Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng ứng dụng trong xử lý nước và nước thải

• Investigation of adsorbent characteristics vvith toxic heavv metals in material synthesized to evaluate its application in vvater and wastewater treatment.. ĩ h e result[r]

ĐẠI HỌC Q ổ c GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

NGHIÊN CỨU T ổ N ( ỉ HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CỎ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SA I KHẢ NĂNG

ÚNG DỤNG TRONG x LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI.

MÃ SỐ: QT-04-13

C H Ủ TR Ì Đ Ể TÀ I : TS Đ ỗ Q U A N G T R U N G C Á C C Á N BỘ PH Ố I HỢP, T H A M G IA Đ Ể TÀI:

- PGS.TS Chu Xuân Anh

- PGS TS Nguyẻn Xuân Trung - TS Dương Hồng Anh

- ThS Trán Thị Dung - ThS Phương Thảo - CN Vũ Thị Mai Hương

B o c o tó m tãt đ ẻ tài

MI (lõ l i :

N g h iên cứu Tóiiịị h ọp vặt lieit h ấp ph u có từ tính kh áo sát kha năiiỊỉ UHỈỊ Itìịi tro n g x ù lý nước nước thải.

hu trì đế tài:

TS Đỗ Quang Trung

ác cán tham sia đề tài:

PGS.TS Chu Xuân Anh PGS TS Nguyễn Xuân Trung TS Dương Hồng Anh

ThS Trán Thi Dung ThS Phương Thảo CN Vũ Thị Mai Hương 'lục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu sử dụng chitin chitosan trinh tổng hợp vật liệu lấp phụ có từ tính Từ loại vật liệu tổng hợp bước đầu khảo sát rng dụng xử lý nước nước thái

síội dung nghiên cứu:

• Thu thập tài liệu tổng quan vật liệu hấp phụ có từ tính ứng dụng lĩnh vực xử lý môi trường lĩnh vực khác

• Phàn tích khảo sát điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính từ chitosan oxít sắt từ

• Phân tích số đặc tính vật liệu: cường độ từ trường, độ bồn cư lý h ó a

• Khảo sút tính chất hấp phụ kim loại nặng độc hại vật lệu tổng hợp nhằm đánh giá ứng dụng xử lv nước nước thái

ZÁC kết đạt được:

1 Thu thập tài liệu tổng quan tổng hợp điều chế ứng dụng vật liệu hấp phụ có lừ tính xử lý mơi trường sinh học

3 Oa khao sál xác định so đặc tính cua vật iiộu hấp phụ có lìr tính

4 Kháo sát IIUHÍI hấp phụ íiiai hấp cua hợp chất As vỏ ion Cr(Vl) cua ion Cd( II) vật liệu lổng hợp đựơc

nh hình kinh phí đẻ tài:

Đề lài thực chi phí thể háng ciirới tiến hành lt tốn với Phịng Tài vụ nhà trường tước ngàv 31 iháng 12 năm 2004

t Danh 111 ục chi Thành tiẻn (đ)

Hóa chất, dụng cụ thiết bị nghiên cứu 8.250.000 i lợp đồng NCKỈ ỉ chế tạo vật liệu 2.250.000 Hợp đồng NCKH phân tích mầu nghiên cứu 3.000.000 Vật tư vãn phịng 450.000 Qn lý phí tốn tiền điện, nước sờ vật chất 1.050.000

Tổng chi phi 15.000.000

ác nhận BCN Khoa Hóa Học

N

_

Ị.a ỉ u / A / N Ẩa iP P tÌA i

Xác nhận trường

PHÓ Hiệu ĨRUỎNG

0GS.TS d ĩ ì ì i ' Ề ukvnv

IC Sum m arv ()f tiu* rcport o je d litle:

Svnthcsis oí magnctic adsorbent and invcstigation ol thc application in Ucr and wastewater trcatmcnt

ain Responsible Pcrson/Author:

Dr Do Quang Trung

ombained Responsỉble Persons/Coordinaters:

Assoc Prof Dr Chu Xuan Anh Assoc Prof Dr Nguyen Xuan Trung Dr Duong Hong Anh

MSc Tran Thi Dung MSc Phuong Thao BS Vu Thi Mai Huong

he Target o f the Project:

• Investigation of using chitin and chitosan to synthesize magnetic adsorbent

• Preliminary researches for the application in water and wastcwater treatment

ibstract of the content:

• Collcction o f data and scientiĩic materials on thc synthcsic of magnetic adsorbent and the application in water and wastewatcr treatment

• Analysis and investigation thc conditions for producing magnetic adsorbcnt from chitin, chitosan and magnetic iron oxidcs

• Detcrmination o f the ađsorbent characteristis: magnetic intensity, mechanic, physical and chemical stabilitics

• Investigation of adsorbent characteristics vvith toxic heavv metals in material synthesized to evaluate its application in vvater and wastewater treatment

ĩ h e results:

Science and Technology:

Dctermmation ot suitable conditions lor thc s y n t h e s i s ol' maíinctic acisorbenl IVom

chilin chitosan and maanctic iron oxides Selectcd a glutaraklehvcie as cross-lmkccl agcnt to improvc the mechanic phvsical and chemical stabilities and tlrv condiúon to mcrcasc spccitic areas and activc sitcs of materials

Invcstigatcd and dctermined some characteristics of synthesized of magnctic adsorhcnt

Investiuated thc possibilitics to adsorb and deadsorb inorganic As compounds Cr(VỊ) and Cđ(II) ions in matcrial svnthesi/.ed

aning:

03 Bachelor’s Graduated Thesis 01 Master’s ímplementing Thesis

ractical Application Possibility: Reality ublỉcation:

lụ c lục Mớ đấu

'I'inh hình nghiên cứu tổng hợp vù ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính Nghiên cứu các điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính

I Chuán bị nguyên liệu Tinh tuyển sát từ Chuẩn bị chitosan Tổng hợp vật liệu hấp phụ

