Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên định hướng ứng dụng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐẶNG THỊ TỐ NỮ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC LŨ THÀNH NƯỚC SINH HOẠT Chun ngành: Hóa lí thuyết Hóa lí Mã số chuyên ngành: 9440119 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC BÌNH ĐỊNH - NĂM 2021 Cơng trình hoàn thành Trường Đại học Quy Nhơn Tâp thể/Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Phi Hùng PGS.TS Cao Văn Hoàng Phản biện 1: PGS TS Võ Viễn Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Đức Vượng Phản biện 3: TS Nguyễn Minh Thông Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin tư liệu Trường Đại học Quy Nhơn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Phát triển bền vững vấn đề đặc biệt quan tâm năm gần [7] Những vật liệu thân thiện môi trường, có khả phân hủy sinh học nguồn nguyên liệu tái tạo ưu tiên sử dụng mục tiêu hướng đến nhà khoa học nước giới Công nghệ màng lọc với lợi tiêu thụ lượng thấp, quy trình đơn giản, chất lượng nước ổn định, chi phí bảo trì thấp, quy mơ lớn, thu hồi chất với hàm lượng nhỏ dịng nhập liệu mà khơng tiêu tốn lượng đáng kể, thân thiện mơi trường sử dụng vật liệu tương đối đơn giản không gây hại nên xem “công nghệ sạch” không gây ô nhiễm môi trường [75] Vì mà chúng sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải, loại tạp chất nước uống để sản xuất nước siêu sạch, loại bỏ chất hữu gây ô nhiễm kim loại nặng, làm mềm nước, tách phẩm nhuộm,…[62], [68], [196], [154], [265], [125] Sinh khối lignocellulose nguồn cellulose tự nhiên dồi [111], [193] Trong đó, bã mía phế liệu phổ biến vùng nhiệt đới cận nhiệt đới [259] Cellulose polymer sinh học quan trọng tự nhiên, thành phần cấu tạo chủ yếu thành tế bào thực vật [7], [97] Việc chuyển đổi cellulose tự nhiên thành hợp chất dẫn xuất có giá trị kinh tế cao thu hút ý đáng kể lĩnh vực hóa học xanh bền vững, đồng thời kích thích phát triển cơng nghệ thân thiện với môi trường [26], [41] Trong dẫn xuất cellulose cellulose acetate quan trọng khả phân hủy sinh học, khơng độc, chi phí thấp nguồn tái tạo [26], [47] Vì vậy, cellulose acetate sử dụng rộng rãi sản xuất màng lọc, màng mỏng, sợi, sơn, chất dẻo, đầu lọc thuốc lá, áo khốc tiện ích y sinh [27], [31], [32] Cellulose acetate vật liệu màng polymer sử dụng để xử lý nước [42] Màng cellulose acetate có tính chất ưa nước, có khả kháng tắc nghẽn (fouling) tốt, hiệu chi phí thân thiện với môi trường [217], [251] Một số công bố báo cáo trình tổng hợp cellulose acetate từ cellulose bã mía áp dụng cho việc chế tạo màng lọc để khử muối, tách khí tách thuốc [26], [184], [185], [193] Tuy nhiên, dung môi dùng để chế tạo màng từ cellulose bã mía hầu hết độc hại sức khỏe người môi trường; ví dụ điển hình chloroform dichloromethane Việc thay dung môi độc hại truyền thống thường sử dụng trình chuẩn bị polymer dimethylacetamide (DMAc), N- dimethylformamide (DMF), chloroform dichloromethane dung môi xanh cần thiết DMSO (dimethyl sulfoxide) dung môi hữu phân cực, giống dung môi thông thường dùng để tổng hợp màng, chiết xuất từ lignin chất liên kết tạo q trình oxy hóa dimethyl sulfide [59] DMSO có độc tính thấp sức khỏe người động vật, phân hủy sinh học, tạo sản phẩm không độc hại [65] Do đó, DMSO dung