Nghiên cứu khả năng hấp phụ cu2+, zn2+ của sợi xơ dừa biến tính bằng axit acrylic

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - - NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cu2+, Zn2+ CỦA SỢI XƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG AXIT ACRYLIC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Sinh viên thực : Lê Thị Thu Hồng Lớp : 08SHH Giáo viên hướng dẫn : TS Trần Mạnh Lục Đà Nẵng – 2012 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA - - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thị Thu Hồng Lớp : 08SHH Tên đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ Cu 2+, Zn 2+ sợi xơ dừa biến tính axit acrylic” Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụvà thiết bị chính: - Nguyên liệu: xơ dừa, axit acrylic - Dụng cụ, thiết bị: dụng cụ thủy tinh, cân phân tích, rây, máy khuấy từ,… Nội dung nghiên cứu: - Điều chế copolyme ghép - Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+, Zn2+ copolyme ghép Giáo viên hướng dẫn: TS Trần mạnh Lục Ngày giao đề tài: 27/06/2011 Ngày hoàn thành: 20/05/2012 Chủ nhiệm khoa (Ký ghi rõ họ, tên) Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 05 năm 2012 Kết điểm đánh giá: SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Ngày tháng năm 2012 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ, tên) SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, môi trường ô nhiễm môi trường vấn đề thời nóng bỏng giới quan tâm Nước nguồn tài nguyên vô quan trọng cần thiết cho sống bị ô nhiễm nghiêm trọng Do việc xử lý môi trường nước trở thành vấn đề quan tâm khơng Việt Nam mà tồn giới Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trường nước như: phương pháp sinh học, phương pháp vật lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp hóa học,…Trong phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn tự nhiên vỏ trấu, bã mía, rau câu, than bùn,… để tách loại kim loại nặng khỏi nguồn nước nghiên cứu nước giới Và loại vật liệu hấp phụ nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, có khả ứng dụng lớn việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng tương lai Sợi xơ dừa nguồn nguyên liệu phổ biến Việt Nam Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu tiến hành đồng trùng hợp ghép monome lên xenlulozơ, qua tạo vật liệu có khả trao đổi ion phù hợp, hấp phụ giải hấp phụ nhanh từ trao đổi hạt Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+, Zn2+ sợi xơ dừa biến tính axit acrylic ” MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Đánh giá khả hấp phụ sợi xơ dừa biến tính axit acrylic - Xác định điều kiện thích hợp q trình hấp phụ ion kim loại: Cu2+ Zn2+ lên sợi xơ dừa biến tính - Khảo sát khả tái hấp phụ vật liệu SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Sợi xơ dừa, axit acrylic PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu lý thuyết Thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu, tư liệu, cơng trình nghiên cứu thành phần, cấu tạo tính chất sợi xơ dừa; phương pháp đồng trùng hợp ghép phương pháp hấp phụ ion kim loại 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu đặc tính hóa lý sợi xơ dừa: xác định độ ẩm, trình xử lý đồng trùng hợp