Nghiên cứu tổng hợp nano từ tính phủ chitosan ứng dụng xử lí nhiễm bẩn kim loại trong nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA  NGUYỄN VĂN DUY NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO TỪ TÍNH PHỦ CHITOSAN ỨNG DỤNG XỬ LÍ NHIỄM BẨN KIM LOẠI TRONG NƢỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƢ PHẠM Đà Nẵng - 2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA  NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO TỪ TÍNH PHỦ CHITOSAN ỨNG DỤNG XỬ LÍ NHIỄM BẨN KIM LOẠI TRONG NƢỚC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƢ PHẠM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN DUY Lớp: 11SHH Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN BÁ TRUNG Đà Nẵng - 2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA  CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc  NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN DUY Lớp: 11SHH Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nano từ tính phủ chitosan ứng dụng xử lí nhiễm bẩn kim loại nặng nước Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, dung dịch amoniac, chitosan rắn, dung dịch axit axetic, dung dịch glutaraldehyde, khí Ar Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ phủ chitosan - Phân tích đặc trưng sản phẩm phương pháp vật lý - Thử hấp phụ ion Pb2+ nước - Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Bá Trung Ngày giao đề tài: 01/09/2014 Ngày hoàn thành: 27/04/2015 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ, tên) (Ký ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng…năm Kết điểm đánh giá: Ngày…tháng…năm CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Bá Trung, thầy trực tiếp hướng dẫn tôi, tận tình bảo giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng tận tình giảng dạy suốt năm học góp ý, tạo điều kiện thuận lợi để giúp tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình bạn lớp 11SHH giúp đỡ động viên q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN  Tôi, Nguyễn Văn Duy xin cam đoan: Những nội dung báo cáo thực hướng dẫn TS Nguyễn Bá Trung Mọi tài liệu tham khảo dùng báo cáo trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Nếu có chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá khoa học xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Đ N ng ng th ng Kí tên Nguyễn Văn Duy n m MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ nano 1.2 Vật liệu nano 1.2.1 Vật liệu nano 1.2.2 Phương pháp chế tạo vật liệu nano 1.3 Hạt nano oxit sắt từ - Fe3O4 1.3.1 Cấu trúc tinh thể hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 1.3.2 Các phương pháp điều chế hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 1.3.2.1 Phương pháp nghiền 1.3.2.2 Phương pháp đồng kết tủa 1.3.2.3 Phương pháp vi nhũ tương 1.3.2.4 Phương pháp polyol 1.3.2.5 Phương pháp phân li tiền chất hữu nhiệt độ cao 1.3.2.6 Phương pháp sinh học 1.3.2.7 Phương pháp hoá siêu âm 1.3.2.8 Phương pháp điện hoá 1.3.2.9 Phương pháp nhiệt phân 1.4 Chitin chitosan 10 1.4.1 Sơ lược chitin chitosan 10 1.4.2 Đặc tính chitosan 11 1.4.2.1 Mức độ deacetyl hóa 12 1.4.2.2 Trọng lượng phân tử 12 1.4.2.3 Độ nhớt 13 1.4.2.4 Tính tan 14 1.4.2.5 Tỉ trọng 14 1.4.2.6 Khả tạo màng 14 1.4.3 Ứng dụng chitosan 