mơi thay xanh cho tổng hợp màng từ polymer cellulose acetate Keo tụ trình tiền xử lý hóa lý sử dụng rộng rãi thành cơng chi phí thấp vận hành tương đối dễ dàng [18], [175], [267] Keo tụ kết hợp với siêu lọc (UF) trình đầy hứa hẹn việc loại bỏ chất gây ô nhiễm [236], trì hiệu suất màng lọc cao giảm hình thành sản phẩm phụ khử trùng sau [66] Cho đến nay, chất keo tụ tạo loại muối nhôm loại polymer hữu tổng hợp sử dụng rộng rãi hệ thống xử lý nước Tuy nhiên, nghiên cứu gần đề cập đến số vấn đề sử dụng hóa chất bệnh Alzheimer người cao tuổi xác nhận có liên quan đến dư lượng nhơm nước sinh hoạt, hay nhiều loại polymer tổng hợp có độc tính bị cấm sử dụng Nhật Bản Thụy Sỹ Bên cạnh đó, khu vực nơng thơn Việt Nam, chi phí xử lý nước dùng muối nhơm cịn cao nhiều hộ dân nguyên nhân khiến nước không tới với tất người Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, năm ổ bão khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, thường xuyên phải đối mặt với loại hình thiên tai Trong đó, miền Trung khu vực thường xuyên phải gánh chịu hậu nặng nề Một vấn đề quan tâm sau bão lũ môi trường nước bị ô nhiễm nặng nề cơng trình xử lý nước thải, hệ thống thoát nước thải bị phá hủy làm cho phân, rác, nước thải tồn đọng từ nhà vệ sinh, hệ thống cống rãnh, chuồng trại chăn nuôi, tràn trực tiếp mơi trường Ơ nhiễm nước mặt vùng lũ lụt chủ yếu cặn lơ lửng, hợp chất hữu cơ, kim loại nặng vi sinh vật gây bệnh Theo “Sổ tay hướng dẫn xử lý nước vệ sinh môi trường mùa bão lụt” “Sổ tay hướng dẫn xử lý ổ dịch tả” Bộ Y tế ban hành, chất khử trùng thông dụng hướng dẫn sử dụng hợp chất clo chloramine B (dưới dạng bột viên), viên Aquatab67, ngồi dùng bột calcium hypochlorite dung dịch sodium hypochlorite Tuy vậy, chất nêu sản phẩm nhập khẩu, nhiều khơng thể có cần Cũng theo tài liệu trên, việc dùng chloramine B có hàm lượng 0,5% để xử lý nhiễm mơi trường địi hỏi chi phí cao, nữa, chloramine B có chứa gốc benzen - khơng nên dùng để khử trùng thực phẩm, hay sử dụng với nồng độ cao cho nước uống - tồn dư hóa chất khơng có lợi cho sức khỏe người Dùng phèn chloramine B để làm khử trùng nước sử dụng rộng rãi nay, nhiên nước sau xử lý khơng đảm bảo an tồn tuyệt đối dùng cho sinh hoạt, kim loại Fe, As, Mn, Pb,… có nước khơng xử lý triệt để Ngoài việc sử dụng chlorine để khử trùng gây cảm giác khó chịu, người dùng tiếp xúc lâu ngày dễ gặp triệu chứng lâm sàng đường hơ hấp như: ho, khó thở, đau ngực, phù phổi… hàm lượng chlorine dư q trình xử lý nhiều Do đó, việc lựa chọn hóa chất làm nước, vật liệu khử trùng nước thân thiện với môi trường đặc biệt không ảnh hưởng đến sức khỏe người nhiều nhà khoa học giới quan tâm Các chất keo tụ tự nhiên nhà nghiên cứu quan tâm nhiều tính hiệu chúng Ưu điểm vật liệu chất keo tụ nguồn gốc thực vật sử dụng xử lý nước dễ thực hiện, giá thành thấp, không cần hiệu chỉnh pH nước trước xử lý không làm thay đổi pH nước xử lý, cặn lắng dễ phân hủy sinh học Trong số tất nguyên liệu thực vật khảo sát hạt chùm ngây (Moringa oleifera) ý đặc biệt xử lý nước vừa đóng vai trò chất keo tụ, vừa chất kháng khuẩn [30], [48], [169] Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp lưu vực nước gần khu công nghiệp; làng nghề đúc đồng, xi mạ điện khu vực khai thác khoáng sản Nước thải công nghiệp nước thải độc hại không