Thiosemicarbazone cellulose biến tính nghiên cứu tổng hợp cấu trúc và khả năng hấp phụ 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 QUAN 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 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 2.9 Hấp phụ ion Cu2+ MTC 12 2.10 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho hấp phụ MTC với ion Cu2+ 12 2.11.Xây dựng phương trình đẳng nhiệt, nhiệt động, động học cho trình hấp phụ MTC với ion Cu2+ 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 14 2.15.1 Chuẩn độ xác định mmol CHO/g 14 2.15.2 Đo mật độ quang xác định mmol CHO/g 14 2.15.3 Đo mật độ quang xác định hiệu suất hấp phụ 14 2.15.4 Tính sai số 15 2.15.5 CI (crystallinity index) 16 2.15.6 Phương trình đẳng nhiệt 16 2.16 Phương pháp nghiên cứu 18 2.16.1 Chuẩn độ thể tích 18 2.16.2 Phổ hấp thu electron UV-Vis 18 2.16.3 Phổ hấp thu hồng ngoại FT-IR 18 2.16.4 Phổ nhiễu xạ tia X – XRD 18 2.16.5 Chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 18 2.16.6 Đo diện tích bề mặt BET 18 2.16.7 Phân tích nhiệt TGA/DSC 18 2.16.8 Phân tích thành phần nguyên tố EDX 19 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 3.1 Tẩy rửa thô 20 3.2 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho q trình oxi hóa bơng 22 3.3 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng ngưng tụ TC với N (4)-morpholinothiosemicarbazide 43 3.4 Khảo sát đơn biến để xác định điều kiện tối ưu cho hấp phụ MTC với ion Cu2+ 43 3.5 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến hiệu suất loại bỏ ion Cu2+ MTC 46 3.5.1 Ảnh hưởng pH thời gian đến % loại bỏ ion Cu2+ MTC 46 3.5.2 Ảnh hưởng pH nhiệt độ đến % loại bỏ ion Cu2+ MTC 47 3.5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến % loại bỏ ion Cu2+ MTC 48 ii 3.6 Khảo sát cấu trúc bơng trước oxi hóa, TC, MTC, MTC-Cu 50 3.6.1 Phân tích phổ FT-IR 50 3.6.2 Phân tích XRD 51 3.6.3 Phân tích SEM 52 3.6.4.Phân tích EDX 53 3.6.5 Phân tích phổ TGA/DSC 54 3.6.6 Phân tích BET 56 3.7 Xây dựng phương trình đẳng nhiệt, nhiệt động, bậc phản ứng cho trình hấp phụ MTC với ion Cu2+ 57 3.7.1 Xây dựng phương trình đẳng nhiệt 57 3.7.2 Xây dựng phương trình động học 59 3.7.3 Xây dựng phương trình nhiệt động 61 3.8 Giải hấp tái sử dụng 63 KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 65 67 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 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 Bảng 96 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7088±0.0008 0.7081±0.0008 0.7084±0.0008 0.0499 0.7084±0.0008 32 mL 0.7523±0.0013 0.7534±0.0013 0.7528±0.0013 0.0733 0.7528±0.0013 34 mL 0.8108±0.0021 0.8091±0.0021 0.8098±0.0021 0.1080 0.8096±0.0021 36 mL 0.8555±0.0032 0.8562±0.0032 0.8551±0.0032 0.1509 0.8537±0.0032 38 mL 0.8932±0.0020 0.8922±0.0020 0.8923±0.0020 0.8916±0.0020 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0235x + 0.0045 với R2 = 0.9954 184 0.0907 Bảng 97 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7074±0.0039 0.7088±0.0039 0.7089±0.0039 0.2263 0.7106±0.0093 32 mL 0.7499±0.0021 0.7482±0.0021 0.7490±0.0021 0.1136 0.7490±0.0021 34 mL 0.7974±0.0016 0.7961±0.0016 0.7966±0.0016 0.0856 0.7964±0.0016 36 mL 0.8499±0.0022 0.8491±0.0022 0.8490±0.0022 0.1063 0.8481±0.0022 38 mL 0.8965±0.0020 0.8951±0.0020 0.8955±0.0020 0.8950±0.0020 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0237x – 0.0046 với R2 = 0.9982 185 0.0937 