Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của hạt chitosan có cấu trúc xốp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cr(VI) CỦA HẠT CHITOSAN CÓ CẤU TRÚC XỐP Giảng viên hƣớng dẫn : TS Trần Quang Ngọc Sinh viên thực : Huỳnh Trần Phôn Mã số sinh viên : 57137263 Khánh Hoà, tháng 7, năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cr(VI) CỦA HẠT CHITOSAN CÓ CẤU TRÚC XỐP GVHD : TS Trần Quang Ngọc SVTH : Huỳnh Trần Phôn MSSV : 57137263 Khánh Hoà, tháng 7, năm 2019 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc LỜI CẢM ƠN Để luận văn đạt kết tốt đẹp, nhận hỗ trợ, giúp đỡ nhiều quan, tổ chức, cá nhân Với tình cảm chân thành, cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất cá nhân quan tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Trước hết xin gửi tới thầy cô khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại học Nha Trang thầy cô môn Kỹ thuật Hóa học lời chào trân trọng, lời kính chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cơ, đến tơi hoàn thành luận văn, đề tài: ” Nghiên cứu chế tạo khảo sát khả hấp phụ ion Cr(VI) hạt chitosan có cấu trúc xốp” Đặc biệt, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.Trần Quang Ngọc quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn thời gian qua Chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phịng thí nghiệm khu Cơng Nghệ Cao, Khoa Phịng ban chức trực tiếp gián tiếp giúp đỡ chúng tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài Với điều kiện thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế đồ án khơng thể tránh thiếu sót Tơi mong nhận bảo, góp ý thầy để tơi có điều kiện bổ sung, hồn thiện tốt đồ án kiến thức mình, phục vụ tốt công tác thực tế sau Xin chân thành cảm ơn! SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 1.1 Lý chọn đề tài 10 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 12 CHƢƠNG TỔNG QUAN 13 1.1 Tổng quan chitin/chitosan 13 1.1.1 Cấu trúc phân tử chitin 13 1.1.2 Cấu trúc phân tử chitosan 14 1.1.3 Trạng thái tồn tính chất vật lý chitin/chitosan 15 1.1.4 Một số nguồn sản xuất chitin/chitosan 15 1.1.5 Tính chất hoá học chitin/chitosan 16 1.1.6 Tính chất sinh học chitin/chitosan 18 1.1.7 Một số ứng dụng Chitosan 19 1.2 Tổng quan vỏ trấu – tro trấu 23 1.2.1 Giới thiệu 23 1.2.2 Thành phần hoá học vỏ trấu 24 1.2.3 Ứng dụng vỏ trấu 25 1.2.4 Thành phần hoá học tro trấu 26 1.2.5 Ứng dụng tro trấu 26 1.2.6 Sơ lược Silica 27 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 1.3 Nghiên cứu ứng dụng chitosan sử lí kim loại nặng 29 1.3.1 Nghiên cứu nước 29 1.3.2 Nghiên cứu nước 30 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 30 1.4.1 Một số khái niệm 30 1.4.2 Cân hấp phụ 32 1.4.3 Động học hấp phụ 33 1.4.4 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 34 1.