xử lý xử lý chưa đạt yêu cầu đổ vào nguồn nước nguyên nhân dẫn đến hàm lượng kim loại nặng vượt tiêu chuẩn cho phép có ảnh hưởng xấu đến đời sống, sức khỏe người sinh vật Các hợp chất chromium (Cr) sử dụng rộng rãi cơng nghiệp hóa chất, thuộc da, luyện kim, xi mạ, kỹ thuật khoáng sản nhiều lĩnh vực sản xuất khác [259] Tuy nhiên, việc xả thải xử lý không cách chất thải có chứa Cr(VI) từ sở sản xuất dẫn đến nhiễm đáng kể nước mặt, nước ngầm đất [157], [194] Trên thực tế, nhiễm Cr tồn giới 10 vấn đề ô nhiễm độc hại [149] có tác dụng gây ung thư, gây đột biến, quái thai gây tổn thương mô [140], [262] Đồng thời, Pb(II) biết đến ion kim loại nặng thơng thường khác có khả gây ung thư thải vào nguồn nước từ nước thải cơng nghiệp [116] Do đó, việc loại Cr(VI) Pb(II) khỏi nước phục vụ ăn uống sinh hoạt cấp thiết để trì an tồn chất lượng nguồn nước Xuất phát từ thực tế trên, chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên định hướng ứng dụng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt” để góp phần giải vấn đề thiếu nước sinh hoạt cho người dân mùa lũ tận dụng nguồn vật liệu sẵn có tự nhiên Đồng thời nghiên cứu tìm quy trình xử lý đơn giản giúp cho người dân vùng lũ áp dụng xử lý nước lũ tạo nước sinh hoạt thời điểm cấp thiết mùa mưa lũ Mục đích nghiên cứu Chế tạo vật liệu màng lọc xử lý nước ô nhiễm thành nước sinh hoạt từ cellulose bã mía nghiên cứu ứng dụng chất keo tụ tự nhiên từ hạt chùm ngây để tích hợp với siêu lọc lọc nano Đối tượng phương pháp nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Bã mía, hạt chùm ngây, độ đục, kim loại nặng (Pb(II), Cr(VI)), E Coli, Coliforms, chất hữu hịa tan nước; thơng lượng dịng thấm, kháng tắc màng 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Quy mô phịng thí nghiệm - Nghiên cứu xử lý nước lũ vùng ngập úng kéo dài vùng lân cận Thành phố Quy Nhơn, Bình Định Các nguyên liệu tự nhiên (chùm ngây, bã mía) thu lấy từ vùng 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu Phương pháp lấy mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1: 2011 (ISO 5667-1: 2006) Chất lượng nước - Lấy mẫu - Phần 1: Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu kỹ thuật lấy mẫu tiêu chuẩn TCVN 6663-6: 2008 (ISO 5667-6: 2005) Chất lượng nước - Lấy mẫu - Phần 6: Hướng dẫn lấy mẫu sông suối Mẫu điểm lựa chọn nghiên cứu lấy dụng cụ lấy mẫu, lặp lại lần Bảo quản mẫu theo TCVN 6663-3: 2008 (ISO 5667-3: 2003) Chất lượng nước - Lấy mẫu - Phần 3: Hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu 3.2.2 Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis xác định nồng độ Cr(VI) BSA Chỉ số COD xác định cách đo mật độ quang dung dịch theo phương pháp dichromate Chỉ số BOD thực phương pháp chai đo BOD Oxitop Phương pháp ICP6 OES xác định nồng độ Pb(II) Vi khuẩn E.Coli Coliforms xác định theo phương pháp đếm khuẩn lạc - Xác định đặc trưng bề mặt, nhóm chức bề mặt, xác định cấu trúc vật liệu dựa phương pháp phân tích hóa học phương pháp lý - hóa đại BET, SEM, TEM, FT-IR, XRD, DSC-TGA, AFM, XPS, EDX, - Vật liệu nano MnO2 tổng hợp theo phương pháp nung pha rắn - Thực nghiệm chế tạo màng bất đối xứng cellulose acetate phân tán hạt nano vào ma trận cellulose acetate theo phương pháp đảo pha kết tủa; biến tính bề mặt màng cellulose acetate theo phương pháp