Bảng 98 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7088±0.0020 0.7074±0.0020 0.7078±0.0020 0.1186 0.7073±0.0020 32 mL 0.7499±0.0032 0.7481±0.0032 0.7495±0.0032 0.1721 0.7506±0.0032 34 mL 0.7959±0.0014 0.7951±0.0014 0.7957±0.0014 0.0716 0.7962±0.0014 36 mL 0.8499±0.0023 0.8481±0.0023 0.8488±0.0023 0.1114 0.8485±0.0023 38 mL 0.8944±0.0008 0.8951±0.0008 0.8947±0.0008 0.8947±0.0008 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0237x – 0.005 với R2 = 0.9985 186 0.0395 Bảng 99 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7039±0.0018 0.7031±0.0018 0.7031±0.0018 0.1069 0.7024±0.0018 32 mL 0.7549±0.0029 0.7555±0.0029 0.7545±0.0029 0.1582 0.7532±0.0029 34 mL 0.8059±0.0014 0.8051±0.0014 0.8057±0.0014 0.0707 0.8062±0.0014 36 mL 0.8477±0.0002 0.8471±0.0002 0.8472±0.0002 0.0083 0.8469±0.0002 38 mL 0.8943±0.0015 0.8941±0.0015 0.8938±0.0015 0.8931±0.0015 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0237x – 0.0051 với R2 = 0.9983 187 0.0720 Bảng 100 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7045±0.0008 0.7040±0.0008 0.7041±0.0008 0.0460 0.7039±0.0008 32 mL 0.7545±0.0023 0.7531±0.0023 0.7534±0.0023 0.1255 0.7527±0.0023 34 mL 0.8055±0.0029 0.8061±0.0029 0.8051±0.0029 0.1482 0.8038±0.0029 36 mL 0.8430±0.0124 0.8478±0.0124 0.8479±0.0124 0.5898 0.8530±0.0124 38 mL 0.8945±0.0029 0.8951±0.0029 0.8941±0.0029 0.8928±0.0029 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0237x – 0.0057 với R2 = 0.9989 188 0.1335 Bảng 101 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7058±0.0051 0.7099±0.0051 0.7077±0.0051 0.2911 0.7075±0.0051 32 mL 0.7588±0.0009 0.7581±0.0009 0.7585±0.0009 0.0502 0.7587±0.0009 34 mL 0.8125±0.0018 0.8111±0.0018 0.8119±0.0018 0.0909 0.8122±0.0018 36 mL 0.8533±0.0007 0.8538±0.0007 0.8536±0.0007 0.0341 0.8538±0.0007 38 mL 0.8955±0.0014 0.8958±0.0014 0.8953±0.0014 0.8947±0.0014 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0235x + 0.0059 với R2 = 0.9967 189 0.0636 Bảng 102 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7099±0.0025 0.7081±0.0025 0.7087±0.0025 0.1428 0.7082±0.0025 32 mL 0.7600±0.0035 0.7578±0.0035 0.7594±0.0035 0.1892 0.7605±0.0035 34 mL 0.8012±0.0029 0.8022±0.0029 0.8023±0.0029 0.1503 0.8036±0.0029 36 mL 0.8499±0.0005 0.8500±0.0005 0.8498±0.0005 0.0249 0.8496±0.0005 38 mL 0.9034±0.0028 0.9012±0.0028 0.9021±0.0028 0.9018±0.0028 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0239x - 0.0068 với R2 = 0.9990 190 0.1261 Bảng 103 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7178±0.0028 0.7155±0.0028 0.7166±0.0028 0.1606 0.7166±0.0028 32 mL 0.7649±0.0022 0.7632±0.0022 0.7642±0.0022 0.1188 0.7646±0.0022 34 mL 0.8145±0.0030 0.8141±0.0030 0.8135±0.0030 0.1580 0.8122±0.0030 36 mL 0.8600±0.0016 0.8612±0.0016 0.8604±0.0016 0.0775 0.8601±0.0016 38 mL 0.9099±0.0018 0.9088±0.0018 0.9096±0.0018 0.9102±0.0018 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0241x - 0.0069 với R2 = 0.9999 191 0.0811 Bảng 104 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7166±0.0018 0.7151±0.0018 0.7158±0.0018 0.1050 0.7158±0.0018 32 mL 0.7576±0.0018 0.7561±0.0018 0.7569±0.0018 0.1010 0.7571±0.0018 34 mL 0.8045±0.0020 0.8031±0.0020 0.8035±0.0020 0.1044 0.8030±0.0020 36 mL 0.8606±0.0005 0.8602±0.0005 0.8604±0.0005 0.0246 0.8605±0.0005 38 mL 0.9062±0.0049 0.9031±0.0049 0.9039±0.0049 0.9025±0.0049 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.024x - 0.0074 với R2 = 0.9972 192 0.2197 Bảng 105 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7100±0.0011 0.7109±0.0011 0.7104±0.0011 0.0637 0.7104±0.0011 32 mL 0.7566±0.0026 0.7545±0.0026 0.7555±0.0026 0.1391 0.7555±0.0026 34 mL 0.7966±0.0038 0.7974±0.0038 0.7961±0.0038 0.1952 0.7944±0.0038 36 mL 0.8536±0.0032 0.8521±0.0032 0.8522±0.0032 0.1532 0.8510±0.0032 38 mL 0.9000±0.0011 0.9009±0.0011 0.9004±0.0011 0.9004±0.0011 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0238x - 0.0075 với R2 = 0.9973 193 0.0502 Bảng 106 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7122±0.0021 0.7110±0.0021 0.7112±0.0021 0.1229 0.7105±0.0021 32 mL 0.7509±0.0020 0.7494±0.0020 0.7499±0.0020 0.1119 0.7495±0.0020 34 mL 0.7991±0.0057 0.8000±0.0057 0.7982±0.0057 0.2912 0.7956±0.0057 36 mL 0.8499±0.0026 0.8500±0.0026 0.8493±0.0026 0.1259 0.8481±0.0026 38 mL 0.9000±0.0018 0.8988±0.0018 0.8996±0.0018 0.9001±0.0018 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0238x - 0.0079 với R2 = 0.9974 194 0.0805 Bảng 107 Bảng sai số hấp phụ lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7077±0.0017 0.7071±0.0017 0.7070±0.0017 0.0995 0.7063±0.0017 32 mL 0.7499±0.0018 0.7500±0.0018 0.7495±0.0018 0.0966 0.7487±0.0018 34 mL 0.8002±0.0015 0.7991±0.0015 0.7998±0.0015 0.0795 0.8002±0.0015 36 mL 0.8466±0.0042 0.8451±0.0042 0.8467±0.0042 0.2013 0.8485±0.0042 38 mL 0.8922±0.0025 0.8902±0.0025 0.8910±0.0025 0.8907±0.0025 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0233x + 0.0080 với R2 = 0.9994 195 0.1169 Bảng 108 Bảng sai số giải hấp lần Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7092±0.0015 0.7081±0.0015 0.7088±0.0015 0.0897 0.7092±0.0015 32 mL 0.7361±0.0065 0.7354±0.0065 0.7365±0.0065 0.3565 0.7381±0.0065 34 mL 0.7912±0.0016 0.7901±0.0016 0.7908±0.0016 0.0812 0.7912±0.0016 36 mL 0.8392±0.0018 0.8378±0.0018 0.8383±0.0018 0.0904 0.8380±0.0018 38 mL 0.8888±0.0029 0.8892±0.0029 0.8883±0.0029 0.8870±0.0029 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0230x + 0.0092 với R2 = 0.9913 196 0.1320 Bảng 109 Bảng sai số hấp phụ lần 10 Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7168±0.0018 0.7156±0.0018 0.7159±0.0018 0.1059 0.7154±0.0018 32 mL 0.7590±0.0019 0.7581±0.0019 0.7589±0.0019 0.1058 0.7597±0.0019 34 mL 0.8044±0.0022 0.8052±0.0022 0.8043±0.0022 0.1122 0.8034±0.0022 36mL 0.8562±0.0027 0.8555±0.0027 0.8552±0.0027 0.1315 0.8540±0.0027 38 mL 0.9098±0.0035 0.9088±0.0035 0.9085±0.0035 0.9070±0.0035 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0241x - 0.010 với R2 = 0.9979 197 0.1562 Bảng 110 Bảng sai số giải hấp lần 10 Mật độ quang x trung bình CV 30 mL 0.7165±0.0012 0.7155±0.0012 0.7159±0.0012 0.0719 0.7158±0.0012 32 mL 0.7500±0.0007 0.7494±0.0007 0.7497±0.0007 0.0411 0.7498±0.0007 34 mL 0.8098±0.0021 0.8081±0.0021 0.8088±0.0021 0.1081 0.8086±0.0021 36 mL 0.8588±0.0031 0.8591±0.0031 0.8582±0.0031 0.1457 0.8568±0.0031 38 mL 0.9032±0.0023 0.9022±0.0023 0.9022±0.0023 0.9013±0.0023 Đường thẳng tuyến tính: y = 0.0241x - 0.0109 với R2 = 0.9947 198 0.1054 ... 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. .. Cu (II) 30-51 Cu (II) 49.6 – 76 Hg (II) 280 Fe(III) Cr(III) Cd (II) Pb (II) Cr(VI) 45 Hg (II) 138 (30oC)-210 (60oC) Cu (II) 39-104 Ni (II) 97 Cd (II) 168 Pb (II) 75.8 Co (II) 20 Zn (II) 27 Cellulose lựa chọn... 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