ghép sợi xơ dừa chất khơi mào amonipesunphat điều kiện tối ưu - Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+ Zn2+ copolyme ghép phương pháp hấp phụ bể - Khảo sát khả tái hấp phụ vật liệu: Dùng axit giải hấp phụ tiến hành hấp phụ điều kiện tối ưu tìm Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Các kết thu tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sợi xơ dừa vấn đề liên quan như: góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu hợp chất cao phân tử mặt lý thuyết tạo vật liệu có khả hấp phụ ion kim loại, ứng dụng tách làm giàu xử lý ô nhiễm môi trường CẤU TRÚC LUẬN VĂN GỒM CÁC PHẦN Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục số hình ảnh báo cáo luận văn gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan 16 trang (từ trang 0318) Chương 2: Thực nghiệm 07 trang (từ trang 1925) Chương 3: Kết thảo luận 17 trang (từ trang 2642) SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU SỢI XƠ DỪA 1.1.1 Sợi xơ dừa Xơ dừa chất xơ tự nhiên tách từ vỏ dừa sử dụng sản phẩm thảm sàn, bàn chải, nệm, dây thừng, Về mặt kỹ thuật xơ dừa vật liệu sợi tìm thấy ngồi lớp vỏ cứng trái dừa Hình 1.1 Trái dừa Hình 1.2 Sợi xơ dừa 1.1.2 Cấu trúc sợi xơ dừa [14, 15] Các sợi xơ dừa có tế bào sợi cá nhân thu hẹp rỗng, với tường dày làm từ xenlulozơ Chúng có màu nhạt chưa trưởng thành sau trở thành cứng có màu vàng lớp lignin lắng đọng xenlulozơ Mỗi tế bào dài khoảng mm (0.04 in) đường kính thường từ 10 đến 20 micromet (0.0004 đến 0,0008 in) Sợi xơ dừa có chiều dài thường từ 10 đến 30 cm (4 đến 12 in) Có hai loại xơ dừa Xơ dừa nâu thu hoạch từ dừa chín hồn tồn Chúng dày, có khả chống mài mòn cao Chúng thường sử dụng chiếu, bàn chải Sợi xơ dừa nâu trưởng thành có chứa lignin xenlulozơ so với sợi khác lanh, bơng mà mạnh mẽ linh hoạt Sợi xơ dừa trắng thu hoạch từ dừa trước chín Những SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC sợi có màu trắng ánh sáng màu nâu mượt mà mịn hơn, yếu Chúng thường quay thành sợi để sử dụng chiếu, thảm chùi chân dây thừng Các sợi xơ dừa tương đối không thấm nước loại sợi tự nhiên có khả chịu phá hủy nước muối Nước sử dụng để xử lý xơ dừa nâu, nước biển nước sử dụng sản xuất xơ dừa trắng 1.1.3 Tính chất sợi xơ dừa [3] Xơ dừa tách từ vỏ dừa Chiều dài sợi khác nhau, từ 10-30 cm Sợi xơ dừa mạnh, đàn hồi, có độ bền màu thấp độ bền cao (vì thành phần xenlulozơ 35-45%, 40-45% lignin pectin 2,7-4% hemixenlulozơ 0,15-0,25%) Prabhu nghiên cứu tính chất học sợi xơ dừa mô đun Young, độ bền kéo, độ giãn dài, độ dẫn điện, so sánh với loại sợi tự nhiên khác dứa, chuối, đay,… Các kết đưa bảng 1.1 tính chất lý sợi xơ dừa Bảng 1.1 Tính chất lý sợi xơ dừa Giá trị Đơn vị Mô đun Young 4000-5000 Mpa Độ bền kéo 140-150 Mpa Độ giãn dài 15-17.3 % Độ dẫn điện 0,047 W/mK Tỷ trọng 1.15-1.33 g/cm3 Độ thấm nước 10 % SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Thành phần hóa học vỏ dừa sợi xơ dừa thể bảng 1.2 Bảng 1.2 Thành phần hóa học vỏ dừa sợi xơ dừa Thuộc tính Tỷ lệ phần trăm Tổng nước mơi cho 26,00 Pectin hịa tan nước sôi 14,25 Hemixenlulozơ 8,50 Lignin 29,23 Xenlulozơ 23,81 1.2 XỬ LÝ SỢI XƠ DỪA 1.2.1 Lý thuyết chung trình xử lý sợi [8, 12] Thành phần sợi thực vật gồm: xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin chất khác Thực chất trình xử lý sợi dùng hóa chất để tách phần khơng cần thiết có sợi thực vật như: lignin, pectin, chất trích ly,… phần vơ định hình, ổn định, làm giảm tính chất lý, hóa lý sợi thực vật Để phản ứng xảy ra, hố chất cần xâm nhập vào hình thái cấu trúc Để tăng cường khả tiếp cận khả phản ứng, xenlulozơ cần gây trương loại bỏ hemixenlulozơ, lignin Một số tác nhân gây trương thường sử dụng H2SO4, NaOH, ZnCl2… 1.2.2 Ảnh hưởng NaOH Khi ngâm sợi thực vật dung dịch NaOH có hai q trình đồng thời xảy q trình tách lignin, phần vơ định hình q trình NaOH tương tác với đại phân tử holoxenlulozơ, chúng phụ thuộc vào nồng độ NaOH thời gian xử lý Khi nồng độ dung dịch NaOH thấp hịa tan phần vơ định hình, cịn xenlulozơ bị tác động nhẹ Dung dịch NaOH có nồng độ  30% có khả hịa tan chất vơ định hình Khi tăng nồng độ NaOH tăng thời gian xử lý q trình tách phần vơ định SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC hình tăng khơng đáng kể hàm lượng chúng có sợi giới hạn, q trình tương tác NaOH mạch đại phân tử holoxenlulozơ lại tăng 1.2.3 Ảnh hưởng dung dịch axit Xenlulozơ bị trương nở dung dịch axit lỗng Trong mơi trường axit đậm đặc như: H2SO4 72%, HCl 44%, H3PO4 85%,… xenlulozơ bị hòa tan Dưới tác dụng axit, mối liên kết glucozit bị thủy phân làm cho mạch xenlulozơ bị đứt Tốc độ trình thủy phân phụ thuộc vào độ mạnh yếu axit Ngoài ra, tốc độ thủy phân xenlulozơ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường 1.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ tác động lớn đến trình xử lý sợi Khi tăng nhiệt độ trình tách chất diễn nhanh Nhưng tác dụng nhiệt độ cao, xenlulozơ bị depolyme hóa, độ trùng hợp giảm dần Xenlulozơ bắt đầu phân hủy 180 0C Trong trình xử lý sợi kiềm nhiệt độ cao phần lớn liên kết ete  - aryl bị phân hủy dẫn đến tăng khả hòa tan chất trình xử lý sợi Dưới tác dụng nhiệt làm bẻ gãy đáng kể liên kết ete C mạch hở C , phân chia lignin thành phần nhỏ Đây động lực dẫn tới hịa tan lignin 1.2.5 Ảnh hưởng tác nhân oxy hóa Trong trình xử lý sợi tác nhân oxi hóa góp phần đáng kể vào q trình tách tạp chất Một số tác nhân oxi hóa thường dùng H2O2, O2 ,… Tác nhân oxi hóa oxi hóa lignin mơi trường kiềm, sản phẩm q trình dễ hịa tan vào dung môi kiềm,… Mặt SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 10 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC khác, phân hủy mạch xenlulozơ Dưới tác dụng oxi hóa oxi mơi trường kiềm, mạch phân tử xenlulozơ bị cắt ngắn, thể qua giá trị độ nhớt đặc trưng liên tục giảm trình phản ứng 1.3 XỬ LÝ SỢI TỰ NHIÊN TẠO RA CÁC LOẠI SỢI ĐÁP ỨNG NHU CẦU BIẾN TÍNH [1, 3] Khi nghiên cứu q trình ghép xenlulozơ trạng thái vật lý xenlulozơ dùng cho trình ghép tiêu chuẩn quan trọng việc xác định chất trình ghép Kết ghép với xenlulozơ dạng bột cho thông số ghép tốt so với dạng sợi Trong trường hợp màng chiều dày màng quan trọng hạn chế trình khuếch tán monome Gần số tác giả tiến hành nghiên cứu với xenlulozơ ban đầu xử lý kiềm, sau kéo tới giới hạn khác so sánh giá trị thu thông số trình đồng trùng hợp ghép Kết cho thấy kéo mạnh ghép Về mối liên quan hiệu ghép với nhiễu cấu trúc gây kéo, kết nghiên cứu tia X tăng