lắng đọng hóa học - Khảo sát khả xử lý nước lũ thực tế phương pháp tạo bông/keo tụ kết hợp với phương pháp màng lọc - Xử lý số liệu thực nghiệm quy hoạch thực nghiệm Nội dung nghiên cứu luận án - Chiết tách cellulose từ bã mía với tác nhân NaOH 5%, H2O2 5% 2% - Tổng hợp cellulose acetate phương pháp ester hóa; tổng hợp nano chiều -MnO2, Ag/MnO2; màng siêu lọc CAD, CADA, CA/MnO2, CA/PDA, CA/PDA-Ag/MnO2 từ cellulose acetate tổng hợp với dung môi DMSO - Nghiên cứu thơng lượng dịng thấm, khả kháng tắc nghẽn đặc tính màng; nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ khả xử lý Pb(II), Cr(VI) mẫu giả mẫu nước lũ màng chế tạo; nghiên cứu điều kiện tối ưu cho trình keo tụ theo yếu tố: thời gian, tốc độ khuấy chất dịch chiết chùm ngây - Nghiên cứu hiệu suất xử lý độ đục, COD, BOD, kim loại nặng, vi khuẩn E Coli Coliforms nước lũ trình kết hợp keo tụ dịch chiết hạt chùm ngây màng lọc chế tạo Những đóng góp luận án - Điều chế thành công vật liệu nano hai chiều -MnO2 theo phương pháp nung pha rắn từ tiền chất KMnO4 (NH4)2C2O4 550 ℃ - Đây nghiên cứu chế tạo màng siêu lọc từ nguồn sinh khối bã mía với dung mơi DMSO thân thiện môi trường phương pháp đảo pha kết tủa khơng dung mơi Màng chế tạo có khối lượng ngắt phân tử (MWCO) 200 kDa Thông lượng dòng thấm màng chế tạo tăng lên đáng kể có hiệu tách protein (BSA) cao - Điều chế thành công màng lọc nano áp suất thấp (MWCO: 1632 Da) biến tính bề mặt màng siêu lọc cellulose acetate phương pháp đồng lắng đọng polydopamine nano Ag/MnO2 với chất kích hoạt CuSO4/H2O2 Màng thu có hiệu xử lý kim loại nặng cao, kháng tắc nghẽn tốt (FRR > 94%) ức chế hoàn toàn vi khuẩn E.Coli Coliforms Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Hướng nghiên cứu tận dụng nguồn sinh khối vật liệu tự nhiên cho mục đích xử lý tạp chất ô nhiễm kim loại nặng nước phục vụ sinh hoạt ăn uống ngày cho người dân vấn đề thời mà nhiều nhà khoa học nước giới quan tâm - Đã sử dụng dimethyl sulfoxide làm dung mơi xanh cho q trình chế tạo màng bất đối xứng từ cellulose acetate tổng hợp từ bã mía thay dung mơi truyền thống có độc tính cao - Phương pháp đồng lắng đọng nhanh chóng, dễ dàng hiệu 3.1.2 Phổ FT-IR giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu cellulose chiết Hình 3.1 Phổ IR giản đồ nhiễu xạ XRD SB, CE-0, CE-1 CE-2 Từ kết cho thấy cellulose chiết có độ tinh khiết cao, loại bỏ gần hoàn toàn thành phần lignin Các cellulose chiết có độ tinh thể cao, thể qua giá trị số độ tinh thể (CrI) thu Bảng 3.2 Kết phù hợp với kết phân tích thành phần hoá học mẫu Bảng 3.2 Chỉ số độ tinh thể mẫu cellulose Mẫu I200 (a.u) Iam(a.u) CrI (%) CE-0 245,44 104,28 57,51 CE-1 376,28 168,31 55,27 CE-2 144,79 59,69 58,77 Tiểu kết: Mẫu CE-2 có độ tinh thể cao ba mẫu kết phù hợp với phân tích thành phần hoá học mẫu CE Kết cho thấy hiệu quả trình chiết chọn 3.2 Đặc trưng cellulose acetate Phổ IR, giản đồ XRD trình bày Hình 3.2 Các giá trị phần trăm nhóm acetyl (%AG), độ thay (DS), độ nhớt (), khối lượng phân tử trung bình theo độ nhớt (Mw) hiệu suất ester hoá (%) acetyl hóa cellulose chiết tách thể Bảng 3.3 10 Hình 3.2 Phổ FT-IR giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu CA-0-6h, CA-0-14h, CA-1-14h CA-2-14h Bảng 3.3 Kết đánh giá vật liệu cellulose acetate Mẫu (DS)b % AG  Mv Hiệu suất (mL/g) (g/mol) (%)a CA-0-6h 37,20 2,20  0,02 46,31 16756,4 33 CA-0-14h 41,40 2,62  0,02 102,30 43318,8 42 CA-1-14h 41,68 2,65 0,01 103,21 43760,8 45 CA-2-14h 43,05 2,80  0,01 112,81 48685,9 51 a Khối lượng tăng lên mẫu 3.2.3 Phổ H-NMR Bảng 3.4 Các giá trị tích phân pic phổ 1H-NMR DS Mẫu Iacetyl (vùng 1,9 -2,2 IH,AGU (vùng 3,5 – 5,2 ppm) ppm) CA-0-14h 8,17 7,33 2,60 CA-1-14h 8,00 6,99 2,67 CA-2-14h 8,88 7,37 2,81 DS Dựa vào Bảng 3.4 ta thấy giá trị DS tính 2,60; 2,67 2,81 tương ứng với CA-0-14h, CA-1-14h CA-2-14h, kết phù hợp với giá trị thu từ phương pháp chuẩn độ 11 Tiểu kết: Qua kết xác định giá trị DS, khối lượng phân tử trung bình phân tích XRD cellulose acetate tổng hợp từ ba mẫu CE-0, CE-1 CE-2, ta thấy CE-0 CE-1 cho sản phẩm cellulose acetate có giá trị DS gần tương đương có cấu trúc tinh thể giống triacetate II, cịn CE-2 thu triacetate I Trong trình chiết tách CE-0 sử dụng H2SO4 10% để thuỷ phân hemicellulose giai đoạn đầu trình chiết, thu cellulose có độ tinh khiết cao, sản phẩm acetate thu điều kiện tổng hợp với mẫu CE-1 cho kết tương tự Có thể nồng độ H2O2 sử dụng trình tẩy trắng 5% loại guiacyl khỏi mẫu CE-0 CE-1 Quá trình chiết để tách loại lignin quan trọng giai đoạn xử lý kiềm tẩy trắng với H2O2 môi trường pH =12 3.3 Đặc trưng màng bất đối xứng CAD CADA Các màng chế tạo đặc trưng SEM bề mặt mặt cắt ngang (cross-section) cho thấy màng chế tạo có cấu trúc bất đối xứng Đặc trưng AFM, độ thấm ướt, thơng lượng dịng thấm tính kháng tắc nghẽn kiểm tra để xác định khả làm việc màng Đường phân bố kích thước lỗ xốp màng thể Hình 3.3 Bảng 3.5 Kết khảo sát thơng lượng dịng thấm màng CAD CADA với nước cất, dung dịch BSA nước cất sau làm Màng Jw1 Jp1 Jw2 Jp2 Jw3 (l m−2 h−1) CAD 314,41 CADA 301,31 (l m−2 h−1) 136,24 (l m−2 h−1) (l m−2 h−1) (l m−2 h−1) 288,21 128,38 248,91 131,01 248,91 99,56 196,51 12 (a) (b) Hình 3.3 Đường MWCO (a) đường phân bố kích thước lỗ (a) màng CAD CADA Tiểu kết: Màng tổng hợp với hệ dung môi DMSO DMSO/Acetone từ cellulose acetate tổng hợp phù hợp cho ứng dụng xử lý nước với thông lượng cao, chống tắc nghẽn tốt loại hợp chất protein hoà tan nước hợp chất có khối lượng phân tử lớn 200 kDa 3.4 Đặc trưng vật liệu màng biến tính với -MnO2 Ag/MnO2 Kết TEM -MnO2 Ag/MnO2 f e Hình 3.4 Ảnh HR-TEM SEAD H-δ-MnO2 (a, b, c) Ag/MnO2 (d, e, f) 13 Phổ XPS -MnO2 Ag/MnO2 (b) (a) (d) (c) Hình 3.5 Phổ XPS H--MnO2 Ag/MnO2 (a), Mn2p (H-MnO2 ) (b), Mn2p (Ag/MnO2) (c), Ag3d (d) Từ kết đặc trưng TEM-SEAD XPS xác nhận nano MnO2 Ag/MnO2 có hình dạng phù hợp đặc trưng XRD xác nhận cấu trúc 2D Đồng thời phân tán bạc dạng kim loại mà không làm thay đổi cấu trúc 2D mong muốn 3.5 Đặc trưng cho vật liệu màng CA/MnO2 CA/PDA-Ag/MnO2 Hình 3.6 Biểu đồ biểu diễn giá trị góc thấm ướt thơng lượng dịng thấm màng CAB, CA/MnO2-1, CA/MnO2-2, CA/MnO2-3 14 Bảng 3.6 Các thông số độ nhám bề mặt AFM màng màng CAB CA/MnO2 Màng Ra/Sa (nm) Rrms/Sq (nm) CAB 3,65 4,65 CA/MnO2-1 3,64 4,58 CA/MnO2-2 2,84 3,85 CA/MnO2-3 3,42 4,96 Sự phân bố MnO2 ma trận polymer nghiên cứu kĩ thuật mapping nguyên tố bề mặt mặt cắt ngang màng CA/MnO2-2 Kết thu cho thấy nano phân tán đồng ma trận polymer XPS tiến hành để xác nhận dạng tồn Mn vật liệu màng sau pha trộn Trên phổ xuất hai pic 641,3 eV ứng với Mn2p3/2 pic lại 652,9 eV ứng với Mn2p1/2, hiệu lượng hai