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 37 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 Đối tượng nghiên cứu 39 2.2 Hoá chất thiết bị 39 2.3 Phương pháp nghiên cứu 39 2.3.1 Quy trình điều chế SiO2 từ tro trấu 40 2.3.2 Quy trình chế tạo vật liệu chitosan có cấu trúc xốp 43 2.3.3 Xác định tỉ lệ chitosan SiO2 để tạo VLHP tốt 45 2.3.4 Xác định thời gian cân hấp phụ 47 2.3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ 48 2.3.6 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ 49 2.3.7 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến khả hấp phụ 50 2.3.8 Ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) đến khả hấp phụ 51 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 2.3.9 Định lượng Cr(VI) phương pháp trắc quang 52 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Tách Silica từ tro trấu 54 3.2 Phân tích SEM 54 3.3 Tổng hợp vật liệu hấp phụ chitosan có cấu trúc xốp 55 3.4 Phân tích cấu trúc vật liệu chitosan xốp phổ FT-IR 55 3.5 Khảo sát khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu hấp phụ 56 3.5.1 Khảo sát để chọn vật liệu hấp phụ tốt 56 3.5.2 Xác định thời gian cân hấp phụ 57 3.5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ 58 3.5.4 Ảnh hưởng pH dd Cr(VI) đến khả hấp phụ 60 3.5.5 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến khả hấp phụ 61 3.5.6 Ảnh hưởng nồng độ dd Cr(VI) đến khả hấp phụ 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc NH MỤC H NH Hình 1.1 : Cấu trúc phân tử chitin 13 Hình 1.2 : Cấu trúc phân tử chitosan 14 Hình 1.3 : Phổ IR chitin (A) chitosan (B) 14 Hình 1.4: Hình thái chitin tự nhiên 16 Hình 1.5: Màng bao gói thực phẩm 23 Hình 1.6: Thực phẩm chức từ Chitosan 23 Hình 1.7: Phân bón có nguồn gốc từ Chitosan 23 Hình 1.8: Băng gạc dùng y tế từ Chitosan 23 Hình 1.9: Vỏ trấu 25 Hình 1.10: Bê tơng siêu nhẹ từ tro trấu 28 Hình 1.11: Than hoạt tính từ vỏ trấu 28 Hình 1.12: Phân bón cho từ tro trấu 28 Hình 1.13: Củi trấu 28 Hình 1.15: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 36 Hình 1.16: Đồ thị phụ thuộc Cf/q vào Cf 36 Hình 2.17: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 37 Hình 1.18: Sự phụ thuộc lg q vào lgCcb 37 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình tách SiO2 từ tro trấu 40 Hình 2.2: Đun khuấy tro trấu với NaOH 42 Hình 2.3: Dung dịch thu sau lọc 42 Hình 2.4: Dịch lọc trung hồ HCL 42 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Hình 2.5: SiO2 sau sấy 42 Hình 2.6: Bột SiO2 sau nghiền 42 Hình 2.7: Quy trình chế tạo VLHP 43 Hình 2.8: Nhỏ giọt hỗn hợp Chitosan+SiO2 vào 500ml nước cất 44 Hình 2.9: Hỗn hợp sau trung hồ NaOH 0,2M 44 Hình 2.10: Lọc hỗn hợp thiết bị lọc hút chân khơng 45 Hình 2.11: Hỗn hợp Chitosan+SiO2 sau sấy 45 Hình 2.12: Tách SiO2 khỏi hỗn hợp NaOH 3M 45 Hình 2.13: VLHP thu 45 Hình 2.14: Quy trình khảo sát để chọn VLHP tốt 46 Hình 2.15: Quy trình xác định thời gian cân hấp phụ 47 Hình 2.16: Quy trình khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ 48 Hình 2.17: Quy trình khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ 49 Hình 2.18: Quy trình khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP đến khả hấp phụ.50 Hình 2.19: Quy trình khảo sát ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ 51 Hình 2.20: Cực đại hấp phụ max = 542 nm 53 Hình 2.21: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 53 Hình 3.1: Tro trấu 54 Hình 3.2: SiO2 54 Hình 3.3: Kết phân tích SEM SiO2 54 Hình 3.4: Phổ FT-IR vật liệt composite chitosan/SiO2 55 