giá trị kéo kèm với tăng hướng tính kết tinh làm cho nhóm hydroxyl, chịu trách nhiệm khơi mào q trình ghép, có trật tự cao trở nên khó phản ứng Khi sử dụng xenlulozơ tự nhiên đay, tre, bột gỗ mềm, bột vỏ trấu, hạt làm vật liệu hầu hết trường hợp, thơng số ghép phụ thuộc vào hàm lượng lignin có mặt chất Nói chung hàm lượng lignin cao hiệu suất ghép thấp Điều lignin hoạt động chất bắt gốc tốt, làm hạn chế q trình ghép Chẳng hạn ta nhận thấy có giảm cường độ tín hiệu phổ ESR (phổ cộng hưởng spin điện tử) liên quan đến việc tăng hàm lượng lignin xenlulozơ chiếu xạ quang học Như nói trên, lignin chất làm chậm q trình ghép, đơi số phương pháp khơi mào lại cho kết ngược lại Ví dụ, bột xenlulozơ chứa lignin ozone hoá tiếp tục ghép với SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 34 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.1.4 ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ DỪA SỬ DỤNG TÁC NHÂN KHƠI MÀO APS 3.1.4.1 Tổng hợp copolime ghép từ sợi sơ dừa sử dụng hệ khơi mào APS Điều kiện tiến hành: xơ dừa: 1g; (NH4 )2S2 O8]: 0,08M; thời gian: 180; phút; nhiệt độ: 70 C; pH = 3; tỷ lệ khối lượng AA/sợi: 2,5g H2SO4 0,2% R/L = 1/100 (g/ml) Sợi xơ dừa - Ngâm - Lọc, rửa đến pH = R/L = 1/50 (g/ml) NaOH 1N + 5% H2O2 - Sấy khô Sợi xơ dừa xử lý giai đoạn - Ngâm 32 - Lọc, rửa đến pH = R/L = 1/30 (g/ml) - Sấy khô Sợi xơ dừa xử lý hai giai đoạn (NH4 )2 S2 O8 0,08M - Sục N2 đuổi O2 - Khuấy 30 0C Axit acrylic Tỷ lệ monome/sợi = 2,5 Hỗn hợp - Sục N2 đuổi O2 - Khuấy - Nhiệt độ 50 0C Etanol Hỗn hợp sản phẩm - Chiết soxlet 24 - Kết tủa lại etanol - Lọc, sấy khô 60 C Copolyme ghép: %GY = 24,46% Sơ đồ 3.1 Sơ đồ đồng trùng hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng hệ khơi mào APS SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 35 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Hình 3.7 Bột xơ dừa trước sau ghép 3.1.4.2 Ảnh SEM xơ dừa sau ghép Hình 3.8 Ảnh SEM xơ dừa sau ghép So sánh ảnh SEM sản phẩm ghép với sợi xơ dừa trước ghép, ta thấy sợi xơ dừa sau ghép độ nhám bề mặt sợi xơ dừa bị giảm đi, bề mặt nhẵn Điều chứng tỏ có tồn sản phẩm ghép Ảnh xơ dừa sau ghép khối vững khác hẳn với xơ dừa ban đầu phân tử riêng lẻ, rời rạc, chứng tỏ có tồn sản phẩm ghép SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 36 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.1.4.3 Phổ hồng ngoại (IR) xơ dừa sau ghép BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/15/2011 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 MAU 1.000 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 1034 0.55 3331 1723 A 0.50 2918 1371 1450 0.45 0.40 1249 1508 0.35 0.30 886 0.25 828 792 0.20 668 711 0.15 0.10 0.050 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm-1 1600 1400 1200 1000 800 Hình 3.9 Phổ hồng ngoại (IR) xơ dừa sau ghép Về phổ hồng ngoại sợi xơ dừa sản phẩm ghép không khác nhiều Tuy nhiên phổ hồng ngoại sản phẩm ghép sợi xơ dừa với axit acrylic hình 3.9 có xuất pic hấp thụ 1723cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị nhóm > C=O (  C=O) mạch nhánh axit polyacrylic gắn vào mạch xenlulozơ Qua thông tin thu từ phổ hồng ngoại ảnh SEM cho thấy có khác biệt rõ ràng sản phẩm ghép xơ dừa ban đầu Điều chứng tỏ xảy trình đồng trùng hợp ghép cho sản phẩm copolyme ghép SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH 600.0 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 37 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.2 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI Cu2+, Zn2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA COPOLYME GHÉP Sản phẩm trình đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa với hệ khơi mào APS (hiệu suất ghép 24,46%) sử dụng để nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+, Zn2+ mơi trường nước Q trình hấp phụ tiến hành kỹ thuật bể tốc độ khuấy 500 vòng/phút nhiệt độ phòng 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Quá trình hấp phụ tiến hành 30 0C, pH=3, [M2+] = 50 mg/l, tỷ lệ rắn/lỏng = 1/100 (g/ml) Kết trình bày bảng 3.3 hình 3.10 Bảng 3.3 Kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ ion M 2+ Thời gian (phút) 20 40 60 80 100 Cu2+ 5.03 6.16 7.41 7.9 7.92 Zn2+ 5.72 7.12 7.49 7.53 7.67 q (mg/g) Hình 3.10 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ theo thời gian SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 38 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Kết bảng 3.3 hình 3.10 cho thấy, thời gian khuấy tăng tải trọng hấp phụ ion Cu2+ Zn2+ lên copolyme ghép tăng, cân hấp phụ Cu2+ đạt sau 80 phút, Zn2+ đạt sau 60 phút Như vậy: Thời gian đạt cân hấp phụ ion Cu2+ 80 phút, Zn2+ 60 phút Có thể chọn thời gian thích hợp cho nghiên cứu 3.2.2 Ảnh hưởng pH Quá trình hấp phụ tiến hành 30 C, [M2+] = 50 mg/l, tỷ lệ rắn/lỏng = 1/100 (g/ml) thời gian 80 phút Cu2+, 60 phút Zn2+ , pH thay đổi từ 2-7 Kết trình bày bảng 3.4 hình 3.11 Bảng 3.4 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ ion M 2+ vào pH pH 20 40 60 80 100 Cu2+ 4,51 7,90 9,73 12,34 11,72 Zn2+ 4,32 7,12 8,96 11,52 11,19 q (mg/g) Hình 3.11 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 39 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Kết bảng 3.4 hình 3.11 cho thấy, tải trọng hấp phụ ion Cu2+, Zn2+ lên copolyme ghép tăng dần theo chiều tăng pH đạt cực đại pH =5, sau tải trọng hấp phụ giảm dần Tải trọng hấp phụ Cu2+ lớn tải trọng hấp phụ Zn2+ khơng đáng kể Do đó, chúng tơi chọn khoảng pH để hấp phụ Cu2+ Zn2+ Dựa vào kết cho thấy, khả hấp phụ tăng tăng pH tới giá trị định sau giảm tiếp tục tăng pH Các ion kim loại liên kết chất hấp phụ ion H+ giải phóng khỏi nhóm chức –COOH vào dung dịch Chất hấp phụ copolyme ghép coi chất trao đổi ion dạng axit Trong pH axit, ion H + từ nhóm – COOH trao đổi với phân tử M [dạng M2+ M(OH)+] Sự hấp phụ ion kim loại trình trao đổi H+- M2+/M(OH)+ sau: Xen-COOH + M2+ ↔ (Xen-COO)2M + 2H+ Xen-COOH + M(OH)+ ↔ Xen-COOM(OH) + H+ Ở pH thấp, ion H+ có nồng độ cao thuận lợi việc cạnh tranh tâm hấp phụ với M2+ hiệu hấp phụ thấp pH thấp Khi tăng pH, trình hấp phụ tăng trình thuỷ phân cation trao đổi phức hydroxy M(OH) + hấp phụ ưu tiên so với cation không tạo phức (M2+) Tuy nhiên, khả hấp phụ giảm pH cao hình thành phức tan hydroxy hay trình kết tủa hydroxit kim loại Như vậy: Có thể chọn pH =5 cho nghiên cứu 3.