16 1.5 Cơ sở lý thuyết hấp phụ 17 1.5.1 Khái niệm chung hấp phụ 17 1.5.2 Quy luật chung trình hấp phụ 17 1.5.3 Hấp phụ đẳng nhiệt 18 1.5.3.1 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 18 1.5.3.2 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 20 1.5.4 Cơ chế hấp phụ kim loại nặng chitosan 21 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1 Hóa chất, thiết bị 22 2.1.1 Hóa chất 22 2.1.2 Thiết bị 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 23 2.2.2 Phân tích đặc trưng hạt nano từ tính tổng hợp 23 2.2.3 Chế tạo vật liệu nano từ tính phủ chitosan 24 2.2.4 Phân tích đặc trưng hạt nano từ tính phủ chitosan 24 2.2.5 Thử hấp phụ ion Pb2+ nước 25 2.2.6 Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 26 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 28 3.2 Phân tích đặc trưng hạt nano từ tính tổng hợp 28 3.3 Chế tạo vật liệu nano từ tính phủ chitosan 31 3.4 Phân tích đặc trưng hạt nano từ tính phủ chitosan 31 3.5 Thử hấp phụ ion Pb2+ nước 35 3.6 Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 36 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỤC LỤC HÌNH ẢNH, BẢNG Hình 1.1: Cơ chế hình thành phát triển hạt nano dung dịch Hình 1.2: Cơng thức cấu tạo Chitosan 11 Hình 1.3: Sự khác cấu trúc hóa học Chitin, Chitosan Cellulose 11 Hình 1.4: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 19 Hình 1.5: Sự phụ thuộc Ce / qe vào Ce 20 Hình 3.1: Đường cong từ hóa hạt nano oxit sắt từ 29 Hình 3.2: Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) hạt nano oxit sắt từ 29 Hình 3.3: Ảnh chụp TEM hạt nano oxit sắt từ 30 Hình 3.4: Kết đo quang phổ hồng ngoại FTIR hạt nano từ tính phủ chitosan 32 Hình 3.5: Đo từ tính hạt nano oxit sắt từ trước sau phủ chitosan 33 Hình 3.6: Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) hạt nano oxit sắt từ phủ chitosan 34 Hình 3.7: Ảnh chụp TEM hạt nano từ tính trước (a) sau (b) phủ chitosan 35 Hình 3.8: Đồ thị phụ thuộc Ce / qe vào Ce 37 Hình 3.9: Sự phụ thuộc ln vào lnCcb mơ hình Freundlich 38 Bảng 3.1: Kết đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 36 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ Pb2+ 37 Bảng 3.3: Sự phụ thuộc ln vào lnCcb mơ hình Freundlich 38 Bảng 3.4: So sánh hai mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich hấp phụ ion Pb2+ nước vật liệu nano từ tính phủ chitosan 39 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước vấn đề cấp bách Việt Nam nhiều nước giới Kim loại nặng nước đánh giá nhóm tác nhân độc hại môi trường người Kim loại nặng thường khơng tham gia tham gia vào q trình sinh hóa thể sinh vật thường tích lũy thể chúng, nên chúng độc hại với sinh vật Do đó, nhiệm vụ đặt nhà khoa học tìm phương pháp hiệu loại bỏ kim loại nặng nguồn nước Một số biện pháp đề xuất xử lí hiệu chưa cao, chi phí lớn, khơng giải triệt để,… Do cần nghiên cứu chế tạo vật liệu tối ưu, giá thành rẻ, dễ sử dụng, có khả tái sử dụng cần thiết Chitin, chitosan polysaccarit có nguồn gốc tự nhiên, tập trung nhiều vỏ loại giáp xác tôm, cua,… Việc sản xuất chitin, chitosan có nguồn gốc từ vỏ tơm, cua mang lại hiệu kinh tế cao góp phần giải lượng lớn rác thải ngành chế biến thủy sản Chitin, chitosan dẫn xuất có đặc tính như: hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, khả tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng không gây độc hại cho người gia súc Chitosan có cấu trúc đặc biệt với nhóm amin mạng lưới phân tử có khả hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu (II), Ni (II), Co (II), Pb (II),… môi trường nước Do chitosan nghiên cứu kết hợp với số chất khác để ứng dụng xử lí kim loại nặng nước Các hạt nano từ tính thân thiện với mơi trường, độc tính, độ tương thích sinh học cao, tính đồng kích thước hạt tính ổn định mơi trường ngồi Việc phủ chitosan lên hạt nano từ tính có thuận lợi ý như: thu hồi vật liệu cách áp vào từ trường ngồi, tái sử dụng vật liệu, Do đó, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano từ tính phủ chitosan ứng dụng xử lí nhiễm bẩn kim loại nặng nước” CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 Việc chế tạo hạt nano từ tính Fe3O4 phương pháp đồng kết tủa dựa vào phản ứng hóa học 2FeCl3 + FeCl2 + 8NH3 + 4H2O → Fe3O4 + 8NH4Cl Chúng tiến hành điều chế hạt nano từ tính theo quy trình 2.2.1 Hịa tan hồn toàn 0.01 mol FeCl2.4H2O 0.02 mol FeCl3.6H2O vào 50ml nước cất khuấy cốc môi trường trơ máy khuấy từ Mơi trường trơ trì cách sục khí Ar, nhằm mục đích đuổi oxi hòa tan nước Cho từ từ (tốc độ 2-3 giọt/phút) đến hết 30ml dung dịch amoniac 25% chuẩn bị sẵn vào dung dịch phản ứng khuấy máy khuấy từ nhiệt độ phòng Phản ứng xảy điều kiện khơng có oxi Tiếp tục khuấy dung dịch 800C 60 phút máy khuấy từ gia nhiệt Để nguội, tiến hành dùng từ trường nước cất rửa kết tủa nhiều lần đến pH dung dịch keo ta thu hạt nano oxit sắt từ nước Loại bỏ phần dung dịch, đem sấy khô tủ sấy 400C ta thu hạt nano oxit sắt từ 3.2 Phân tích đặc trƣng hạt nano từ tính tổng hợp  Đo từ tính hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 Hạt nano từ tính dạng bột sấy khơ thu mục 3.1 đem đo từ tính thiết bị từ kế mẫu rung để xác định tính chất từ, từ độ bão hịa lực kháng từ Kết trình bày hình (3.1) 28 50 40 30 20 10 -14000 -10000 -6000 -2000 -10 2000 6000 10000 14000 -20 MNP -30 -40 -50 Hình 3.1: Đường cong từ hóa hạt nano oxit sắt từ Kết khảo sát từ độ bão hòa lực kháng từ thể hình (3.1), ta thấy hạt nano oxit sắt từ điều chế có từ tính Độ từ bão hịa hạt nano từ tính trước phủ chitosan 45,73467 emu/g, lực kháng từ Vậy nhận xét hạt nano từ tính Fe3O4 có tính chất siêu thuận từ  Phân tích cấu trúc tinh thể hạt nano Fe3O4 Cấu trúc tinh thể hạt nano oxit sắt từ xác định cách đo nhiễu xạ tia X Kết thu thể hình (3.2) 200 160 MNP 120 80 40 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Hình 3.2 : Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) 29 70 75 Trên phổ đồ hình (3.2) xuất đỉnh đặc trưng hạt nano oxit sắt từ dạng tinh thể góc 2 30.10, 35.650, 42.940, 53.650, 57.160, 62.680 Trong kết ghi phổ nhiễu xạ tia X khơng có đỉnh nhiễu xạ cực đại lạ, khác thường chứng tỏ có pha oxit sắt từ cấu trúc tinh thể Sử dụng phương trình Debye-Scherre cho đỉnh nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất: = với kích thước hạt trung bình,  (3.1) bước sóng tia X ( =0,154nm), B độ rộng phổ,  vị trí đỉnh nhiễu xạ (2 = 35,650), tính = 14,4nm Qua đó, khẳng định, điều chế hạt nano từ tính kích thước hạt vào khoảng 10 - 20nm  Phân tích đặc trƣng hình dạng kích thƣớc hạt keo nano Fe3O4 Hình thái kích thước hạt nano oxit sắt từ xác định thông qua chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM có độ phân giải cao Kết trình bày hình (3.3) Hình 3.3: Ảnh chụp TEM hạt nano oxit sắt từ 30 Hình (3.3) trình bày ảnh chụp hiển vi điện tử truyền qua hạt nano oxit sắt từ Qua đó, ta thấy dung dịch nano oxit sắt từ hệ đơn phân tán, hạt có dạng trịn, kích thước nằm khoảng từ 10 - 20nm Hình ảnh cịn cho thấy kết tụ thành khối hạt nano oxit sắt từ 3.3 Chế tạo vật liệu nano từ tính phủ chitosan Vật liệu nano từ tính phủ chitosan chế tạo theo quy trình 2.2.3 Cho vào cốc 3g nano oxit sắt từ dạng rắn 30ml nước cất khuấy 60 phút máy khuấy từ để hạt nano phân tán nước Thêm vào 100ml dung dịch chitosan 1% chuẩn bị sẵn khuấy 120 phút Dung dịch glutaraldehyde 0.1% thêm vào 10ml, tiến hành khuấy 180 phút Hỗn hợp thu ly tâm với tốc độ cao, loại bỏ phần dung dịch chứa chitosan glutaraldehyde dư, phần rắn rửa nước cất - lần, ta thu hạt nano từ tính phủ chitosan phân tán nước cất 3.4 Phân tích đặc trƣng hạt nano từ tính phủ chitosan  Phân tích cấu tạo đặc trƣng hạt nano từ tính phủ chitosan Đặc trưng cấu tạo hạt nano từ tính phủ chitosan tổng hợp xác định cách đo quang phổ hồng ngoại IR vùng 4000 400 cm-1 Mẫu thu mục (3.3), dùng từ trường gạn bỏ phần dung dịch, phần rắn mang sấy 24h 400C, ta thu hạt nano từ tính phủ chitosan dạng bột Mẫu đo quang phổ hồng ngoại IR vùng 4000 400 cm-1 Kết thể hình (3.4) 31 Hình 3.4: Kết đo quang phổ hồng ngoại FT-IR Phổ đồ xuất đỉnh peak  = 3390 cm-1 đặc trưng cho nhóm -OH tự bề mặt hạt nano từ tính nhóm -N-H (chitosan) Dải phổ 2925 - 2850 cm-1 cho thấy xuất nhóm -CH- (methylene) Dải phổ 1150 - 1000 cm-1, cụ thể peak  = 1031 cm-1 đặc trưng cho nhóm C-O-C hay C=O (chitosan), đỉnh phổ cho ta biết tồn chitosan mẫu Ngoài ra, phổ đồ xuất peak  = 583 cm-1 đặc trưng cho liên kết Fe-O (Fe3O4), cho biết diện hạt nano từ tính Fe3O4; peak  = 1632 cm-1 đặc trưng cho liên kết -C=N-, tồn liên kết chitosan phản ứng hóa học với glutaraldehyde tạo liên kết ngang Bề mặt hạt nano từ tính tích điện âm có lực với phân tử polyme chitosan Từ kết đo quang phổ hồng ngoại FT-IR kết luận, nhờ vào tương tác tĩnh điện với hạt nano từ tính phản ứng hóa học tạo liên kết ngang với glutaraldehyde, chitosan phủ lên bề mặt hạt nano từ tính 32  Đo từ tính hạt nano oxit sắt từ phủ chitosan Các tính chất từ hạt nano Fe3O4 phủ chitosan đo thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) Kết thu thể hình (3.5) 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 -15000.0 -10000.0 -5000.0 0.0 5000.0 10000.0 15000.0 -10.0 -20.0 MNPs -30.0 MNPs-CS -40.0 -50.0 Hình 3.5: Kết phân đo từ tính hạt nano oxit sắt từ trước sau phủ chitosan Kết khảo sát từ độ bão hịa lực kháng từ thể hình (3.5), ta thấy từ tính hạt nano từ tính giảm sau phủ chitosan Độ từ bão hịa hạt nano từ tính trước phủ chitosan 45,73467 emu/g sau phủ chitosan 38,91810 emu/g Điều chứng tỏ việc phủ chitosan lên bề mặt hạt nano từ tính, bao phủ phân tử polymer chitosan làm cho độ từ bão hịa hạt nano từ tính giảm  Phân tích cấu trúc tinh thể hạt nano Fe3O4 phủ chitosan Cấu trúc tinh thể hạt nano oxit sắt từ phủ chitosan xác định cách đo nhiễu xạ tia X Kết thu thể hình (3.6) 33 320 280 240 200 MNPs 160 120 MNPsChitosan 80 40 20 30 40 50 60 70 Hình 3.6: Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) Phổ đồ hạt nano oxit sắt từ sau phủ chitosan xuất đỉnh đặc trưng cho hạt nano oxit sắt từ dạng tinh thể góc 2 30,10, 35,650, 42,940, 53,650, 57,160, 62,680 Sau phủ chitosan lên bề mặt hạt nano từ tính, ta thấy đỉnh đặc trưng hạt nano oxit sắt từ xuất cường độ phản xạ bề mặt bị giảm, điều chứng tỏ chitosan phủ lên bề mặt hạt nano từ tính việc phủ chitosan lên hạt nano từ tính khơng làm thay đổi pha hạt nano từ tính  Phân tích đặc trƣng hình thái kích thƣớc hạt keo nano Fe3O4 phủ chitosan Mẫu thu mục (3.3) tiến hành rửa nhiều lần nước cất, sau cho mẫu vào cốc chứa sẵn nước cất, tiến hành khuấy 2h máy khuấy từ hạt nano từ tính phủ chitosan phân tán nước, mang chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM Kết thu thể hình (3.7) 34 (a) (b) Hình 3.7: Ảnh chụp TEM hạt nano từ tính trước (a) sau (b) phủ chitosan Hình thái kích thước hạt nano từ tính trước sau phủ chitosan thể hình (3.7a), (3.7b) Kết cho thấy hạt nano từ tính trước phủ chitosan hệ đơn phân tán, hạt dạng trịn đường kính trung bình khoảng 10 - 20nm, hình (3.7b) thể hình thái hạt nano từ tính phủ chitosan dạng trịn, kết tụ thành hình khối giảm, dẫn đến gia tăng kích thước không đáng kể Như vậy, bao phủ chitosan không làm thay đổi nhiều hình dáng kích thước hạt nano từ tính 3.5 Thử hấp phụ ion Pb2+ nƣớc Chuẩn bị dãy mẫu dung dịch Pb2+ với nồng độ: 0.05ppm, 0.1ppm, 0.15ppm, 0.2ppm, 0.25ppm, 0.3ppm pha bình định mức 100ml Mẫu pha từ dung dịch chuẩn gốc Pb2+ 1000ppm nước cất Vật liệu hấp phụ hạt nano từ tính phủ chitonsan Dùng cân phân tích, cân lượng 0.01g vật liệu hấp phụ cho vào bình nón 100ml Lấy 50ml mẫu dung dịch Pb2+ pha sẵn cho vào bình nón Tiến hành lắc nhẹ bình nón vịng 150 phút để đảm bảo cân thiết lập Dùng từ trường 35 ngoài, gạn lấy phần dung dịch đem đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định hàm lượng ion Pb2+ lại dung dịch Bảng 3.1: Kết đo AAS x c định nồng độ Pb2+ dung dịch Nồng độ Pb2+ Nồng độ Pb2+ thời ban đầu (Co) điểm cân (Ce) 0.05 0.00039688 0.1 0.00096667 0.15 0.00171815 0.2 0.00335625 0.25 0.00476563 0.3 0.00549375 STT Kết thu bảng (3.1) cho thấy nồng độ Pb2+ dung dịch sau hấp phụ giảm đáng kể Chứng tỏ rằng, hạt nano từ tính phủ chitosan có khả hấp phụ ion Pb2+ lên bề mặt 3.6 Xây dựng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Sau tiến hành thử hấp phụ ion Pb2+ nước, dung dịch sau hấp phụ đem đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) thu số liệu thể bảng (3.1) Số liệu thực nghiệm xử lí mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich  Mơ hình Langmuir Chuyển phương trình Langmuir túy dạng đường thẳng, ta phương trình có dạng sau: (3.1) Khối lượng vật hấp phụ cân là: 0.01023g, 0.01043g, 0.01005g, 0.01152g, 0,01094g, 0.01192g 36 Khối lượng trung bình vật hấp phụ m = (0.01023 + 0.01043 + 0.01005 + 0.01152 + 0,01094 + 0.01192)/6 0.010848 (g) Xử lí số liệu bảng (3.1) theo bảng sau: Bảng 3.2: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ Pb2+ qe = V STT C0 Ce Ce/qe 0.05 0.000397 0.233229 0.001702 0.1 0.000967 0.465645 0.002076 0.15 0.001719 0.697204 0.002465 0.2 0.003356 0.924599 0.00363 0.25 0.004766 1.153067 0.004133 0.3 0.00549375 1.384739 0.003967 Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ce/qe vào Ce 0.005 y = 0.4964x + 0.0017 R² = 0.9456 0.0045 0.004 0.0035 0.003 0.0025 0.002 0.0015 0.002 0.004 0.006 Hình 3.8: Đồ thị phụ thuộc Ce / qe vào Ce Phương trình hồi quy tuyến tính thu y = 0.4964x + 0.0017, hệ số tương quan R2 = 0.9456 Vậy hệ số phương trình Langmuir sau: 37 (3.2) Từ phương trình (3.1) phương trình (3.2) ta tính dung lượng hấp phụ cực đại qmax 2.015 (mg/g) số mơ hình Langmuir KL 291.928 (l/mg)  Mơ hình Freundlich = = KF.Ccb1/n (3.3) Tuyến tính hóa phương trình (3.3) ta thu phương trình dạng đường thẳng: ln = lnKF + lnCcb (3.4) Bảng 3.3: Sự phụ thuộc ln lnCcb mơ hình Freundlich  STT C0 Ccb 0.05 0.000397 0.1 V lnCcb ln 0.228628 -7.83188 -1.47566 0.000967 0.456459 -6.94165 -0.78426 0.15 0.001719 0.68345 -6.36616 -0.3806 0.2 0.003356 0.906359 -5.69693 -0.09832 0.25 0.004766 1.130321 -5.34633 0.122501 0.3 0.005494 1.357422 -5.20414 0.305587 Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc ln vào lnCcb 0.6 y = 0.6413x + 3.6112 R² = 0.9892 0.3 -0.3 -0.6 -0.9 -1.2 -1.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 -5.5 -5 Hình 3.9: Sự phụ thuộc ln vào lnCcb mơ hình Freundlich 38 Phương trình hồi quy tuyến tính thu y = 0.6413x + 3.6112, hệ số tương quan R2 = 0.9892 Vậy hệ số phương trình Freundlich sau ln = 3.6112 + 0.6413lnCcb (3.5) Từ phương trình (3.4) phương trình (3.5) ta tính KF 37 n 1.56 Bảng 3.4: So sánh hai mơ hình hấp phụ Langmuir v Freundlich hấp phụ ion Pb (II) nước vật liệu nano từ tính phủ chitosan Mơ hình Langmuir KL qmax (L/mg) (mg/g) 291.928 2.015 Mơ hình Freundlich R2 KF (mg/g)(mg/L) 0.9456 37 1/n n R2 1.56 0.9892 Từ kết bảng (3.4) cho thấy hệ số tương quan hai mơ hình chênh lệch khơng q lớn (0.9456 0.9892) Như vậy, xác định trình hấp phụ ion Pb2+ nước vật liệu nano từ tính phủ chitosan theo hai mơ hình Langmuir Freundlich, ion Pb2+ hấp phụ đơn lớp hạt nano từ tính phủ chitosan, bề mặt vật liệu hấp phụ không đồng 39 KẾT LUẬN - Đã điều chế thành công hạt nano từ tính phủ chitosan - Hạt nano từ tính phủ chitosan chứng minh vật liệu hấp phụ hiệu để xử lí nhiễm bẩn ion Pb2+ nước - Đã xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Các thông số hấp phụ chứng minh xác định q trình hấp phụ ion Pb2+ nước theo mơ hình hấp Langmuir Freundlich - Qua kết đo từ tính hạt nano oxit sắt từ phủ chitosan, độ từ bão hịa giảm khơng đáng kể nên thuận lợi cho việc thu hồi vật liệu loại bỏ ion kim loại nặng - Do trình độ nghiên cứu chưa vững vàng thời gian hạn hẹp nên chưa thể nghiên cứu khảo sát tối ưu hóa quy trình tổng hợp hạt nano từ tính phủ chitosan Và thử hấp phụ ion Pb2+, chưa nghiên cứu điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Minh Anh, Nghiên cứu khả n ng hấp phụ phenol tro lục bình, Luận văn thạc sỹ, Viện mơi trường tài nguyên – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2013 [2] Bùi Thị Kim Ba, Nghiên cứu sử dụng chitosan thay polyphosphate sản xuất c tra fillet đông lạnh, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Cần Thơ, 2009 [3] Lê Thị Hồng Diễm, Chế tạo hạt nano Fe3O4 khảo sát số tính chất đặc trưng Luận văn tốt nghiệp, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2009 [4] Nguyễn Hồng Hải, Chế tạo ứng dụng hạt nano từ tính sinh học, Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội, 23-25/11/2005 [5] Lê Thị Hòa, Chiết tách collagen từ da c tra để tổng hợp vật liệu nanocomposit Collagen-AuNPs, ứng dụng y sinh, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, 2014 [6] Lưu Mạnh Kiên, Hạt nano từ tính Fe3O4: Tính chất ứng dụng để đ nh dấu tế bào xử lí nước bị nhiễm bẩn, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008 [7] Ngô Đức Thế, Sơ lược từ học vật liệu từ, Tạp chí HTTP://WWW.VATLYVIETNAM.ORG, 2006 [8] Trần Thị Phương Thúy, Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng vật liệu lai tạo Chitosan/oxit sắt ứng dụng hấp phụ ion Niken (II) xử lí nước thải chứa kim loại nặng, Đồ án tốt nghiệp, Đại học Phương Đông Hà Nội, 2009 [9] Ứng dụng chitosan bảo quản thực phẩm, Viện công nghệ sinh học – Thực phẩm, 2011 41 Tiếng Anh [10] Hoang Vinh Tran et al, Preparation of chitosan/magnetite composit beads and their application for removal of Pb (II) and Ni (II) from aqueous solution, Materials Science and Engineering C, 2009 [11] Amyn S Teja et al, Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles, ScienceDiret, 2008 [12] Xinchao Wei et al, Synthesis of magnetite nanoparticles with ferric iron recovered from axit mine drainage: Implications for environmental engineering, ScienceDiret, 2006 [13] Raúl G López et al, Chitosan-Coated Magnetic Nanoparticles Prepared in One Step by Reverse Microemulsion Precipitation, Molecular Sciences, 2013 [14] Qingqing Peng et al, Biosorption of copper(II) by immobilizingSaccharomyces cerevisiaeon the surface of chitosan-coated magnetic nanoparticles from aqueous solution, Journal of Hazardous Materials, 2009 [15] Daniela Caruntu et al, Magnetic properties of variable-sized Fe3O4 nanoparticles synthesized from non-aqueous homogeneous solutions of polyols, Journal of Physics D Applied Physics, 2007 [16] Xiaowang Liu et al, Magnetic Chitosan Nanocomposites: A Useful Recyclable Tool for Heavy Metal Ion Removal, Langmuir (2009), 25 (1), pp 3-8 [17] Fei Ge et al, Effective removal of heavy metal ions Cd2+, Zn2+, Pb2+, Cu2+ from aqueous solution by polymer-modified magnetic nanoparticles, Journal of Hazardous Materials, 2011 [18] Nuzhet Ayca Kalkan et al, Preparation of Chitosan-Coated Magnetite Nanoparticles and Application for Immobilization of Laccase, Wiley Online Library, 2011 [19] Gui-yin Li et al, Preparation and properties of magnetic Fe3O4–chitosan nanoparticles, Journal of Alloys and Compounds (2008), 466, pp 451–456 42 ... ngồi, tái sử dụng vật liệu, Do đó, tơi lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp nano từ tính phủ chitosan ứng dụng xử lí nhiễm bẩn kim loại nặng nước? ?? CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ nano Thuật... 11SHH Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nano từ tính phủ chitosan ứng dụng xử lí nhiễm bẩn kim loại nặng nước Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, dung dịch amoniac, chitosan rắn,... đo từ tính hạt nano oxit sắt từ trước sau phủ chitosan Kết khảo sát từ độ bão hòa lực kháng từ thể hình (3.5), ta thấy từ tính hạt nano từ tính giảm sau phủ chitosan Độ từ bão hịa hạt nano từ tính