.2 Kháo sát ánh hướng tỷ lệ Chitosan: Oxít sát từ 2 Anh hưởng điều kiện sấy vật liệu

í Qui trình tổng hợp vật liệu

i Xác định số thông số lý hóa vật liệu > Khảo sát độ bền môi trường axit

s Xác định độ từ tính vật liệu ỉ 3 Phân tích cấu trúc bề mặt vật liệu

[ Khảo sát khả hấp phụ giải hấp số ion kim loại nặng vật liệu

ỉã chế tạo

ị I Khảo sát khả hấp phụ Ascn số kim loại nặng ị Kháo sát hấp phụ giải hấp ion Cr(VI) ị Khảo sát khả hấp phụ giải hấp iorì Cd(II) Kết luận

Báo cao chi tiết kết nghien cứu cua đe tài

Mo (laII

Cùnu với phát triến mạnh mẽ kinh tế khoa học kỹ thuật, người ana pliái đói mặt với ỏ nhiễm mơi trường, lên hàng đầu ô hiẻin nguồn nước Nguyên nhân chủ yếu nước thài sinh hoạt cơng ghiệp có chứa nhiều chất độc hại có kim loại nặng chưa xử ỉv oặc chưa xử lý đạt yêu cầu đổ vào nguồn nước, làm suy thối mơi ‘irờng ánh hướng đến sức khoẻ người Do nghiên cứu tách loại thu ổi các kim loại nặng nguồn nước ô nhiễm nhiệm vụ cần thiết ấp bách

Có nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng như: phương pháp kết tủa, •hương pháp trao đổi ion phương pháp điện hoá, phương pháp thẩm thấu ngược, (hương pháp hấp phụ Đặc biệt, phương pháp hấp phụ với việc sử dụng nhiều 'ật liệu hấp phụ khác than hoạt tính, silicagel, nhựa trao đổi ion, :eolitc, cổ khả loại bỏ hoàn toàn ion kim loại nặng độc hại khỏi nrớc mà phương pháp kết tủa thông thường không thực Thông thường :ác vật liệu hấp phụ nạp(nhồi) vào cột có đường kính từ 10 cm đến vài net với chiều cao thích hợp Q trình hấp phụ thực liên tục liếm hấp phụ tói im(breackthrough) ion cần tách Lúc rình hấp phụ ngùng lại chuyển sang cột thứ hai tiến hành tái sinh lại cột vừa hấp phụ bắt đầu Quá trình tái sinh để túi sử dụng cột(giai hấp, làm sạch, tái sinh) tiến hành cột v ề nguyên tắc thời gian tiêu tốn cho chu trình dài so với trình hấp phụ xử lý Trong khi vận hành hệ thống cột hấp phụ tái sinh vật liệu thường xây tượng tắc cột nhiều trường hợp phái tháo bỏ vật liệu khỏi cột để sửa chữa tái sinh vật liệu hấp phụ Cồng việc khơng tốn thời gian mà cịn thiệt hại nhiều vc kinh tế Trong thời gian gần đây, người ta nghiên cứu phát triển kỹ thuật trao đoi ion luáỉi hoàn (Continuous moving-beđ ion exchangc) nhằm

khác phục nhược điếm kỹ thuật hấp phụ Ìrên CỘI cỏ đ ị n h n ì x e đ beđ) Tro ng

jn tục (lược nạp vào thicl bị phán ứng dó người ta ticn hành khuấy với tốc độ lích hợp tính tốn thời giun lưu phù hợp cho dòng hỗn hợp cùa nước ỏ hiẻm vật liệu hấp phụ khỏi thiết bị phun ứng sang thiết bị láng )ại bó hồn tồn chất nhiễm Tại thiết bị lãnu, vậl liệu hấp phụ tách ộ phận tái sinh đẽ quay lại trình ban đầu Phán nước đạt yêu cáu se cháy goài Yêu cầu phương pháp vật liệu hấp phụ phái có dung tích hấp hụ cao, thời gian tiếp xúc nhanh đặc biệt khả lắng nhanh Vì loại ật liệu hấp phụ có từ tính tỏ có nhiéu ưu điểm đặc biệt hiệu hấp phụ ao, kha lắng nhanh kết hợp với thiết bị có từ tính Do nghiên ứu phút triển loại vật liệu hấp phụ có từ tính ứng dụng xử lý

IƯỚC nước thải m ối quan tâm nhiều nhà khoa học giới.

Tình hình nghiên cứu tổng hợp ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính

Nhựa trao đổi ion có từ tính lần điều chế công ty American ryanamiđ để sử dụng q trình tách loại muối khống xử lv ìước Tuy nhiên, khơng thực ý phát triển Trong vật iệu polyme có từ tính lại ứng dụng mạnh công nghệ sinh học: kỷ huật gen, phân lập tế bào, cố định enzym, tách AND Thông thường trình Ịồm hai bước:Bước 1: Cố định thành phần cần tách lên bể mặt vật liệu có từ tính Bước 2: Tách phàn tử sinh học tác dụng lực từ

Đặc điểm từ yếu tố quan trọng trình nhà nghiên :ứu ngày ý đến cải thiện tính chất polyme có từ tính Tác giả Xiaoning An cộng nghiên cứu chế tạo polyme chitosan có từ tính cao bằng cách sử dụng sắt barium, tạo liên kết ngang glutaraldehyt epichlorohydryl Quy trình chế tạo vật liệu diễn sau: Trộn lOOmg sắt barium với lOOml NaOH 0,1 M, khuấy 1000 vòng /ph Nhỏ giọt 2()ml dung dịch chitosan 2g/l vào hỗn hợp Đưa pl ỉ dung dịch 9-10 HC1 0,1 M, thêm 50ml dung dịch glutaralđehyt 25%, trì phản ứng lOh Rửa sạch, thêm lOOml NaOH ,0 IM 50ml epychlorohydryl Ở50°c, đê lOh Rửa, sấy, nghiền mịn Vật liệu thích hợp cho việc tách làm enzim, protein

lymetylmetacrylat có từ tính mang etvlendiamin dê’ tách loại c 11(11), Cd(ll), (II), Htz(ỉl) cỏ nỏng độ lừ 5-7()()mu/l pH khác (2-8) ■Ivmetylmetacrylat từ tính (mPMMA) khơng biến tính có hấp phụ m loại nặng thấp: 3,6|»imol/g Cu(II), 4,2|imol/g Pb(II), 4,6|umol/g Cđ(II), >4 imc)l/iz Hg(II) Khi biến tính bàng ctylcndiamin (EDA) hấp phụ la vật liệu tăng lên nhiều, phán ứng diễn sau:

CH, CH3

NH-) —(C H2)t~NHi

- c I Ị 2—c - ) — ( C H j- c - )n

c = 0 <Ị = 0

0 —n h2 NH_(CH2)2—n h2

m PMMA mPMMA_ EDA

Vật liệu sau hoạt hoá có khả hấp phụ Cu(II) 201|Limol/g; 86j.imol Pb(II)/g; 162 Ịimol/g Cd(II)và 150 1-imol/g Hg(II) Khả ăng hấp phụ cạnh tranh hỗn hợp ion Cu(II) 79,8ị.imol/g; 8,7 Ịimol/gPb(II); 52,4|amol/gCd(lI) 45,3f-tmol/gHg(II) Trong điều kiện hấp ihụ chọn lọc không chọn lọc khả hấp phụ giảm đần theo thứ tự Cu, *b, Cd, Hg Khả hấp phụ tăng tăng pi đạt giá trị ổn định pH=5 >H tối ưu để loại bỏ kim loại nặng 5-8 Quá trình giải hấp đạt hiệu suất tới )8% tác dụng HNO3 0,1 M Vật liệu hấp phụ có tái sử dụng ốt, sau chu trình giải hấp - hấp phụ mà dung lượng hấp phụ không bị biến đổi ìhiéu

n kim loại chuvẽn tiẽpíví dụ : ' sCo '"Co, 54 Mn MCr, ’Fc f,íNi, f,sZn, ) sán lam nhà máv lượng hạt nhàn dược lạo tư phá ứng phân hạch hạt lán Háu hết ion kim loại đổu tham gia vào trinh trao dổi ion

in cỏ tác nh ân trao đổi ĨOII phù hợp ch o qu trình công nghệ cán

liet ứ dây tác giá sử dung nhưa trao đổi ion có từ tính tạo từ chitosan ì oxit sắt từ tạo liên kết ngang với glutaraldehyde Gregory L.Rorrer /U-Yang Hsien tổng hợp hạt nhựa chitosan có từ tính dùng cho iệc tách ion Cd:+ khỏi nước thái Quá trình điều chế hạt nhựa chitosan xảy ì theo bước: ban đầu hạt chitosan có từ tính tạo ra, sau bước 10 liên kết ngang sấy khô để tách nước khổi cấu trúc xốp Các hạt to hạt mang hấp phụ tách loại Cd2+ ,hiệu suất trình tach ion kim xu cao, tải trọng hấp phụ cúc đp.i loại nhựa cao hoảng 518mg/g kích thước hạt khoảng lmm 188mg/g kích urớc hạt 3mm Yoshito Wahui cộng nghiên cứu trình chiết tách scn(V) dung dịch chiết haptan có chứa hạt siêu nhỏ sắt từ muối moni kỵ nước phù hợp Kết trình chiết tách cho thây hiệu suất há cao, tải trọng cân tính theo lượng asen lượng sắt từ [ma=36mg/g giá trị phụ thuộc vào yéu tố pH, độ từ tính, hàm ượng chất hữu dung dịch, nhiệt độ chiết, kích thước hạt từ Ivo Saíarik tã công bố phương pháp hấp phụ hợp chất màu hữu lên than có từ tính Than :ó từ tính tạo thành trình phân bố (entrapment) than hoạt tính có ;ích cỡ nhỏ vào cấu trúc oxit sắt từ Vật liệu có khả hấp phụ oại hợp chất hữu cơ, đặc biệt hợp chất màu hữu cơ: triphenylmetan, hetero

X)lycyelic, hợp chất màu chứa nhóm azo Người ta nghiên cứu phát triển :ấc tác nhân chiết để sử dụng trình lọc từ nhằm loại bỏ số sán

u nlióm CHO troim silutaraldehyt làm giám hấp phụ hạn

IC hoà tan cùa chitosan mơi trường axit Tính tốn tỷ lệ NH:/CHO lã Vặt liệu sau tạo liên kết ngang loại nước bàng phưưng pháp sáv bay ĩi lạnh Két cho thay vật liệu có tách loại cađimi tốt dung lượng íp phụ cực đại đạt 188 mgCd/g

Việc nghiên cứu chế tạo ứng dụng loại vật liệu hấp phụ có từ tính JỢC phát triến mạnh mẽ giới, ậ Việt nam, nhóm nghiên cứu Khoa Hố Ị)C, trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội triển khai có số kết q dn đầu khích lệ Vặt liệu hấp phụ chế tạo từ chitosan kết hợp với vật ệu từ tính F e , Trung Quốc với tỷ lệ khác Để tăng độ bền lý hóa nì ne tơi tạo liên kết ngang túc nhân glutaraldehyt Đồng thời áp dụng ỹ thuật sấy hay lạnh nhằm tăng diện tích bé mật vật liệu Các kết thực ghiêm cho thấy kha hấp phụ hợp chất asen vật liệu có từ tính tốt ơn nhiều so với có chitosan khơng Kết q nghiên cứu ràng ạt liệu có khả hấp phụ Cr tương đối tốt, đạt 42,8mg/g Khả thu ồi Cỉ sau hấp phụ đạt 90%, khả tái sử dụng cao Đối vói Cd kết uủ triển vọng

Nghiên cứu điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính I I Chuẩn bị nguyên liệu