Hình 3.5: Phổ FT-IR vật liệu chitosan loại bỏ SiO2 56 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Hình 3.6: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất vào thời gian hấp phụ 58 Hình 3.7: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất vào nhiệt độ dd Cr(VI) 59 Hình 3.8: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất vào pH dd Cr(VI) 61 Hình 3.9: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất vào khối lượng VLHP 62 Hình 3.10: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu dd Cr(VI) 63 Hình 3.11: Đường đẳng nhiệt Langmuir Cr(VI) 64 Hình 3.12: Sự phụ thuộc C1/q vào C1 Cr(VI) 64 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc NH MỤC ẢNG Bảng 1.1: Bảng so sánh tính chất vật lí trạng thái tồn chitin chitosan 15 Bảng 1.2: Hàm lượng chitin vỏ số loại giáp xác nước ta 16 Bảng 1.3: Thành phần hữu vỏ trấu 24 Bảng 1.4: Thành phần hóa học vỏ trấu 25 Bảng 1.5: Các thành phần oxit có tro trấu 26 Bảng 1.6: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 34 Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 53 Bảng 3.1: Các tỉ lệ Chitosan SiO2 để tạo vật liệu hấp phụ 55 Bảng 3.2: Độ hấp phụ, nồng độ, hiệu suất dung lượng hấp phụ đo tương ứng với VLHP có tỉ lệ khác 57 Bảng 3.3: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất dung lượng hấp phụ Cr(VI) 58 Bảng 3.4: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất dung lượng hấp phụ Cr(VI) 59 Bảng 3.5: Ảnh hưởng pH dd Cr(VI) đến hiệu suất dung lượng hấp phụ 60 Bảng 3.6: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ Cr(VI) 62 Bảng 3.7: Ảnh hưởng nồng độ dd Cr(VI) đến hiệu suất dung lượng hấp phụ 63 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tách Silica từ tro trấu Hình 3.1: Tro trấu Hình 3.2: SiO2 Qua trình thực nghiệm: Khối lượng SiO2 thu 40,49 g, khối lượng tro trấu ban đầu 50g Hiệu suất thu SiO2 H = 80,98% 3.2 Phân tích SEM Hình 3.3: Kết phân tích SEM SiO2 Từ hình ảnh SEM (Hình 3.3) nhận thấy, SiO2 thu dạng hạt nhỏ, đồng kết hợp lại với tạo thành cấu trúc xốp Các hạt có kích thước trung bình từ 10-15 nm, kết phù hợp với kết nghiên cứu báo cáo cơng trình nghiên cứu 12 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 54 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 3.3 Tổng hợp vật liệu hấp phụ chitosan có cấu trúc xốp Sáu mẫu vật liệu hấp phụ có cấu trúc xốp tổng hợp từ chitosan SiO2 có tỉ lệ khác nhau, tất thể bảng 3.1: Bảng 3.1: Các tỉ lệ Chitosan SiO2 để tạo vật liệu hấp phụ Tỉ lệ SiO2 0:1 1:1 : 1,5 1:2 1:3 :4 Chitosan 2g 2g 2g 2g 3g 4g SiO2 0g 2g 1,333g 1g 1g 1g 1,955g 1,805g 1,799g 1,803g 2,542g 3,601g chitosan VLHP thu 3.4 Phân tích cấu trúc vật liệu chitosan xốp phổ FT-IR Để phân tích cấu trúc vật liệu chitosan xốp tiến hành gửi mẫu phân tích phổ FT-IR khu Cơng nghệ cao trường Đại học Nha Trang, kết thể Hình 70 65 60 3500 3000 D:\LE-DATA\THANG 5-2019\T Ngoc-CNHoa\Composite.0 2500 2000 Wavenumber cm-1 Sample description 1500 1000 Instrument type and / or accessory 799.20 1097.78 1640.02 2923.80 3442.70 55 Transmittance [%] 75 80 3.4 3.5: 500 5/30/2019 Page 1/1 Hình 3.4: Phổ FT-IR vật liệu Composite Chitosan/SiO2 