pic 11,6 eV, tồn Mn (IV) ma trận màng (b) (a) Hình 3.7 Phổ EDX thành phần nguyên tử phổ EDX màng CA/PDA-2 (a) màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 (b) 15 (b) (a) Hình 3.8 Góc thấm ướt (a) độ thấm ướt (b) màng CAB, CA/PDA-2 màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 (a) (b) Hình 3.9 Thơng lượng dịng thấm trung bình (a) MWCO (b) màng CAB, CA/PDA CA/PDA-Ag/MnO2 áp suất từ 1-6 bar Kết phân tích nhiệt cho thấy với màng CA/PDA ta thấy lắng đọng PDA khơng ảnh hưởng đáng kể đến tính bền nhiệt màng CA ban đầu thể qua hình dạng pic tỏa nhiệt tương đồng với màng CA ban đầu Với màng CA/MnO2, đường đường DTA, khoảng nhiệt độ 270 oC xuất pic tỏa nhiệt cho nước hóa học kèm theo oxygen từ nhóm MnO6 liên quan đến khử phần Mn(IV) thành Mn(III) [49], [57] Màng CA/MnO2 bắt đầu nóng chảy 296,54 oC phân 16 hủy 348,04 oC ứng với hụt khối 78,15 % Màng CA/PDAAg/MnO2 tương tự màng CA/MnO2 xuất pic tỏa nhiệt 253,81 ℃ oxygen MnO2, độ hụt khối tối đa 352,49 C với 62,48 % đề acetyl hóa cellulose aceate, hụt khối thứ hai nằm khoảng 420 - 550 C phân hủy chuỗi polymer CA, PDA, O Ag/MnO2 3.6 Khả kháng tắt nghẽn kháng khuẩn màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 (b) (a) Hình 10 Thơng lượng dịng thấm nước nước cất dung dịch BSA 500 ppm (a), tỉ lệ thu hồi thông lượng giá trị trở lực (b) màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 màng CA/PDAAg/MnO2-2 Kết thông số tỉ lệ phục hồi thông lượng tính tốn tcho thấy màng chế tạo có đặc tính chống tắc nghẽn tốt Hiệu suất tách BSA màng biến tính 95% Kết kháng khuẩn vật liệu màng Các màng CA/MnO2-2, CA/PDA-2 CA/PDA-Ag/MnO2-2 kiểm tra tính kháng khuẩn theo phương pháp đếm khuẩn lạc Thí nghiệm tiến hành với nồng độ vi khuẩn lấy nguyên 17 mẫu ngưỡng 106 CFU/mL đến 107 CFU/mL, kết thu thể Hình 3.11 Mẫu đối CA/MnO2-2 CA/PDA-2 chứng CA/PDAAg/MnO2-2 E.Coli Coliform Hình 3.11 Hình ảnh đĩa petri theo phương pháp đếm khuẩn chứng minh đặc tính kháng khuẩn màng CA/MnO2-2, CA/PDA-2 CA/PDA-Ag/MnO2-2 sau 24 ủ Từ Hình 3.11, ta thấy màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 có khả kháng khuẩn tốt ba màng nghiên cứu, ức chế hoàn toàn vi khuẩn E.Coli Coliform (100%) Màng CA/PDA-2 có tính kháng khuẩn cao với E.Coli Coliform tương ứng 98,80 96,88% Nhờ tồn ion copper tạo phức với PDA hình thành sau trình lắng đọng PDA với chất kích hoạt CuSO4/H2O2 làm tăng hoạt tính kháng khuẩn màng CA/PDA màng CA/PDAAg/MnO2-2 Màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 ức chế hoàn toàn vi khuẩn nhờ khả diệt khuẩn nano đồng, nano bạc Màng CA/MnO2 cho thấy khả kháng khuẩn tốt (E.Coli: 98,10%, Coliform: 84,38%) Cơ chế diệt khuẩn dựa vào độc tính nano tiểu phân oxygen hoạt động chúng 18 3.7 Kết phân tách Pb(II) Cr(VI) màng CA màng CA biến tính Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng khả hấp phụ ion kim loại Cr (VI) Pb (II) màng theo thời gian, mơ hình động học hấp phụ bậc bậc màng xác lập Các hệ số tương quan R2 phương trình động học dạng tuyến tính q trình hấp phụ ion kim loại Cr (VI) Pb (II) vật liệu màng lớn (R2 > 0,84) Đối với tất trình hấp phụ màng CAB, CA/MnO2, CA/PDA CA/PDA-Ag/MnO2 có giá trị R2 mơ hình động học bậc lớn so với bậc (R2 > 0,99) 3.8 Kết xử lý chất nhiễm, vi khuẩn có nước lũ trình kết hợp tiền xử lý dịch chiết hạt chùm ngây với màng lọc CA/MnO2 CA/PDA-AgMnO2 Mẫu nước lũ ban đầu Xác định tiêu đầu vào (pH, độ đục, COD, BOD, E.Coli, Coliform, Pb(II), Cr(VI)) Tiền xử lý-Keo tụ với dịch chiết hạt chùm ngây, để lắng Lấy phần nước cho vào hệ lọc với màng siêu lọc/lọc nano Phân tích tiêu nước đầu Hình 3.12 Quy trình thí nghiệm 19 Các mẫu nước kí hiệu sau: M0 mẫu nước lũ chưa xử lý, M1 mẫu nước M0 sau xử lý dịch chiết chùm ngây M2 mẫu nước M1 sau lọc qua màng lọc Điều kiện tối ưu cho trình keo tụ nước lũ dịch chiết hạt chùm ngây đưa qua khảo sát thời gian, tốc độ khuấy thể tịch dịch chiết chùm ngây sau: nồng độ dịch chiết mL 1000 mL nước đục, tốc độ khuấy nhanh 150 vòng/phút phút đầu trì 20 phút tốc độ 15 vịng/phút Kết phân tích Trung tâm Quan trắc mơi trường - Sở Tài ngun Mơi trường Bình Định xử lý với màng CA/PDAAg/MnO2 thể Bảng 3.7 Theo kết từ Bảng 3.7 ta thấy, tiền xử lý keo tụ dịch chiết chùm ngây có hiệu suất đạt là: độ đục (99,23%), BOD5 (55,56%), COD (50%), E.coli (46,51%), Coliform (57,14%), Cr(VI) Pb(II) không phát Như giai đoạn xử lý với dịch chiết chùm ngây có tiêu độ đục đạt ngưỡng cho phép tiêu chuẩn chất lượng nước uống, Coliform đạt ngưỡng cho phép tiêu chuẩn chất lượng nước mặt tiêu khác BOD5, COD, E.coli chưa đạt ngưỡng cho phép tiêu chuẩn chất lượng nước uống Như dịch chiết chùm ngây - chất gây keo tụ làm giảm gần nửa vi khuẩn, BOD5, COD Nước M1 lọc qua màng CA/PDA-Ag/MnO2-2, điều chỉnh áp suất 3,5 bar có tốc độ chảy 58,389 (L/m2.h) Mẫu nước M2 thu có số đạt 100% 20 Bảng 3.7 Kết phân tích Trung tâm Quan trắc môi trường - Sở Tài nguyên Môi trường Bình Định TT Chỉ tiêu Phương pháp kiểm nghiệm kiểm Đơn Kết vị M0-04.3 M1- M2- 04.3 04.3 6,8 6,8 6,8 253 1,94 0,00 mg/L 27 12 KPH mg/L 40 20 KPH MPN 21.102 900 KPH mL 43 23 KPH mg/L KPH KP KPH nghiệm/Thiết bị đo pH Máy đo HI 2211 pH/ ORP Meter Độ đục Máy đo độ FTU đục Orbeco- Hellige 975MP BOD5 SMEWW (20 oC) 5210D:2012 COD SMEWW 5220.C:2012 Coliform TCVN 6187- E Coli Cr(VI) /100 2: 1996 UV-Vis H Pb(II) SMEWW mg/L 3500:2005 0,008 KP H 21 KPH KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã chiết tách cellulose từ bã mía với độ tinh khiết cao (83-89%) Từ cellulose bã mía, tổng hợp vật liệu cellulose acetate (CA) với độ thay nhóm chức DS = 2,62÷2,81, khối lượng phân tử trung bình theo độ nhớt 43000 g/mol Đã điều chế vật liệu nano chiều MnO2 có cấu trúc lớp phương pháp nung pha rắn nhiệt độ 550 ℃ từ tiền chất KMnO4 (NH4)C2O4 (tỉ lệ mol 1:1,2) Các vật liệu màng siêu lọc CAD, CADA, CAB màng pha trộn CA/MnO2, chế tạo thành công phương pháp đảo pha sử dụng dung mơi DMSO thân thiện với mơi trường có cấu trúc màng bất đối xứng với tính ưa nước cao, thơng lượng dòng thấm cao kháng tắc nghẽn tốt (FRR > 80%) khối lượng ngắt phân tử MWCO từ 76 đến 300 kDa Các màng biến tính bề mặt CA/PDA CA/PDA-Ag/MnO2 điều chế thành công theo phương pháp lắng đọng đồng lắng đọng dopamine sử dụng chất kích hoạt CuSO4/H2O2 Màng thu có bề mặt đồng đều, ưa nước hơn, thơng lượng dịng cao (tương ứng 74,14 90,87 (L.m-2.h-1.bar-1)), kháng tắc nghẽn tốt (FRR > 94%), khối lượng ngắt phân tử 1363 1632 Da tương ứng với màng lọc nano áp suất thấp (loose nanofiltration membrane) cải thiện khả xử lý vi khuẩn kim loại nặng hiệu Đẳng nhiệt động học trình hấp phụ kim loại Pb(II) Cr(VI) vật liệu màng chế tạo nghiên cứu Màng CA/PDA-Ag/MnO2 có dung lượng hấp phụ cực đại với Cr(VI) cao nhất, qmax = 61,12 mg/g, tiếp đến màng CA/MnO2 (qmax = 52,52 22 mg/g màng CA/PDA (qmax =36,24 mg/g) Màng CA/MnO2 có dung lượng hấp phụ cực đại với Pb(II) cao nhất, qmax = 103,41 mg/g, tiếp đến màng CA/PDA-Ag/MnO2 (qmax = 83,47 mg/g) màng CA/PDA (qmax = 82,44 mg/g) Động học hấp phụ phù hợp với mơ hình động học bậc Đã đưa điều kiện tối ưu cho trình keo tụ dịch chiết hạt chùm ngây với mẫu nước lũ: nồng độ dịch chiết mL 1000 mL nước đục (< 450 FTU), tốc độ khuấy nhanh 150 vịng/phút phút đầu trì 20 phút tốc độ 15 vòng/phút, thời gian lắng 120 phút Đã kết hợp tiền xử lý dịch chiết chùm ngây màng siêu lọc để xử lý nước lũ thành nước phục vụ sinh hoạt, đảm bảo tiêu theo tiêu chuẩn nước sinh hoạt KIẾN NGHỊ Trên sở kết thu được, số nội dung cần nghiên cứu tương lai sau: - Cần nghiên cứu sâu ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ màng lọc - Tiếp tục nghiên cứu khả phân tách màng với thuốc nhuộm kháng sinh nước thải công nghiệp y tế - Nghiên cứu ảnh hưởng anion dung dịch nước đến trình xử lý ion kim loại nặng - Vật liệu nano xốp (MOF, zeolit, graphene…) với nhiều nhóm chức kích thước lỗ điều khiển phù hợp để tạo màng rây phân tử lý tưởng cho đặc tính phân tách Do đó, vật liệu hai chiều siêu mỏng có kích thước lỗ nano loại vật liệu đầy hứa hẹn để chế tạo màng NF có tính thẩm thấu cao 23 CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Tạp chí nước Đặng Thị Tố Nữ, Cao Văn Hoàng, Phan Vũ Thuyền, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Phi Hùng Tổng hợp đặc trưng cellulose acetate từ bã mía, Tạp chí Xúc tác Hấp phụ Việt Nam, Tập 6, số 4, 50-55, (2017) (ISSN 0866-7411) Đặng Thị Tố Nữ, Nguyễn Thị Mỹ Duyên, Cao Văn Hoàng, Nguyễn Thị Liễu, Nguyễn Phi Hùng, Tổng hợp, đặc trưng khảo sát khả hấp phụ vật liệu H-δ-MnO2, Tạp chí Xúc tác Hấp phụ Việt Nam, Tập 7, số 2, 80-85, (2018) (ISSN 0866-7411) Đặng Thị Tố Nữ, Cao Văn Hoàng, Đặng Thị Phương Dung, Trần Văn Hiên, Nguyễn Phi Hùng, Tổng hợp đặc trưng màng CA/PDA ứng dụng xử lý chì (II) mơi trường nước, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, Tập 24, số 1, 50-55 (2019) (ISSN 0868-3224) Dang Thi To Nu, Nguyen Thi My Duyen, Nguyen Thi Thuy Linh, Cao Van Hoang, Nguyen Phi Hung, Preparation and characterization of nano -MnO2-blended cellulose acetate membrane, Vietnam J Chem., 2019, 57(6), 741-746 DOI: vjch.2019000115 Tạp chí quốc tế Dang Thi To Nu, Nguyen Phi Hung, Cao Van Hoang, Bart Van der Bruggen, Preparation of an asymmetric membrane from sugarcane bagasse using DMSO as green solvent, Appl Sci 2019, 9(16), 3347, https://doi.org/10.3390/app9163347 (ISI, Q1) 24 ... vùng lũ áp dụng xử lý nước lũ tạo nước sinh hoạt thời điểm cấp thiết mùa mưa lũ Mục đích nghiên cứu Chế tạo vật liệu màng lọc xử lý nước ô nhiễm thành nước sinh hoạt từ cellulose bã mía nghiên cứu. .. dụng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt? ?? để góp phần giải vấn đề thiếu nước sinh hoạt cho người dân mùa lũ tận dụng nguồn vật liệu sẵn có tự nhiên Đồng thời nghiên cứu tìm quy trình xử lý đơn... khỏi nước phục vụ ăn uống sinh hoạt cấp thiết để trì an toàn chất lượng nguồn nước Xuất phát từ thực tế trên, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên định hướng ứng dụng