ỉ I Tinh tuyển sắt từ

Vật liệu lừ tính sử dụng nghiên cứu oxít sắt từ công nghiệp 'ủa Trung Ọuốc bán thị trường, ngồi chúng tơi cịn sứ dụng thử nghiệm oại oxít sắt từ trung tàm Khoa học Vật liệu-Khoa Vật lý oxít sát từ chế ạo từ hổn hợp muối Fc(II) Fc( III) theo ti lệ thích hợp Các oxít sắt từ TQ tược tuven lấy cỡ nhỏ tinh tuyển trọng lực ướt Cho oxít sắt từ vào ống tong loại lOOOml, lắc Để lắng 30s, gạn lấy 500ml phần ống đong, để ắng sau 24 giờ, gạn, sấy khô 40°c Sản phẩm sau sấy rây lại qua :ỡ < 15mm đựng lọ kín

tosan sứ dụng Irong thí nuhiệm sán pliam điéu chẽ từ vỏ tõm mu lãm ứng dụnti cúc sán phám biến, Viện Hóa học, Viện Khoa học Cổng lệ Việt nam Nguvên liệu nghiền nhỏ có kích thước qua lỗ rây ()Jm m ồi chúng tỏi cịn sử dụng Chitosan tinh knièt hãng Wako Nhật bán đê m tra dối chứns, chitosan điều chê từ vỏ tôm để so sánh

2 Tong hợp vạt liệu hấp phụ

2 / Khảo sát ảnh hưởng cùa tỷ lệ Chitosan: Oxít sắt từ

Các vật liệu tổng hợp có ti lệ chitosan: Fe30 : 7:2, 3:2, 1:1, 1:2 mẫu sắt từ, mẫu sấy 40°c Các kết mô tủ nh

Mối quan hệ ti lệ chitosan: Fe30 dung lượng hấp phụ

2 Ảnh hưỡng (tiêu kiện sấy vật liẹu

Khi hỏn hợp huyên phù điitosan-Fe30 phun vào dung dịch NaOH 2M ntiuv tao thành hạt hình cáu có đường kính l-2mm Các hạt hình cáu này cỏ tỷ lệ nước cao, chiếm khống >90% Có thê phân tứ chitosan hoà tan troniỉ axit acctic liếp xúc với dung dịch kiổm tạo thành lớp màng bọc phân tử chitosan, sát từ nhiều phàn tư nước Muốn sứ đụng vật liệu phải sấy loại nước Chúng tiến hành kháo sát diều kiện sấy khác Trong điều kiện sấy tiiường, lúc đáu phân tử nước hay qua cúc màng chitosan Khi nước bay màng co lại thê’ tích hạt giám tạo thành hạt có kích thước nhỏ hơn: 0,5-lmm Đồng thời trình bay nước gần dừng lại Kết hấp phụ cho thây khả giảm màng bao bọc toàn phần chitosan-Fe30 bên trong, ngăn cản tiếp xúc phân tứ Cd2+ Đê khắc phục nhược điểm tiên hành sấy bay lạnh

ờ đicu kiện này, phân tử nước lòng hỗn hợp bị đóng băng sau

được bay áp suất thấp Quá trình để lại lỗ xốp rỗng lịng vật liệu mà khơng làm phá vỡ cấu trúc mạng vật liệu Do làm tăng diện tích bé mặt vật liệu

Ảnh hưởng điều kiện sấy vật liệu đến khả hấp phụ

STT Loại vật liệu

Điều kiện sấy

C(, (ppm) c (ppm) q(mg/g)

1 VL6 Sây 80° 500 402 9,8

2 VL7 Sấy 40° 500 375 12,5

3 VL8 Sấy 40°, sấy lạnh

500 357,7 14,23

4 VL9 Sấy lạnh 500 363,1 13,69

9

2 Qui trình tỏng hợp vật liệu

hợp v o dunii dịch NaOH 2M khuấy liên lục thu vật liệu cỏ đưừng

kính Các hạt thu đem rửa nước cất đến pH=7 Sau đỏ tiên

hanh kháu mạch glutaraldehyt Các hạt vật liệu đcm trộn lẫn với dung

dịch glutaraldehyt 2.5% theo ti lệ glutaraldehvt/chitosan 5ml/lg Để phán ứng đien troiiii 24h, thinh thoáng trộn đcu hỗn hợp Cuối rửa nhiều lần bàng nước cất nhầm loại bỏ phần dư glutaraldehyt chưa tham gia phản ứng Hạt thu đem sấy 40°c trong 24h Vật liệu sau sấy đem nghiền, rây lấy kích thước <0.15mm Ngâm vật liệu dung dịch axit HCL IM 24h đê’ loại bỏ sắt từ trcn bề mặt vật liệu Rửa axit, sấy khô 40°c, giữ lọ kín Sơ đồ c hu ng q trình điều chế vật liệu mơ tả hình

Q u i trình (licu vật hẹn hấp pliụ(\ Lb) ili từ niỊH\'ứn lic ii ilíín lủ cliitosan muoi F i’ịl l ) - F c C Iị ( i l ỉ: () l c ị l l l )-Ị:cS() Ị.7H Ẩ).

I loà lan 5c chitosan thỏ tronsi lOOOml dunu dịch C HịC O O H 2.5% cho vào

d un g dịch 8.27g F c S 4.7 H 20 I6.07g F e C l , H O khấy tan, sau kết tủa

hãng NaỚH 1.V1, lọc hằnu nước cất máy hút chân khơng đến pH trung tính, sấy khơ nhiệt độ 90°c Nghiên nhỏ rây lấy kích thước hụt thích hợp

3 Xác dinh mọt sỏ' thơng sơ lý vật liệu

3 i Kháo sát độ bén m ỏi trường axit

Một tính chất quan trọng vật liệu điều chế có khả ứiiụ dụng thực tế phai có độ bền cơ, lý, hố cao Có nhiều phương pháp

đánh giá khác nhau, luy nhiên điều kiện phịng thí n g h i ệ m c h ú n g chi tiến

hành khảo sát sơ độ bền hoá học vật liệu mơi trường axit Các bước thí nghiệm sau: Vật liệu ngâm ũung dịch HC1 IM 24h, lắc nhẹ Quan sát thay đổi thể tích vật liệu, đo độ đục dung dịch HC1 trước sau cho vật liệu Từ đánh ciá độ bên vật liệu

3 Xác định độ từ tính vật liệu

Độ từ tính củ a vật liệu hấ p phụ xác định cá ch đ o đường g từ

trẻ thiết bị đo độ từ môn Vật lý nhiệt độ thấp, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội Các vật liệu từ đem đo: Mẫu I.Dung dịch

2% sắt từ, 2%chitosan, nghiền, không sấy lạnh, Mẫu Dung dịch 2% sắt từ, 1%

chitosan, không nghiền, sấy lạnh, Mẫu Từ dung dịch 2% sắt từ, 2% chitosan, nghiền, sấy lạnh Cúc kết đưa o phán phụ lục

3 3 Phản tích cấu trúc bê mặt vật liệu

4 k h o sát nan<4 hãp phụ VÌ1 ịỉiài hấp sị ion kim loại nặng trẽn vật

liệu che tạo

4 ỉ Khảo sát khả hấp phụ vù giải hấp Asett vó cơ

4 / / Kết kháo sát hấp phụ asen loại vật liệu khác nhau

Đô NO sánh tiến hành khảo sát hấp phụ Asen loại vật

liệu khác Các kết trình bày bảng Kết thực nghiệm cho thấy có mật oxít sắt từ hấp phụ tăng lên rõ rệt

Bảng khả nă)ìí> hấp phụ asen vật liệu từ tính

SST

Tỷ lệ chitosan

và sắt

Nồng độ As đầu [As]0, ppb

Nồng độ As sau

hấp phụ[As]r,

ppb

Nồng độ As pha rắn [As], ppb

Hiệu suất hấp phụ(H%)

1 5:1 500 6.88 493.1 98.62

2 1:1 500 4.94 495.1 99.01

3 1:5 500 22.4 477.6 95.52

4 1:10 500 58.3 441.7 88.34

Bảng khả năníỊ hấp phụ chitosan vả Fes0 4

SST Loại mẫu

Nồng độ As đầu [As]0, ppb

Nồng độ As sau

hấp phụ[As]r,

ppb

Nồng độ As pha rắn [As], ppb

Hiệu suất hấp phụ(H%)

1 Fc3()4 500 40 460 92

2 Chitosan 500 493 7 1.40

Từ số liệu ta tháv vật liệu VLb với tý lệ chitosan: Fe 1:1 5: i có kha nâng hấp phụ ascn tốt loại khác, đỏ ta kháo sát cân hàng háp phụ asen theo thời ni an với nồng độ asen han đau la 50()ppb Kêt biêu diẻn ớ dỏ thị dày

Đồ thị Đường cân bầnq hấp phụ theo thời gian

4 1.3 Khảo sát khả hấp phụ sô kim loại nặng vật liệu

Trong nghiên cứu kháo sát SƯ khả hấp phụ vật

liệu điều chế với: Cd(II), Cu(II), As(V) Các kết đưa đồ thị

Ỉ Ề Ề & - : ề r; ị( S ■

q(mg/g)

Cd(íi);; _ -114.23 » » • ■ • , • ' _

Cu(lĩ) 19.6 0 q(mg/g) I

• • , ■■ ■, ■

■ * V C ' ■'

As(V) 118.75

• 1

. • ■ ' ĩ' ■ i s - . .

1 lình Khá hấp phụ số kim loại nặng VL8

Đ HỌC QUỌC GIA HA NC ] ỈRUỈ\G TÂM THỊNG TiM THƯ VIÊN

Chúng nhận thấy p li= l, vật liệu có kha nã nu hàp phụ tốt nhát dối với As(V) Điêu nàv chẽ hấp phụ kim loại nặng lẽn vật liệu

chitosan-sắt từ khác Một sỏ tài liệu tham kháo chi chê háp phụ Cu \ ph2+, Ctl + chitosan tạo phức vòng Trong đỏ, asen tồn tlạnii oxo-anion nước khổng bị hấp phụ bới chitosan Vì nũng hâp phụ vật liệu ascn không phái chitosan mà tác dụng F c ,0

Điéu nàv phù hợp với kết nghiên cứu Chitosan hâu khơng có kha Itãng hấp phụ ascn

Khi sử dụng chitosan-sắt từ sấy bay lạnh, dung lượng hấp phụ Cu2+ đạt 9,6mii/g, cao kết hấp phụ vật liệu chitosan-sắt từ sấy thông thường cua cúc nhóm khác Khoa Hố

Đối với Cd(II) khả hấp phụ tốt Tuy có giảm so với ehitosan thường ưu điểm vật liệu bền môi trường axit thuận lợi q trình tách từ tính

4 Khảo sát khả hấp phụ giải hấp ion Cr(VI)

4 A nh hưởng thời gian khuấy

Các kết khao sát ảnh hưởng thời gian khuấy tới khả hấp phụ vật liệu trình bày bảng Từ kết ta thấy khả

phân tán sát chitosan tăng thời gian phân tán tăng, hấp phụ Cr(VI) tăng.Từ kết tên ta thấy với thời gian khuấy 10 thích hợp từ ta khảo sát kha tách loại Cr(VI) vật liệu

SST

i

Thời gian khuấy

Nồng độ ban đẩu,ppm

Nồng độ sau hấp

phụ [ppm

Nồng độ pha

rắn, ppm

Hiệu suất hấp phụ (H %)

3 150 68.24 81.76 54.51

2 7giờ 150 61.82 88.18 58.79

i 10 giờ

4 2 Khao sát anh hường cua thoi gian tới kliá hấp phu cùa vạt liệu.

('ác kết quà imhiên cứu ánh hướng thời gian đèn cân bàng h áp phụ đưực minh họa đổ thị đâv:

Đường cân hấp phu C r(V I)

Từ kết ta thấy hầu hết cân thiết lập sau 15 phút

4 Xây dựng đường càn hấp phụ đẳng nhiệt.

Đườnjỉ hap phu (iariỊi nhiệt

50

N o n” độ tronịí pha lỏng, ppm

Đưòng cân hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

4 Khảo sát khả thu hồi Cr(VI) klid tái sử dụng vật liệu.

Các kết nghiên cứu khả rửa giải thu hồi Cr(VI) tái sử dụng vật liệu dung dịch NaOH trình bày bảng Từ kết ta thấy hiệu suất thu hồi tốt, sau rửa rái 2()ml NaOH 2M ta thu 88,41% hàm lượng crom Khả tái sinh khơng tốt phần chitosan bị mát phần trình hấp phụ Vì vậy, muốn cho khả hấp phụ vật liệu sau lần tái sinh không bị ảnh hưởng cần phải tạo liên kếi ngang để làm tăng độ bền vật liệu

["" -

! Lượng vật liệu (g)đã bão bào Cr(VI)

Lượng crom có 0.5g vật liệu

đã bão hoà(mg)

Hàm lượng Cr(VI) (mg)thu hồi

Hiệu suất thu hồi(H%)

0.5

Kha nnnii tái sử clụnii \ ạt liệu

>SI Vạt liệu

Hàm lượnu crom có

dung dịch thí nghiệm ban

đầu(mg)

1 lam lương crom lại

sau hấp phụ(mg)

Hàm hrợrm crom pha rán(mg)

Tái trọn í! hấp pliụ cân bằng(mg/g)

1 Ban đáu 7.5 2.70 4.8 9.60

Tái sinh lần

môt 7.5 3.36 4.14 8.28

Tái sinh lần

hai 7.5 4.35 3.15 6.30

4 k h a o sát khả hấp phụ giải hấp ion Cd(II)

4 3.1 Khảo sát ảnh hưởng p H đến khả hấp phụ cađimi.

S ự p h ụ t h u ỘC' d u n g lưựití l i i i p p h ụ vào

pl!

01

q(mg/g)

p H

Hình : Sự phụ thuộc dung lượng hấp phự vào pH

4 Khảo sát thòi gian đạt càn hấp phụ.

Các kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến cân hấp phụ, mơ ta trẽn hình Các kết cho thấy hấp phụ cađimi tăng lên theo thời gian Sau 180 phút, hấp phụ không tăng lên, q trình hấp phụ đạt càn

Thịi gian đạt cân háp phụ 1

-1 A — • ♦

12 0)10

Q

ỵ

E ơ 6

4 o

/

~ r : u - - *

0 100 t (s) 200 300

4 J Khao sát (inh hườníỊ nơng dọ (lảu Cd2+ đen kha nùng hấp phụ.

Kct khát) sát ánh hướng nồng độ đáu đôn nang hấp phụ cađimi cua vật liệudược m tá hình

q(mg/g)

C ( p p m )

Mối quan hệ tải trọng hấp phụ nồng độ cân

Thực tính tốn dựa phương trình đường đẳng nhiệt Lăngmuir hình 18 thu kết qúá mhư sau:

tg o c= l/ qm;ix c==^

.q =l/tg.oc =1/0.0669 =14.94(mg/g) h =1/K qnwxt_ >

K = I / b q , max = 0.022

Đườriịĩ háp phụ l an g m u ir

40

C (p p m )

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

4 Khảo sát khả rùa giải tái sử dụng vật liệu 4 Ị Ảnh hưởng chất rửa giải

Các thí nghiệm nghiên cứu khả rửa giải cađimi khỏi vật liệu hấp phụ bàng dung dịch NaOH EDTA

Từ kết phân tích tính tốn hiệu suất rửa giải dung dịch ED TA:

qgh 13 >2

H ị = - 100% = - .100% = ,7 % q hr 14,23

Nghiên cứu khả rửa giải dung dịch NaOH 1M với có mặt NH4C1, nồng độ 0.1M

qgh 13,75

Mht 14,2

IỊ, : l.iíựnạ c a d im i bị liấp p h ụ trớn Ị iỊ vật liệu

I/ h: Liỉợ h iị cadinú bị lỊÌái húp

Các kết qua c h o tháy giái Ci'dinii khói vật liệu hâp phụ dung dịch NaOH EDTA tốt, hiệu suủ rửa giải NaOH tốt

EDTA Có the phức vịng tạo thành từ Cd2+ vàchitosan bền với EDTA

Khá na nu khuếch tán EDTA đến bề mặt vật liệu có ánh hưởng từ trường khịne, vấn đề nàv cần khảo sát kĩ nđiiên cứu sau

4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất rửa giải

Chúng tiên hành rửa giải dung dịch NaOH 1M, 2M, 3M Kêt

thu nhir báng:

Kết quà rửa ỳ tii N aO H cúc nồng độ khác nhau.

STT

Nồng độ NaOH 1M 2M 3M

HI (hiệu suất rửa giẩi lần 1)

96,2% 97% 98,9%

H2 99,35% 99<2%

-Các kết thực nghiệm cho thấy dung dịch NaOH nồng độ từ 1-3M có rửa giải cađimi khỏi vật liệu tốt Nồng độ NaOH cao khả rửa giai tốt thể tích cần dùng Tuy nhiên thấy: Rửa giải NaOH IM cho hiệu tương đối cao, chí cần dùng 20ml NaOH IM có thê’ thu hồi 99,35% cađimi

4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất điện li đến trình rửa giải NaOH.

A n h hưừni> n iiiỊ (lộ c h ấ t d iệ n l i d è )ì Í/ Iiiì t r ìn h n h i ỊỊitit

STT

ỊNH4C1Ị M 0.1 0.5

Hiêu suất giúi 97.9 98.5 99.3 hấp( %)

4 4, K hảo sát k h tái sử d ụ n g thu hồi vật liệu

Một vân đề quan trọng định vật liệu hấp phụ ứng dụng rộng rãi thực tê' phải có khả tái sử dụng thu hồi cao Vi vật liệu sau rửa giải tiến hành lặp lại trinh hấp phụ-giải hấp lần 2, lần Kết thu trình bày báng

Khả tái sử dụng thu hồi vật liệu

Dung lượng hấp phụ (ing/g)

Lần Lần Lần

14,23 13.57 13,1

Khôi lượng vật liệu (g)

1 ,0,96 0,87

Vật liệu điều chế có khả tái sử dụng thu hồi cao Sau chu trình rửa giải- giải hấp tính tốn khả rửa giải tái sử dụng vật liệu: Hiệu suất thu hồi vật liệu: m 3/m 1=87% Khả tái sử dụng: q3=92%q,

Nguyên nhân mát vật liệu trình lắc, gạn, lọc, rửa bị hao hụt Đê có thê đánh giá cần tiến hành với sơ lần thí nghiệm nhiều lượng vật liệu nhiều thời gian tới

5 Kết luận

- Thu thập tài liệu t o n ” quan vé tổng hợp đicu chè ứng d ụ n g cua vật liệu hãp

phụ có từ tính xử lý mơi trường sinh học

- Xác định điéu kiện thích hợp dế tổng hơp vật liệu hàp phụ có từ tính tìr ehiiosan oxít sắt từ Đã lựa chọn tác nhãn tạo liên kẽt ngang elutaraldehyt để tăng độ bén lý hóa vật liệu tổng hợp, khao sát diêu kiện sấy (hích hợp để tăng diện tích bề mặt trung tàm hoạt động vật liệu

- Đã kháo sát xác định sơ đặc tính vật liệu hấp phụ có từ tính

- Kháo sát hấp phụ giai hấp As, ion Cr(VI) ion Cd(II) Irên vật liệu tổng hợpđựơc

6 Tài liệu tham khảo

1 M stoeíTler, Ha:ardous metaỉ in the environment, Elsericr Science Publisher, 1992

2 Eric Guibal, Laurent Dambies, CelineMilot and Jean Roussy, ỉnfluenct’ o f

p lv m c r s tn ic tu r a l p a m eters an d ex perim en taì d itio n s on m eta ìs anion

sorption by chitoscin, Journal of Polymer, Vol.29, No.99, P.670-680, 1999.

3 ỉ vo Safarik, Removaỉ o f organic polycyclic com pounds fr o m water

.Solutions w ith a m a ẹ n e tic ch ito sa n b a s e d s o r b e ỉìt b e a rin g c o p p e r p h t h a ỉ o c y a n ỉ n e

tlye, lournal of Water Resources, Vol.29, No 1, p 101-105, 1995.

4 Mun Hung Li ao, Kun Yang Wu, Dong Wang Chen, Fast rem oval o f basic

dyes by a novel maqnetic nano adsorbent, Chemistry Letters, Vol.32, No.6,

P.48S-489, 2003

5 Veera M Buddy, Krinh Naiah Abburi, Jonathanl Talbott, Edga B Smith,

R cm oval o f lìexavalen t chromiumỷrom w a ste w'Cỉter using a n eM ’ co m p o site

chitosan biosorbent, Environ Soi Technol, No.37, 4449-4456, 2003.

6 Xiaoning An, Zhixing Su and Hanming Zeng, Preparatioiì o f highly

m uạnetic chitosan p a rticles and ưse f o r affuùty p u riỷication o f en zym es,

] Chem.Technol.Biotechnol, Vol.78, 596-600, 2003.

8 íii icGuibal Celine Milot and John Michacl Tobin, Mcii.ll- a iu o n so rtio n hy chitosan hcads: lu/uilihriiim and kinetic studies ỉnđ Eng c hem Rcscarch, Vol.37, No.9, 1455-1460, 1998

9 Adil Dcni/li, Gulcrcn OZkan, M Yakup Arica, Prepanition and

cli(ii(i( teriiation ()f mưiịnetic pol\met\'lm ethacr\'lưte m icrobeuds carrymỵ ơtliyleiie (liamine for rưmoval o f Cu(II), C ílịl1) P bịlỉ), Hịỉ(II) fro m aqneons Solutions Joumal of Applied Polymer Science, Vol.78, No.9, 81-89, 2000.

10 Allcn w Apbletl, N o v e l m ateria ỉs f o v ỷa cilc s e p a tio n o j P e tro leu m

proilucts / rom acỊiieous m ixtu re s via nuignetic Ịiltra tio n, Project, 2001.

11.JiYe Fang, Amar Kumbhar, Weilie L Zhou, Kevin L Stokes,

Níuumeedles o f maglìemite iron oxide prepared fr o m a wet chemical route,

Materials Research Bulletin, No.38, 461-467, 2003

12 Maịeti N v ravi Kumar, A revieH’ o f chitin and chitosan appìication, Reactive and Puntional Polymers, Vol.46, 1-27, 2000

13 s Gomez Salazar, J.S.Lee, J.C.Heydweiller and L.L Tavlarides, Anaỉysis

()f Cadmium adsorption on nơvel orqeno- ceram ic adsorbents W'ith a íhiol fuiicti(>naliív, Intl Eng Chem Res, No.42, 3403-3412, 2003.

14 Yoshinari Bana, Naohiko Matsumura, Kohichiroshimori and Yoshinobu Kavvano, Selective adsorption o f Hg(ll) ôn chitosan derivatives from

hydrochìoric acicl, Journal of Applied Polymer Science, Vol.26, 291-293, 1999.

15 Xhikuan Yang, Yuyng Wang, Yorong Tang, Preparatỉon and p ro p erties tìf

me tai ions ()f Crossìinked chitosan Azacrown Etrers, Journal of Applied Polymcr

Scicncc, Vol.26, 2091-2093, 2000

16 Z/aiscva G N, Strelko V V, Pyahushko o p, Brought A, Si li ca- based ion

exclniniỊt’ for selecíive metal ions preconcentratiơn, Resource of society

chemistry, Vol.21, No.5, 173-175, 1996

17 Lyubchile S.B, bcnaddi H, Shapranov \ .V, Beguin F, Actìved cctrbons

from (heniictillv treated antliea- cite carbon, Vol.3.5, No 1, 162-165, 1997.

18 Young Kvun Kim and Kun Jai Lee, Synthesis o f a mcignetic composite

rcsin CIIICỈ its cob a ỉt rem o va l ch a cteristics in acỊiieous s o h itio n s, Jo u rn al o f

I() Yoshiií) Wakui, Tukeo Ebina Hetlev Uki Matsunaga Solvcnt e.xtraction

<)f \.\cnic ilispcrscd itlĩraỊìiic nni^neti/c p n iticlcs .ỉournal ol Analytical

Sc ic ik v s Vol 18, p 793-797, 2002

20 Younu Kvun Kim, Kun Jai Lxc, Sxnthes.s ()f (I m a^netic composite resitì

tiiiil its colnili re m o va l chơracĩcrislics in aq itcou s solitỉion Journal ol Nuclc ar

Science and Technology Vol 38 No 9, p 785-792, 2001

21 Grcgorv L Rorrer, Tzu-yang Hsien, Svníliưsis oị Porous- magnetic

chitosơn heads fo r rcnuìval ()f cưdmium ions fro m waste watei\ Ind Eng Chem

ĐẠI IIỌC’ Ọl ó c GIA HA NÒI

IRIONG DAI n ọ c KHOA HỌC TựNHIÉN KHOA: HOẢ HỌC

Nguyễn Thị Hoù

NGHIÊN c ú u CHẾ TẠO VẬT LlỆU HẤP PHỤ CĨ TỪ TÍNH TÁCH LOẠI Cd2+ TRONG NƯỚC

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH Q U Y Ngành: Cơng nghệ hố học

Giáo viên hướng dẫn: TS Đ ỗ Quang Trung

ĐAI IIỌC QUỐC GI A I1A NỘI

IR l ÓNG ĐAI HỌC KHOA HỌC' T ự N I I IÊ N KHOA: HOA IIỌC'

Dương Văn Dũng

NGHIÊN cúu CĨ TỪTÍNH CHO Q TRÌNH TÁCH ION

KIM LOẠI NẶNG TRONG NUỚC THẢI

K HO Á LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH Q U Y Ngành: Cơng nghệ hố học

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Trần Hồng c ỏ n TS Đ ỗ Quang Trung

Phiếu đãng ky

Ket qua nghiên cứu KIỈ - CN

Tên de tài:

Nghièn cứu Tổng hựp vật liệu hấp phụ có từ tính kháo sát ứng đụn

trong xứ lý nước nước thái

Mã sò: Q T -04-13

Cư q u an chủ trì: Trường Đại học khoa học tự nhiên

Địa chi: 334 Nguyễn Trãi, Thanh xuân, Hà nội

Điện thoại: 04 5583001

Co quan quản lý: Đại học Quốc gia Hà nội Địa chi: 144 đường Xuân Thủy, Cầu giấy, Hà nội

Điện thoại: 04 8340564

Tổng kinh phí thực chi: 15.000.000 VND

Trong đó: - Từ ngàn sách nhà nước: 15.000.000 V N D

- Kinh phí Trường: - Vay tín dụng:

- Vốn tự có: - Thu hồi:

Thời gian nghiên cứu: 12 tháng

Ig l a i cán 1)0 phoi hợp nghien cưu: - KìS.TS Chu Xuân Anh

- PGS TS Nguvcn Xuân Truin

- TS Dương H ồng Anh

- ThS Trần Thị Durm - ThS P h ư n i ĩ Thào

CN Vũ Thị Mai Hương

Số đãng ký đe tài:

Ngày:

Sỏ chứng nhận kết quả nghiên cứu:

Bảo mật:

a Phổ biến rộng rãi b Phổ biến hạn chế c Báo mât

Tóm tát kết nghiên cứu:

- Thu thập tài liệu tổng quan tổng hợp điều chế ứng dụng vật liệu hấp phụ có từ tính xử lý môi trường sinh học

Xác định điều kiện thích hợp để tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính từ chitosan oxít sắt từ Đã lựa chọn tác nhân tạo liên kêt ngang glutaralđehyt để tăng độ bền lý hóa vật liệu tổng hợp, kháo sát điều kiện sấy thích hợp để tăng diện tích bề mặt trung tâm hoạt động vật liệu

- Đã kháo sát xác định số đặc tính vật liệu hấp phụ có lừ lính

- Kháo sát hấp phụ giải hấp hợp chất As, ion Cr(VI) ion Cđ(ll) vật liệu tổng hợp đựơc

Kiến nghị quy mò đỏi tượng áp dụng nghiên cứu:

Đe nghị mớ rộim qui mô nghiên cứu

C 11U ion kim loại nặng khác nhau, tìm hiếu kha sư dụ ng polyme

khác, nâng ứng dụng cúc đôi tirựng sinh học

- Khá ứng dụrm thực tẽ: qui m thí nghiệm lớn pilơt nhỏ, kỹ thuật trao tiổi ion luẩn hoàn

- Thum dò sán xuất ứng dụn g vật liệu hấ p phụ có từ tính thực tiễn xử lý mơi trường

L

Chủ trì đề tài Thu trưởng

quan chủ trì đề

tài

Chu tịch hội đồng đánh giá

chính thức

Thú trưởng

q u a n qu ản lý đề tài

I lo

tên

Đỗ Quang

Trung H ụ ỹ lliị Cr iy ^ ữLí) { ỷ '

Học hàm,

học vị

TS

d í ĩ í

Kv tôn, đỏng dấu i ẩ '7j '~

J ; ,-^v

' v \

Ạ í

'OA H C C / ệ ự N H IỂ N /* /

*