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 55 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Từ hình 3.4 cho ta kết phân tích phổ FT-IR mẫu vật liệu hấp phụ có tỉ lệ chitosan SiO2 (1:1), có chứa mũi đặc trưng chitosan: (-OH) nằm vùng 3442,7 cm-1, mũi đặc trưng dao động liên kết (–Si-O-) nằm vùng 1097,78 cm-1 799,2 cm-1 Kết chứng tỏ vật liệu composite thu gồm thành phần 70 65 3500 3000 D:\LE-DATA\THANG 5-2019\T Ngoc-CNHoa\chitosan.1 2500 2000 Wavenumber cm-1 Sample description 1079.92 1633.42 3447.85 60 Transmittance [%] 75 80 chitosan SiO2 1500 1000 Instrument type and / or accessory 500 5/30/2019 Page 1/1 Hình 3.5: Phổ FT-IR vật liệu chitosan loại bỏ SiO2 Kết phân tích phổ FT-IR vật liệu composite chitosan/SiO2 sau loại bỏ SiO2 (Hình 3.5) cho thấy mũi đặc trưng cho dao động liên kết –Si-O- 1097 cm-1 799 cm-1 biến Có thể kết luận loại bỏ SiO2 khỏi vật liệu hấp phụ, vật liệu lúc chitosan có cấu trúc xốp SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 56 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 3.5 Khảo sát khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu hấp phụ 3.5.1 Khảo sát để chọn vật liệu hấp phụ tốt Để xác định vật liệu hấp phụ tốt nhất, mẫu vật liệu hấp phụ chế tạo từ chitosan SiO2 có tỉ lệ khác khảo sát Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: 0,2g VLHP 20ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ 100mg/l; pH = 5; nhiệt độ 35 oC; thời gian hấp phụ 60 phút Kết thu thể Bảng 3.2 Bảng 3.2: Độ hấp phụ, nồng độ, hiệu suất dung lượng tương ứng với VLHP có tỉ lệ khác VLHP( Chitosan/SiO2) 1:0 1:1 1,5:1 2:1 3:1 4:1 Abs 0,928 0,603 0,642 0,743 0,884 1,018 Nồng độ C(mg/l) 59,3295 39,8742 42,2089 48,2550 56,6956 64,7171 Hiệu suất H(%) 39,64 59,43 57,06 50,91 42,32 34,16 Dung lượng q(mg/g) 3,9645 5,9436 5,7061 5,0911 4,2323 3,4164 Từ kết thực nghiệm cho thấy VLHP (1:1) có khả hấp phụ tốt mẫu VLHP Hiệu suất hấp phụ tốt 59,4362% dung lượng hấp phụ tốt 5,9436 mg/g Điều lý giải sau: Vì tỉ lệ (1:1) lượng SiO2 với lượng chitosan chiếm khối lượng nhiều so với mẫu lại Điều chứng tỏ ta khuấy trộn chúng lại với nhau, SiO2 phân tán đồng vào chitosan tạo hệ composite đồng nhất, ta tách SiO2 khỏi hệ composite để lại nhiều lỗ trống mẫu vật liệu, làm cho vật liệu có độ xốp lớn VLHP có độ xốp cao diện tích bề mặt trao đổi lớn khả hấp phụ tốt Từ kết này, VLHP 1:1 chọn để khảo sát ảnh hưởng yếu tố khác lên trình hấp phụ SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 57 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 3.5.2 Xác định thời gian cân hấp phụ Để xác định thời gian cân hấp phụ, trình hấp phụ tiến hành với VLHP 1:1 điều kiện: pH = 5; nhiệt độ 35 oC; 0,2g VLHP 20ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ 100mg/l Thời gian hấp phụ thay đổi tương ứng từ 10, 20, 30, 40, 60 80 phút Kết thu thể Bảng 3.3 Hình 3.6 Bảng 3.3: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất dung lượng hấp phụ Cr(VI) Thời gian (phút) 10 20 30 40 60 80 Abs 0,849 0,605 0,599 0,601 0,607 0,610 C1 (mg/l) 54,600 39,9940 39,6348 39,7545 40,1137 40,2933 H (%) 44,46 59,31 59,68 59,56 59,19 59,01 q (mg/g) 4,4456 5,9314 5,9680 5,9558 5,9192 