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích dung dịch M 2+ khối lượng xơ dừa Điều kiện tiến hành: hấp phụ nhiệt độ 30 0C, [M2+] = 50 mg/l, thời gian 80 phút Cu2+, 60 phút Zn2+, tốc độ khuấy không đổi, pH = 5, khối lượng xơ dừa 1(g), thể tích dung dịch M 2+ thay đổi từ 50; 60; 70; 80; 90; 100 (ml) Kết trình bày bảng 3.5 3.12 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 40 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích dung dịch M 2+ khối lượng xơ dừa VM2+ (ml) 50 60 70 80 90 100 Cu2+ 9.72 11.38 11.95 12.25 12.32 12.34 Zn2+ 9.84 10.63 10.96 11.41 11.67 11.82 Hình 3.12 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích dung dịch M2+ khối lượng xơ dừa Nhận xét: Từ bảng 3.5 hình 3.12 thấy hấp phụ tăng theo tăng thể tích dung dịch hấp phụ, sau tăng chậm khơng tăng đạt cân hấp phụ Bởi thể tích dung dịch nhỏ, ion dung dịch ít, hấp phụ có xu hướng tăng với tăng thể tích đến thể tích lượng ion dung dịch cao nhiều so với lượng ion hấp phụ Khi tăng thể tích dung dịch tải trọng hấp phụ không thay đổi Như vậy: chọn thể tích dung dịch M2+ =100 (ml) cho nghiên cứu 3.2.4 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại Quá trình hấp phụ tiến hành 30 0C thời gian 80 phút Cu2+, 60 phút Zn2+, pH=5, [M2+] thay đổi sau: 10; 20; 30; 40; 50 mg/l, tỷ lệ rắn/lỏng = 1/100 (g/ml) Kết thực nghiệm xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo mơ hình Langmuir trình bày bảng 3.6, 3.7 hình 3.13, 3.14 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 41 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Bảng 3.6 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ Cu 2+ STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 10 2,47 0,75 20 5,23 1,48 30 8,24 2,18 40 11,36 2,86 50 15,05 3,50 Hình 3.13 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ Cu 2+ Kết cho thấy mơ hình hấp thụ đẳng nhiệt Langmuir mơ tả xác hấp phụ Cu2+ lên chất hấp phụ Điều thể qua hệ số tương quan R2 trình hồi qui (R2= 0,9969) Điều chứng tỏ Cu2+ hấp phụ đơn lớp copolyme ghép Từ phương trình đẳng nhiệt: y = 0,0786x + 3,1081, tính số phương trình Langmuir tải trọng hấp phụ cực đại (qmax = 1/a): qmax  1  12,72(mg / g ) lực hấp phụ b   0,025 0,0786 12,72.3,1081 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 42 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Bảng 3.7 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ Zn 2+ STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 10 2,44 0,76 20 5,16 1,48 30 8,26 2,17 40 11,62 2,84 50 15,26 3,47 Hình 3.14 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ Zn 2+ Kết cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mơ tả xác hấp phụ Zn2+ lên chất hấp phụ Điều thể qua hệ số tương quan R2 trình hồi qui (R2 = 0,9972) Điều chứng tỏ Zn2+ hấp phụ đơn lớp copolyme ghép Từ phương trình đẳng nhiệt: y = 0,0926x + 3,0086 ta tính số phương trình Langmuir tải trọng hấp phụ cực đại (qmax = 1/a): qmax  1  10,80(mg / g ) lực hấp phụ b   0,031 0,0926 10,80.3,0086 Từ phương trình thu xác định tải trọng hấp phụ cực đại ion M2+ sau: SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 43 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC + Đối với Cu2+ là: qmax =12,72 (mg/g) + Đối với Zn2+ là: qmax =10,80 (mg/g) Giá trị lực hấp phụ Cu2+= 0,025; Zn2+= 