi hóa bơng 10 2.7 Ngưng tụ TC với N(4)-morpholinothiosemicarbazide 11 2.8 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng ngưng tụ TC với N(4)-morpholinothiosemicarbazide 11 2+ 2.9 Hấp phụ ion Cu MTC 12 2.10 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho hấp phụ 2+ MTC với ion Cu 12 2.11.Xây dựng phương trình đẳng nhiệt, nhiệt động, động học cho trình 2+ hấp phụ MTC với ion Cu 13 2.12 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến hiệu suất hấp phụ 13 2.13 Giải hấp tái sử dụng 13 2.14 Đo mật độ quang dung dịch sau hấp phụ 14 i 2.15 Phương pháp tính tốn 2.15.1 Chuẩn độ xác định mmol CHO/g 2.15.2 Đo mật độ quang xác định mmol CHO/g 2.15.3 Đo mật độ quang xác định hiệu suất hấp phụ 2.15.4 Tính sai số 2.15.5 CI (crystallinity index) 2.15.6 Phương trình đẳng nhiệt 2.16 Phương pháp nghiên cứu 2.16.1 Chuẩn độ thể tích 2.16.2 Phổ hấp thu electron UV-Vis 2.16.3 Phổ hấp thu hồng ngoại FT-IR 2.16.4 Phổ nhiễu xạ tia X – XRD 2.16.5 Chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 2.16.6 Đo diện tích bề mặt BET 2.16.7 Phân tích nhiệt TGA/DSC 2.16.8 Phân tích thành phần nguyên tố EDX CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tẩy rửa thô 3.2 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho q trình oxi hóa bơng 3.3 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng ngưng tụ TC với N (4)-morpholinothiosemicarbazide 3.4 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho hấp phụ MTC 2+ với ion Cu 3.5 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến hiệu suất loại bỏ ion Cu 2+ MTC 46 2+ 3.5.1 Ảnh hưởng pH thời gian đến % loại bỏ ion Cu MTC 2+ 3.5.2 Ảnh hưởng pH nhiệt độ đến % loại bỏ ion Cu MTC 2+ 3.5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến % loại bỏ ion Cu MTC ii 3.6 Khảo sát cấu trúc bơng trước oxi hóa, TC, MTC, MTC-Cu 3.6.1 Phân tích phổ FT-IR 3.6.2 Phân tích XRD 3.6.3 Phân tích SEM 3.6.4.Phân tích EDX 3.6.5 Phân tích phổ TGA/DSC 3.6.6 Phân tích BET 3.7 Xây dựng phương trình đẳng nhiệt, nhiệt động, bậc phản ứng cho 2+ trình hấp phụ MTC với ion Cu 3.7.1 Xây dựng phương trình đẳng nhiệt 3.7.2 Xây dựng phương trình động học 3.7.3 Xây dựng phương trình nhiệt động 3.8 Giải hấp tái sử dụng KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 74 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Quy trình oxi hóa TCR Hình Quy trình ngưng tụ TC với N(4)-morpholinothiosemicarbazide 11 Hình Quy trình hấp phụ/giải hấp MTC 12 Hình Cấu trúc đại diện cho hemicellulose 20 Hình Cấu trúc đại diện cho lignin 20 Hình Cấu trúc đại diện cho sáp tự nhiên 20 Hình Cấu trúc đại diện cho pectin 21 Hình Cấu trúc đại diện cho protein 21 Hình (a).Cấu trúc đại diện cho chất màu tự nhiên; (b) Thuốc nhuộm tự nhiên 22 Hình 10 Phổ UV-Vis dung dịch chuẩn (20mL) 23 Hình 11 Đồ thị biểu diễn kết chuẩn độ đo quang yếu tố đơn biến thành phần dung dịch đệm 23 Hình 12 Cơ chế oxi hóa cellulose IO4- 26 Hình 13 Đồ thị biểu diễn kết chuẩn độ đo quang yếu tố pH dung dịch 26 Hình 14 Đồ thị biểu diễn kết chuẩn độ đo quang yếu tố thời gian 31 Hình 15 Đồ thị biểu diễn kết chuẩn độ đo quang yếu tố nhiệt độ 34 Hình 16 Đồ thị biểu diễn kết chuẩn độ đo quang yếu tố đơn biến tỉ lệ khối lượng .37 Hình 17 Đồ thị biểu diễn kết chuẩn độ đo quang yếu tố nồng độ NaCl (Lực ion) 40 Hình 18 Đồ thị khảo sát đơn biến: (a) thời gian ngưng tụ; (b) nhiệt độ ngưng tụ 43 Hình 19 Đồ thị khảo sát yếu tố pH 44 Hình 20 Đồ thị khảo sát yếu tố thời gian 44 Hình 21 Đồ thị khảo sát yếu tố nhiệt độ 45 Hình 22 Đồ thị khảo sát tốc độ lắc 45 Hình 23 Yếu tố pH thời gian 46 Hình 24 Yếu tố pH nhiệt độ 48 Hình 25 Yếu tố thời gian nhiệt độ 49 Hình 26 Phổ IR TCR (đường màu xanh), TC (đường màu đỏ), MTC (đường màu đen) 50 Hình 27 Phổ XRD TCR (đường màu đen), TC (đường màu đỏ), MTC (đường màu xanh) 51 Hình 28 Hình chụp SEM của: (a) TCR; (b) TC; (c) MTC 52 Hình 29 Hình SEM TC kích thước khác 53 Hình 30 Phổ EDX (a) MTC; (b) MTC-Cu 54 Hình 31 Phổ TGA/DSC (a): TCR, (b): TC, (c) MTC, (d): MTC-Cu 55 Hình 32 Khảo sát khả loại bỏ ion mẫu TCR, TC, MTC 56 Hình 33 Mơ hình phương trình đẳng nhiệt: (a) Langmuir; (b) Freundlich; (c) Temkin; (d) Dubini – Radushkevich 57 Hình 34 Đồ thị phương trình Van’t Hoff cho hấp phụ ion Cu2+ MTC 61 Hình 35 Số lần hấp phụ tái hấp 63 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Nguồn phát thải số kim loại tiêu biểu Bảng Một số triệu chứng gây kim loại Bảng Một số vật liệu hấp phụ phổ biến Bảng Khả hấp phụ cellulose qua phương pháp điều chế Bảng Một số tác nhân biến tính cellulose Bảng Một số cellulose biến tính thiosemicarbazide khơng nhóm Bảng Một số cellulose biến tính thiosemicarbazide có nhóm .7 Bảng Đánh giá độ sai khác hai phương pháp yếu tố thành phần đệm 24 Bảng Đánh giá độ tụ hai phương pháp yếu tố thành phần đệm 25 Bảng 10 Đánh giá ANOVA hai biến có lặp yếu tố thành phần đệm 25 Bảng 11 Đánh giá độ sai khác hai phương pháp yếu tố pH 27 Bảng 12 Đánh giá độ tụ hai phương pháp yếu tố pH 29 Bảng 13 Đánh giá ANOVA hai biến có lặp yếu tố pH 29 Bảng 14 Đánh giá độ sai khác hai phương pháp yếu tố thời gian 31 Bảng 15 Đánh giá độ xác hai phương pháp yếu tố thời gian 32 Bảng 16 Đánh giá ANOVA hai biến có lặp yếu tố thời gian 32 Bảng 17 Đánh giá độ sai khác hai phương pháp yếu tố nhiệt độ 34 Bảng 18 Đánh giá độ xác hai phương pháp yếu tố nhiệt độ 35 Bảng 19 Đánh giá ANOVA hai biến có lặp yếu tố nhiệt độ 35 Bảng 20 Đánh giá độ sai khác hai phương pháp yếu tố tỉ lệ khối lượng 37 Bảng 21 Đánh giá độ xác hai phương pháp yếu tố tỉ lệ khối lượng 38 Bảng 22 Đánh giá ANOVA hai biến có lặp yếu tố tỉ lệ khối lượng 39 Bảng 23 Đánh giá độ sai khác hai phương pháp yếu tố nồng độ NaCl (Lực ion) 40 v 191 Bảng 104 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang 0.7166±0.0018 0.7151±0.0018 0.7158±0.0018 0.7576±0.0018 0.7561±0.0018 0.7571±0.0018 0.8045±0.0020 0.8031±0.0020 0.8030±0.0020 0.8606±0.0005 0.8602±0.0005 0.8605±0.0005 0.9062±0.0049 0.9031±0.0049 0.9025±0.0049 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.024x - 0.0074 với R = 0.9972 192 Bảng 105 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang 0.7100±0.0011 0.7109±0.0011 0.7104±0.0011 0.7566±0.0026 0.7545±0.0026 0.7555±0.0026 0.7966±0.0038 0.7974±0.0038 0.7944±0.0038 0.8536±0.0032 0.8521±0.0032 0.8510±0.0032 0.9000±0.0011 0.9009±0.0011 0.9004±0.0011 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0238x - 0.0075 với R = 0.9973 193 Bảng 106 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang 0.7122±0.0021 0.7110±0.0021 0.7105±0.0021 0.7509±0.0020 0.7494±0.0020 0.7495±0.0020 0.7991±0.0057 0.8000±0.0057 0.7956±0.0057 0.8499±0.0026 0.8500±0.0026 0.8481±0.0026 0.9000±0.0018 0.8988±0.0018 0.9001±0.0018 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0238x - 0.0079 với R = 0.9974 194 Bảng 107 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang 0.7077±0.0017 0.7071±0.0017 0.7063±0.0017 0.7499±0.0018 0.7500±0.0018 0.7487±0.0018 0.8002±0.0015 0.7991±0.0015 0.8002±0.0015 0.8466±0.0042 0.8451±0.0042 0.8485±0.0042 0.8922±0.0025 0.8902±0.0025 0.8907±0.0025 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0233x + 0.0080 với R = 0.9994 195 Bảng 108 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang 0.7092±0.0015 0.7081±0.0015 0.7092±0.0015 0.7361±0.0065 0.7354±0.0065 0.7381±0.0065 0.7912±0.0016 0.7901±0.0016 0.7912±0.0016 0.8392±0.0018 0.8378±0.0018 0.8380±0.0018 0.8888±0.0029 0.8892±0.0029 0.8870±0.0029 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0230x + 0.0092 với R = 0.9913 196 Bảng 109 Bảng sai số hấp phụ lần 10 Mật độ quang 0.7168±0.0018 0.7156±0.0018 0.7154±0.0018 0.7590±0.0019 0.7581±0.0019 0.7597±0.0019 0.8044±0.0022 0.8052±0.0022 0.8034±0.0022 0.8562±0.0027 0.8555±0.0027 0.8540±0.0027 0.9098±0.0035 0.9088±0.0035 0.9070±0.0035 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0241x - 0.010 với R = 0.9979 197 Bảng 110 Bảng sai số giải hấp lần 10 Mật độ quang 0.7165±0.0012 0.7155±0.0012 0.7158±0.0012 0.7500±0.0007 0.7494±0.0007 0.7498±0.0007 0.8098±0.0021 0.8081±0.0021 0.8086±0.0021 0.8588±0.0031 0.8591±0.0031 0.8568±0.0031 0.9032±0.0023 0.9022±0.0023 0.9013±0.0023 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0241x - 0.0109 với R = 0.9947 198 ... liệu hấp phụ: Cellulose biến tính 1.3.1 Ưu điểm cellulose biến tính Các vật liệu kể sử dụng nhiều có nhiều hiệu quả, nhiên vật liệu có khả hấp phụ vài kim loại, số loại vật liệu có quy trình tổng. .. chất cellulose khác (cation) Hình Cấu trúc đại diện cho hemicellulose Hình Cấu trúc đại diện cho lignin Hình Cấu trúc đại diện cho sáp tự nhiên 20 Hình Cấu trúc đại diện cho pectin Hình Cấu trúc. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ CHÍ HIỂN ĐẠT MSSV: 42.01.201.013 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIOSEMICARBAZONE – CELLULOSE BIẾN TÍNH: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ KHẢ