5,9010 Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 20 10 T10 T20 T30 T40 T60 T80 Thời gian (phút) Hình 3.6: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất thời gian hấp phụ Kết thu cho thấy trình hấp phụ xảy nhanh khoảng thời gian từ 10 đến 20 phút Sau 20 phút hiệu suất hấp phụ đạt 59,3% dung lượng hấp phụ đạt 5,9314 mg/g Nếu kéo dài thêm thời gian hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng khơng đáng SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 58 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc kể, chí cịn giảm nhẹ sau 60 phút hấp phụ Như thấy q trình hấp phụ ion Cr(VI) xảy nhanh đạt cân hấp phụ sau 20 phút Đây thời gian hấp phụ xác định để thực cho khảo sát 3.5.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ vật liệu, trình hấp phụ tiến hành với VLHP 1:1 điều kiện: pH = 5; thời gian hấp phụ 20 phút; 0,2g VLHP 20ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ 100 mg/l Nhiệt độ hấp phụ thay đổi tương ứng từ 35 đến 80 oC Kết thu thể Bảng 3.4 hình 3.7 Bảng 3.4: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất dung lượng hấp phụ Cr(VI) Nhiệt độ dd Cr(VI) 35˚C 40˚C 45˚C 50˚C 60˚C 70˚C 80˚C Abs 0,596 0,601 0,578 0,633 0,697 0,853 0,955 C1 (mg/l) 39,4552 39,7546 38,3777 41,6702 45,5013 54,840 60,9458 H (%) 59,86 59,56 60,96 57,61 53,71 44,21 38,00 q (mg/g) 5,9863 5,9558 6,0959 5,7609 5,3712 4,4216 3,800 70 Hiệu suất (%) 60 50 40 30 20 10 35 40 45 50 Nhiệt độ 60 70 80 (oC) Hình 3.7: Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ dung dịch Cr(VI) SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 59 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Từ kết thực nghiệm thu cho thấy thời gian hấp phụ lượng VLHP tăng nhiệt độ từ 35 đến 50 oC hiệu suất hấp phụ tăng nhẹ Khi tăng nhiệt độ 50 oC hiệu suất hấp phụ giảm Đặc biệt 60 oC hiệu suất hấp phụ bắt đầu giảm mạnh Điều giải thích sau: Khi tăng nhiệt độ, làm thúc đẩy trình chuyển động nhiệt phân tử, lúc phân tử chitosan chuyển động nhiệt không ngừng làm chúng giản nở Điều làm thúc đẩy trình hấp phụ ion Cr(VI) lên bề mặt VLHP Chitosan, kết làm cho hiệu suất hấp phụ tăng lên tăng nhẹ Tuy nhiên, hấp phụ trình tỏa nhiệt tăng nhiệt độ cao, cân hấp phụ chuyển dịch theo chiều nghịch chiều giải hấp phụ nên dẫn đến làm giảm hiệu suất dung lượng hấp phụ trình hấp phụ Ở nhiệt độ cao, thúc đẩy trình giải hấp phụ Như nhiệt độ thích hợp cho q trình hấp phụ khoảng 35˚C 3.5.4 Ảnh hƣởng pH dung dịch Cr(VI) đến khả hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu, trình hấp phụ tiến hành với VLHP 1:1 điều kiện: nhiệt độ 35 oC; thời gian hấp phụ 20 phút; 0,2g VLHP 20ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ 100mg/l pH dung dịch hấp phụ điều chỉnh thay đổi tương ứng từ đến Kết thu thể Bảng 3.5 Hình 3.8 Bảng 3.5: Ảnh hưởng pH dung dịch Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ pH mẫu Cr(VI) Abs 0,375 0,219 0,548 0,580 0,608 0,670 0,811 36,5819 38,4975 40,1736 43,8850 52,3257 C1 (mg/l) 26.2257 16,8872 H (%) 73.32 82,82 62,78 60,83 59,13 55,35 46,76 q (mg/g) 7,3320 8,2821 6,2785 6,0836 5,9131 5,5356 4,6769 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 