0,031, cho phép thấy xơ dừa biến tính có lực với ion Zn2+ > Cu2+ 3.2.5 Khả giải hấp tái sử dụng Các liệu khả giải hấp tái sử dụng chất hấp phụ dung dịch M2+ có nồng độ ban đầu 50mg/l trình bày bảng 3.8, 3.9 hình 3.15, 3.16 Bảng 3.8 Kết giải hấp tái sinh chất hấp phụ Cu 2+ Số chu kỳ Tải trọng hấp phụ (mg/g) Lượng kim loại Phần trăm kim Độ giảm tải giải hấp loại thu hồi trọng hấp (mg/g) (%) phụ (%) 6,03 5,91 98,01 100 5,81 5,64 96,58 96,35 5,49 5,18 94,35 91,04 5,04 4,59 91,06 83,58 4,72 4,24 89,75 78,28 Hình 3.15 Sự thay đổi tải trọng hấp phụ so với phần trăm kim loại thu hồi ion Cu 2+ SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 44 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Bảng 3.9 Kết giải hấp tái sinh chất hấp phụ Zn2+ Số chu kỳ Tải trọng hấp phụ (mg/g) Lượng kim loại Phần trăm kim giải hấp loại thu (mg/g) hồi (%) Độ giảm tải trọng hấp phụ (%) 5,87 5,71 97,23 100 5,63 5,37 95,36 95,91 5,12 4,72 92,25 87,22 4,87 4,39 90,12 82,96 4,41 3,87 87,75 75,13 Hình 3.16 Sự thay đổi tải trọng hấp phụ so với phần trăm kim loại thu hồi ion Zn 2+ Từ kết hai bảng ta đưa bảng tổng kết khả giải hấp tái hấp phụ sợ xơ dừa biến tính, thể hình 3.17 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 45 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Hình 3.17 Khả tái sử dụng chất hấp phụ M 2+ Các kết cho thấy hiệu hấp phụ giảm dần theo chu kì Một tỷ lệ nhỏ chất bị hấp phụ khơng thu hồi q trình tái sinh cấu trúc copolyme có mao quản nhỏ nên số ion M 2+ chui vào bị giữ lại, ion khó giải hấp Bên cạnh đó, giải hấp phụ trình thuận nghịch, song song với q trình ion M2+ khỏi bề mặt chất hấp phụ lượng nhỏ ion M 2+ lại bị tái hấp phụ Mặt khác theo chu kỳ hoạt tính bề mặt sản phẩm ghép giảm nên hiệu hấp phụ giảm dần.Tải trọng hấp phụ ion M2+ copolyme ghép sau lần thực chu trình hấp phụ-giải hấp giảm khơng đáng kể (Cu2+: 25,43%, Zn2+: 25,25%) so với ban đầu Như liệu khẳng định chất hấp phụ tái sinh hiệu dung dịch HCl 0,5M * Tóm lại: Kết nghiên cứu khả tách loại Cu2+, Zn2+ môi trường nước copolyme ghép thu là: Thời gian đạt cân hấp phụ: 80 phút với Cu2+, 60 phút với Zn2+ pH : với Cu2+ Zn2+ Tải trọng hấp phụ cực đại : 12,72 mg/g với Cu2+, 10,80 mg/g với Zn2+ Chất hấp phụ sử dụng lần giải hấp có hiệu HCl 0,5M SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 46 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, đề tài nghiên cứu khoa học đạt số kết cụ thể sau: Đã tiến hành xử lý sợi xơ dừa đáp ứng H2 SO4 0,2% NaOH + 5% H2 O2 với thời gian 32 giờ, nồng độ NaOH 1N, nhiệt độ 60 0C Đã tiến hành đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa tác nhân khơi mào (NH4)2S2O8 cho kết quả: Thời gian: 180 phút Nhiệt độ: 70 C Khối lượng monome/sợi: 2,5 (g/g) Nồng độ chất khơi mào: 0,08M Hiệu suất ghép đạt là: %GY = 24,46% pH = Đặc tính sợi xơ dừa ban đầu, sau xử lý copolyme ghép đánh giá qua phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Đã nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng khả hấp phụ ion Cu2+ Zn2+ từ dung dịch nước sản phẩm ghép cho hiệu tốt khi: Thời gian đạt cân hấp phụ Cu2+ 80 phút, Zn2+ 60 phút pH: Cu2+ Zn2+ Tải trọng hấp phụ cực đại Cu2+ 12,72 (mg/g), Zn2+ 10,80 (mg/g) Chất hấp