60 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 pH1 pH2 pH3 pH4 pH5 pH6 pH7 pH Hình 3.8: Biểu đồ thể mối quan hệ pH dd Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ Kết thực nghiệm cho thấy pH = hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ đạt giá trị cao 82,821% 8,2821 mg/g Ở pH thấp cao giá trị hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ giảm Điều giải thích cạnh tranh hấp phụ ion H+ (ở pH thấp) OH – (ở pH cao) với ion Cr(VI) Khi ion có mặt nhiều dung dịch, chúng có xu hướng cạnh tranh với ion Cr(VI) để gắn vào vị trí cịn thiếu điện tích nhóm –NH2 vật liệu hấp phụ Kết làm cho hiệu suất hấp phụ bị giảm Như pH = mơi trường thích hợp cho VLHP 3.5.5 Ảnh hƣởng khối lƣợng VLHP đến khả hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP đến khả hấp phụ, khối lượng VLHP 1:1 20ml dung dịch Cr(VI) nồng độ 100 mg/l thay đổi từ 0,05g đến 0,25g Các thông số khác cố định: pH = 2; nhiệt độ 35 oC; thời gian hấp phụ 20 phút Kết thu thể Bảng 3.6 Hình 3.9 SVTH : Huỳnh Trần Phơn Trang 61 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Bảng 3.6: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ, dung lượng hấp phụ Cr(VI) Khối lượng vật liệu hấp phụ (g) 0,05g 0,1g 0,15g 0,2g 0,25g Abs 0,686 0,492 0,335 0,236 0,212 C1 (mg/l) 44,8429 33,2296 23,8312 17,9048 16,4681 H (%) 54,38 66,19 75,75 81,78 83,25 q (mg/g) 21,3828 13,0141 9,9292 8,1786 6,5466 0,05g 0,1g 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0,15g 0,2g 0,25g Khối lƣợng (g) Hình 3.9:Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ khối lượng VLHP Từ kết thực nghiệm thu cho thấy thời gian hấp phụ nồng độ dung dịch Cr(VI), khối lượng VLHP tăng dần hiệu suất hấp phụ tăng, tăng từ 54,3816% – 83,2471% Còn dung lượng hấp phụ lại giảm, giảm từ 21,3828 mg/g – 6,5466 mg/g Dung lượng hấp phụ giảm dung lượng có tỉ lệ nghịch với khối lượng khối lượng tăng làm cho dung lượng hấp phụ giảm SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 62 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 3.5.6 Ảnh hƣởng nồng độ dung dịch Cr(VI) đến khả hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch Cr(VI) đến khả hấp phụ, nồng độ dung dịch Cr(VI) thay đổi từ 50 mg/l đến 250 mg/l Các thông số khác cố định: pH = 2; nhiệt độ 35 oC; thời gian hấp phụ 20 phút Kết thu thể Bảng 3.7 Hình 3.10 Bảng 3.7: Ảnh hưởng nồng độ ban đầu Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ Nồng độ ban đầu dung dịch Cr(VI) Co (mg/l) 50 mg/l 100 mg/l 150 mg/l 200 mg/l Abs ban đầu 1,592 1,579 1,182 1,596 Abs sau hp 0,147 0,219 0,324 0,580 C1 (mg/l) 6,2885 16,8872 46,3454 76,9949 H (%) 87,3062 82,8208 68,9103 61,2390 q (mg/g) 4,3252 8,1413 10,2725 12,1645 C1/q (g/l) 1,4539 2,0742 4,5116 6,3295 100 Hiệu suất (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 50mg/l 100mg/l 150mg/l 200mg/l Nồng độ (mg/l) Hình 3.10:Biểu đồ thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu dd Cr(VI) SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 63 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Từ kết thực nghiệm thu cho thấy thời gian hấp phụ lượng VLHP nồng độ Cr(VI) ban đầu tăng hiệu suất hấp phụ giảm Trong khoảng nồng độ Cr(VI) ban đầu khảo sát (50–200 mg/l) hiệu suất hấp phụ VLHP giảm từ 87,3062% – 61,2390% Thử nghiệm từ kết hấp phụ theo mơ hình hấp phụ Langmuir cho kết Hình 3.11 Hình 3.12 14 12,1645 12 10,2725 q (mg/g) 10 8,1413 y = 3,003ln(x) - 0,9176 R² = 0,9849 4,3252 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 C1 (mg/l) Hình 3.11: Đường đẳng nhiệt Langmuir Cr(VI) 6,3295 C1/q (g/l) 4,5116 y = 0,0706x + 1,0055 R² = 0,9946 2,0742 1,4539 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 C1 (mg/l) Hình 3.12: Sự phụ thuộc C1/q vào C1 Cr(VI) SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 64 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc Từ kết khảo sát cho thấy: Sự phụ thuộc VLHP Cr(VI) mô tả tốt theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Từ đồ thị biểu diễn phụ thuộc C1/q vào C1 Cr(VI) Hình 3.12: Ta tính giá trị hấp phụ cực đại qmax số Langmuir b VLHP 1/qmax = 0,0706 => qmax = 14,1643 (mg/g) 1/(b*qmax) = 1,0055 => b = 0,0702 SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 65 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Một số kết luận rút từ trình nghiên cứu kết thực nghiệm thu luận văn sau: - Chiết xuất SiO2 từ tro trấu đạt hiệu suất 80,98% SiO2 thu có kích thước hạt đồng nằm khoảng 10-15 nm - Xây dựng quy trình chế tạo VLHP chitosan có cấu trúc xốp cách khử SiO2 khỏi composite chitosan/SiO2 - Xác định điều kiện thích hợp cho q trình hấp phụ ion Cr(VI) VLHP chitosan xốp: thời gian hấp phụ 20 phút; pH = 2; nhiệt độ hấp phụ 35 oC - Quá trình hấp phụ ion Cr(VI) VLHP chitosan xốp tuân theo mơ hình hấp phụ Langmuir - Vật liệu hấp phụ 1:1 có khả hấp phụ ion Cr(VI) tốt nhất, dung lượng hấp phụ cực đại đạt 14,1643 mg/g Kiến nghị - Nghiên cứu hoàn thiện quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ - Nghiên cứu thêm tính chất học, hóa học, sinh học,… vật liệu hấp phụ - Nghiên cứu tiếp tục đặc tính hấp thụ ion kim loại chất màu khác, đặc biệt ion kim loại phóng xạ, độc hại,… hợp chất hữu - Nghiên cứu phương pháp xác định độ xốp vật liệu - Tìm dung dịch thích hợp để rửa giải, tái tạo để tái sử dụng lại nhiều lần đưa vào ứng dụng vào thực tế SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 66 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Trần Thị Luyến Nguyễn Huỳnh Duy Bảo, 2000 Hồn thiện quy trình sản xuất chitin – chitosan chế biến số sản phẩm công nghiệp từ phế liệu vỏ tôm, cua Báo cáo khoa học, đề tài cấp bộ, trường Đại Học Thủy sản [2] Nguyễn Thị Ngoan, 2016 Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô (Ag, Fe3O4) – hữu (Chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng dụng y sinh Luận án tiến sĩ hóa học, Học viện khoa học công nghệ [3] Nguyễn Thị Nga, 2013 Thu nhận chitin, chitosan từ vỏ tôm để ứng dụng làm màng bao sinh học bảo quản thực phẩm Đề tài khoa học cấp trường, trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu [4] Nguyễn Thị Hồng, 2016 Nghiên cứu xử lý Xanh metylen vật liệu hấp phụ sepiolite Khóa luận tốt nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam [5] Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), Nghiên cứu dùng vật liệu chitosan làm phụ gia thực phẩm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm [6] Đặng Cao Kỵ, 2015 Nghiên cứu biến tính silica với chitosan mang thuốc fluorouracil ứng dụng điều trị ung thư Luận văn tốt nghiệp cao học, trường Đại học Cần Thơ [7] Nguyễn Thị Ngọc Thơ, 2016 Nghiên cứu tổng hợp nano silica từ tro trấu phương pháp kết tủa Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu [8] Nguyễn Thị Chiều Dương, 2011 Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng, luận văn tốt nghiệp [9] Đào Thị Ánh Tuyết, 2104 Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính hút ẩm silicagel từ tro trấu Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hồ Chí Minh [10] Đặng Lê Minh Trí, 2012 Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính nước thải ngành dệt nhuộm chitosan khâu mạch xạ có nguồn gốc từ vỏ tôm Luận văn thạc sĩ khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 67 Lớp: 57CNHH1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Trần QuangNgọc 11 Võ Nhật Thăng, hướng dẫn thầy TS Trần Quang Ngọc (2017) Tổng hợp khảo sát khả hấp phụ xanh metylen vật liệu chitosan Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Nha Trang 12 Nguyễn Văn Hưng cộng (2015) Điều chế vật liệu nano SiO2, cấu trúc xốp từ tro trấu để hấp phụ xanh metylen nước, tạp chí khoa học 13 Hồ Thị Yêu Ly (2014) Nghiên cứu điều chế sử dụng số hợp chất chitosan biến tính để tách làm giàu nguyên tố hoá học U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II), luận án tiến sĩ Tài liệu internet [14] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-nghien-cuu-tim-hieu-ung-dung-chitin-chitosan8908/ [15] http://luanvan.net.vn/luan-van/khoa-luan-tong-hop-nanosilica-tu-vo-trau-va-chetao-vat-lieu-composite-tren-nen-nhua-polylactide-acidsilica-72358/ [16] http://text.123doc.org/document/3914717-nghien-cuu-va-tong-hop-nano-silica-tutro-trau-bang-phuong-phap-ket-tua.htm [17] http://thuvienso.bvu.edu.vn/bitstream/TVDHBRVT/14893/2/NGUYEN-THINGOC-THO.pdf [18] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-chitin-chitosan-52125/ [19] http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-che-tao-mang-chitosan-gelatin-ung-dunglam-bao-bi-thuc-pham-46518/ [20] http://www.hpstic.vn/news/Vat-lieu-dong-goi-than-thien-sinh-thai-tang-gap-doithoi-han-su-dung-cua-thuc-pham-15377.html [21] http://www.vast.ac.vn/ung-dung-va-trien-khai/ung-dung/910-nghien-cuu-ungdung-vat-lieu-chitosan-trong-y-sinh-va-moi-truong [22] http://vuhongson79.blogspot.com/2012/12/vo-trau.html [23] https://cuitraumientrung.com/tro-trau-dung-de-lam-gi/ SVTH : Huỳnh Trần Phôn Trang 68 Lớp: 57CNHH1 ... - Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ chitosan có cấu trúc xốp - Khảo sát khả hấp phụ ion Cr(VI) hạt chitosan 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Tạo vật liệu hấp phụ chitosan. .. phụ chitosan có cấu trúc xốp 55 3.4 Phân tích cấu trúc vật liệu chitosan xốp phổ FT-IR 55 3.5 Khảo sát khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu hấp phụ 56 3.5.1 Khảo sát để chọn vật liệu hấp. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cr(VI) CỦA HẠT CHITOSAN CÓ CẤU