phụ sử dụng lần giải hấp có hiệu HCl 0,5M B KIẾN NGHỊ Để tiếp tục phát triển đề tài cần giải vấn đề: Sợi xơ dừa sau xử lý cho thực trình như: thực phản ứng đồng trùng hợp ghép tác nhân khác nhau, gia cường cho vật liệu composite, … SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 47 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trương Thị Mỹ Hạnh, Nghiên cứu dạng biến hình tinh bột hoa màu ứng dụng công nghiệp thực phẩm, Luận án Tiến sĩ, Đại học Đà Nẵng, 2003 [2] Phạm Thị Minh Hậu, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên  -Chitin thăm dò khả hấp phụ Cu 2+ copolyme ghép, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2005 [3] Lê Thị Kim Ly, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa ứng dụng làm vật liệu hấp phụ, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng, 2011 [4] Trần Mạnh Lục, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic dẫn xuất lên sợi xenlulozơ, Đề tài Khoa học Công nghệ cấp Bộ, Mã số B2004 -16-29 Đại học Đà Nẵng, 2005 [5] Trần Mạnh Lục, Giáo trình hóa keo, Đà Nẵng, 2008 [6] Hồng Nhâm Hóa vô cơ, Tập II, Tập III, Nhà xuất Giáo dục, 2003 [7] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Giáo trình hóa lý, tập 2, Nxb Giáo dục, 2004 [8] Phan Hoàng Oanh, Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình xử lý hóa học sợi tre, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2006 [9] Đỗ Đình Rãng (chủ biên) Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong, Hóa học hữu 3, NXB Giáo dục, 2003 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 48 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC [10] Nguyễn Thị Sương, Nghiên cứu khả tách Zn 2+ than bùn hoạt hóa axit H2 SO4 , Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2011 [11] Trần Thị Thanh, Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu 2+ nước axit humic, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2008 [12] Hồ Sĩ Tráng, Cơ sở hóa học gỗ xenlulozơ – tập I, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2003 [13] Đinh Thị Tuyết, Nghiên cứu khả hấp phụ ion Zn 2+ nước axit humic, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2009 [14] A G Kulkarni K G Satyanarayana, K Sukanaran and P K Rohatgi, J Mater Sci., 16, p 905, 1960 [15] K.G Satyanarayana, C.K.S.Pillai, K.Sukanaran and P.K.Rohatgi, J Mater Sci., 17, p 2453, 1982 [16] XI Venexki, Những câu chuyện kim loại, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1970 SVTH: LÊ THỊ THU HỒNG LỚP: 08SHH ... ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+, Zn2+ sợi xơ dừa biến tính axit acrylic ” MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Đánh giá khả hấp phụ sợi xơ dừa biến tính axit acrylic - Xác định điều kiện thích hợp q trình hấp. .. LUẬN 3.1 BIẾN TÍNH SỢI XƠ DỪA BẰNG AXIT ACRYLIC 3.1.1 Đặc tính hóa lý sợi xơ dừa Sợi xơ dừa phơi khô, xay rây thành bột với kích thước 0,04 mm Sợi xơ dừa có màu vàng sậm nâu đặc trưng xơ dừa Hình... Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+ Zn2+ copolyme ghép phương pháp hấp phụ bể - Khảo sát khả tái hấp phụ vật liệu: Dùng axit giải hấp phụ tiến hành hấp phụ điều kiện tối ưu tìm Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA