5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.4.3.4. Bã chè Bã cafe PANi
Bước 1: ấy 120 ml dung dịch ion Cu2+
(20mg/L), Pb2+ 20mg/ vào cốc thủy tinh 250 ml, sau đó cân 1g vật liệu bã chè - bã cafe - PANi cho vào cốc.
Bước 2: Tiến hành khuấy ở 400 vòng/phút, sau các khoảng thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút.
Bước 3: Sau đó lọc lấy dung dịch và đem đi xác định lại nồng độ bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khả n ng hấp thu của vật liệu
Để nghiên cứu khả năng hấp thu các ion Cu2+
(CuSO4) và Pb2+ (Pb(NO3)) bằng các vật liệu bã chè - bã cafe - PANi, bã cafe, bã chè và PANi em tiến hành cố định nồng độ dung dịch các ion hấp thu ban đầu (Co = 20mg/L), thể tích hấp thu (V = 250ml), khối lƣợng chất hấp thu (m = 1g), thời gian hấp thu tƣơng ứng là 30, 60, 90, 120 và 150 phút, tốc độ khuấy 400 vòng/phút. Hàm lƣợng các ion kim loại đƣợc xác định bằng phƣơng pháp phổ hấp thu nguyên tử AAS.
Các vật liệu nghiên cứu đƣợc ký hiệu: -BC - BCF - PANi: A0.
-BCF: A1. -BC: A2. -PANi: A3.
3.1.1. Khả n ng hấp thu ion Pb2+
Kết quả nghiên cứu khả năng hấp thu của các vật liệu với ion Pb2+ đƣợc giới thiệu trên hình 3.1 và 3.2.
Kết quả cho thấy, sau 150 phút nồng độ hấp thu ion Pb2+ giảm xuống. Đối với vật liệu BC - BCF - PANi ban đầu ion kim loại Pb2+
có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 5,89 mg/ , Đối với vật liệu là PANi ban đầu ion kim loại Pb2+ có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 6,31 mg/ . Đối với vật liệu là bã cafe ban đầu ion kim loại Pb2+
có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 7,52 mg/ . Đối với vật liệu là bã chè ban
đầu ion ion Pb2+
có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 8,88 mg/L.
Hình 3.1. Sự phụ thuộc của nồng ion Pb2+ theo thời gian đối với các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/L, pH = 7. 0 30 60 90 120 150 0 20 40 60 80 100 H, % t, phút PANi BC BCF BC-BCF-PANi
Hình 3.2. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thu ion Pb2+ theo thời gian của các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/L, pH = 7.
0 30 60 90 120 150 0 5 10 15 20 25 C, mg/l t, phút BC BCF PANi BC-BCF-PANi
Trong quá trình hấp thu bằng vật liệu BC - BCF - PANi nồng độ ion Pb2+ giảm xuống đáng kể. Kết quả cho thấy, với vật liệu BC - BCF - PANi cho khả năng hấp thu lớn hơn so với PANi, BCF và BC.
Cụ thể, sau 150 phút hiệu suất hấp thu ion Pb2+ của: - Vật liệu BC - BCF - PANi cao nhất (70,55%). - Vật liệu BC thấp nhất (55,6%).
- Các vật liệu PANi và BCF tƣơng ứng là 68,45% và 62,4%.
Khi sử dụng vật liệu BC - BCF - PANi hiệu suất của quá trình hấp thu tăng lên đáng kể, tỷ lệ hiệu suất hấp thu của các vật liệu A0 : A1 : A2 : A3 tƣơng ứng là 1,27 : 1,12 : 1,00 : 1,23. Kết quả cho thấy, với vật liệu compozit tổng hợp cho khả năng hấp thu tốt nhất.
Đối với vật liệu BC - BCF - PANi và PANi cho thấy, hiệu suất hấp thu đạt tốt nhất trong khoảng thời gian từ 0 đến 60 phút, từ 60 phút đến 150 phút hiệu suất hấp thu tăng không đáng kể và gần nhƣ đạt đến cân bằng.
Đối với vật liệu BCF, BC sau khoảng thời gian từ 0 đến 90 phút hiệu suất hấp thu đạt tốt nhất, từ sau 90 phút hiệu suất hấp thu tăng không đáng kể.
3.1.2. Khả n ng hấp thu ion Cu2+
Kết quả nghiên cứu khả năng hấp thu của vật liệu với ion Cu2+ đƣợc giới thiệu ở hình 3.3 và 3.4.
Kết quả cho thấy, sau 150 phút nồng độ hấp thu ion Cu2+ giảm xuống. Đối với vật liệu BC - BCF - PANi ban đầu ion kim loại Cu2+
có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 4,05 mg/ , Đối với vật liệu là PANi ban đầu ion kim loại Cu2+ có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 6,12 mg/ . Đối với vật liệu là BCF ban đầu ion kim loại Cu2+
có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm xuống còn 7,82 mg/ . Đối với vật liệu bã chè ban đầu ion kim loại Cu2+ có nồng độ C0 = 20 mg/L sau khoảng thời gian là 150 phút giảm
xuống còn 10,82 mg/L. Với vật liệu BC - BCF - PANi tổng hợp cho khả năng hấp thu lớn hơn so với PANi, BCF, BC.
0 30 60 90 120 150 0 5 10 15 20 25 C, mg/l t, phút BC BCF PANi BC-BCF-PANi
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ ion Cu2+ theo thời gian đối với các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/L, pH = 7
Kết quả cho thấy, sau 150 phút hiệu suất hấp thu ion Cu2+ của: -Vật liệu BC - BCF - PANi cao nhất (79,75%).
-Vật liệu BC thấp nhất (45,9%).
-Các vật liệu PANi và BCF tƣơng ứng là 69,4% và 60,9%.
Khi sử dụng vật liệu compozit hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng lên đáng kể, tỷ lệ hiệu suất hấp phụ của các vật liệu A0 : A1 : A2 : A3 tƣơng ứng là 1,74 : 1,33 : 1,00 : 1,52. Kết quả cho thấy, với vật liệu BC - BCF - PANi tổng hợp cho khả năng hấp thu gần gấp đôi so với BC biến tính.
Đối với vật liệu A0, A1, A3 cho thấy, hiệu suất hấp thu đạt tốt nhất từ 0 đến 90 phút, trong thời gian từ 90 phút đến 150 phút hiệu suất hấp thu tăng không đáng kể và gần nhƣ đạt đến cân bằng. Đối với vật liệu A2 hiệu suất hấp thu đạt tốt nhất từ 0 đến 30 phút, trong thời gian từ 30 phút đến 150 phút hiệu suất hấp thu tăng không đáng kể.
0 30 60 90 120 150 0 20 40 60 80 100 H, % t, phút PANi BC BCF BC-BCF-PANi
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thu ion Cu2+ theo thời gian của các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/l, pH = 7.
3.2. Đánh giá khả n ng xử lý ion kim loại 3.2.1. Vật liệu PANi
So sánh khả năng hấp thu của hai ion kim loại Cu2+, Pb2+ bằng vật liệu PANi đƣợc thể hiện trên hình 3.5 và bảng 3.1:
Kết quả trên cho thấy khi thời gian tăng lên từ 0 đến 60 phút thì nồng độ cả cả hai ion kim loại giảm xuống nhanh, tức là khả năng hấp thu của vật liệu PANi tƣơng đối tốt, từ 0 đến 60 phút PANi hấp thu ion Pb2+
tốt hơn ion Cu2+. nhƣng từ 60 phút trở đi khả năng hấp thu ion kim loại của vật liệu PANi giảm do nồng độ ion kim loại giảm và vật liệu bị bão hòa nên khả năng hấp thu không còn tốt nhƣ lúc đầu.
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu polyanilin (PNAi) vào thời gian đối với các ion kim loại nặng ở pH=7.
Bảng 3.1. Hàm lượng các ion Cu2+, Pb2+ sau thời gian t (vật liệu PANi).
Thời gian Hàm lƣợng (mg/L) Cu2+ Pb2+ 0 20,00 20,00 30 16,32 16,08 60 12,19 12,02 90 9,21 9,91 120 7,99 7,86 150 6,12 6,31 3.2.2. Vật liệu bã chè
So sánh khả năng hấp thu của hai ion kim loại Cu2+, Pb2+ bằng vật liệu bã chè đƣợc thể hiện trên hình 3.6 và bảng 3.2: 0 30 60 90 120 150 0 5 10 15 20 25 C, mg/L t, phút Cu2+ Pb2+
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu bã chè (BC) vào thời gian đối với các ion kim loại nặng ở pH=7.
Bảng 3.2. Hàm lượng các ion Cu2+
, Pb2+ sau thời gian t (vật liệu bã chè).
Thời gian Hàm lƣợng (mg/L) Cu2+ Pb2+ 0 20,00 20,00 30 17,02 16,06 60 15,16 13,21 90 13,26 11,04 120 11,99 9,12 150 10,82 8,88
Kết quả trên cho thấy, bã chè hấp thu ion Pb2+ tốt hơn ion Cu2+.Từ 0 đến 120 phút vật liệu bã chè hấp thu ion kim loại Pb2+ tốt nhất. Còn ion Cu2+c ng bị hấp thu mạnh nhƣng không mạnh bằng ion Pb2+. Từ 120 đến 150 phút nồng độ ion Pb2+
hầu nhƣ không biến đổi. Đó là do từ 0 đến 120 phút ion Pb2+ bị
0 30 60 90 120 150 0 5 10 15 20 25 C, mg/L t, phút Cu2+ Pb2+
hấp thụ mạnh nên nồng độ giảm, hơn nữa vật liệu bị bão hòa dẫn tới khả năng hấp thu không còn đƣợc nhƣ lúc đầu.
3.2.3. Vật liệu bã cafe
So sánh khả năng hấp thu của hai ion kim loại Cu2+, Pb2+ bằng vật liệu bã cafe đƣợc thể hiện trên hình 3.7 và bảng 3.3:
0 30 60 90 120 150 0 5 10 15 20 25 C, mg/l t, phút Cu2+ Pb2+
Hình 3.7. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu bã cafe (BCF) vào thời gian đối với các ion kim loại nặng ở pH=7.
Bảng 3.3. Hàm lượng các ion Cu2+
, Pb2+ sau thời gian t (vật liệu bã cafe).
Thời gian Hàm lƣợng (mg/L) Cu2+ Pb2+ 0 20,00 20,00 30 16,02 16,99 60 13,16 13,63 90 10,26 10,86 120 8,99 8,72 150 7,82 7,52
Kết quả trên cho thấy, từ 0 đến 90 phút ion Cu2+ bị vật liệu bã chè hấp thu mạnh hơn so với ion Pb2+. Nhƣng từ 90 đến 150 phút ion Pb2+ bị hấp thu mạnh hơn ion Cu2+.
3.2.4. Vật liệu bã chè - bã cafe - PANi
So sánh khả năng hấp thu của vật liệu BC - BCF - PANi đối với mỗi ion kim loại đƣợc thể hiện trên hình 3.8 và bảng 3.4:
0 30 60 90 120 150 0 5 10 15 20 25 C, mg/L t, phút Cu2+ Pb2+
Hình 3.8. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu BC - BCF - PANivào thời gian đối với các ion kim loại nặng ở pH=7.
Bảng 3.4. Hàm lượng các ion Cu2+
, Pb2+ sau thời gian t (BC-CF-PANi).
Thời gian Hàm lƣợng (mg/L) Cu2+ Pb2+ 0 20,00 20,00 30 14,83 15,85 60 10,92 11,23 90 7,68 9,36 120 6,25 8,09 150 4,05 5,89
Kết quả trên cho thấy, từ 0 đến 60 phút vật liệu BC - BCF - PANi hấp thu cả hai ion tƣơng đối mạnh. Nhƣng từ thời gian 60 phút trở đi khả năng hấp thu của BC - BCF - PANi đối với ion Cu2+ lớn hơn so với ion Pb2+.
Trong số các cật liệu A0, A1, A2, A3 thì vật liệu A0 có khả năng hấp thu ion Cu2+ và Pb2+ là tốt nhất.
Khả năng hấp thu của các vật liệu PANi, BCF, BC tốt hơn đối với ion Pb2+. Với vật liệu BC - BCF - PANi hấp thu ion Cu2+ tốt hơn.
Từ kết quả cho thấy khả năng hấp thu của mỗi vật liệu với mỗi kim loại là khác nhau đó là do ái lực, tƣơng tác giữa các vật liệu với các ion là khác nhau. Ái lực càng lớn, độ xốp càng lớn, kích thƣớc càng nhỏ thì khả năng hấp thu càng tốt.
Sau một thời gian nghiên cứu hấp thu một số kim loại nặng, DDT trong dung dịch cho thấy khả năng hấp thu của bã chè - bã cafe - PANi cao hơn so với bã chè và bã cafe biến tính. Đồng thời compozit này cho khả năng hấp thu cao hơn PANi đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp hóa học. Quá trình tổng hợp vật liệu và hấp thu ion kim loại nặng đƣợc tiến hành đơn giản và thân thiện với môi trƣờng và con ngƣời. Từ kết quả này, em đƣa ra mô hình xử lí nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng nhƣ hình 3.9.
Hình 3.9. Mô hình xử lí nước ô nhiễm sử dụng vật liệu bã chè - bã cafe - PANi tự chế tạo.
Thu thập bã chè, bã cafe đã qua sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày, trong công nghiệp…
Biến tính bã chè, bã cafe
Tổng hợp vật liệu compozit
Thiếu lập hệ thống lọc nƣớc có sử dụng vật liệu compozit
Lọc lần 1 đối với nƣớc ô nhiễm
Lọc lần 2 đối với nƣớc lọc lần 1
Dung dịch hoàn nguyên sau khi lọc đƣợc đƣa vào bể chứa
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện khóa luận với đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý các ion kim loại nặng Cu2+
, Pb2+ trong môi trƣờng bằng vật liệu BC - BCF - PANi” em đã tiến hành nghiên cứu đƣợc các nội dung sau đây:
1. Đã tổng hợp thành công vật liệu PANi, BCF, BC và BC - BCF - PANi bằng phƣơng pháp hóa hocjvowis sự có mặt của chất oxi hóa amonipesunfat.
2. Đã khảo sát khả năng hấp thu các ion Cu2+
, Pb2+ của các vật liệu PANi, BCF, BC, BC - BCF - PANi và kết quả cho thấy khả năng hấp thu của vật liệu BC - BCF - PANi đối với cả hai ion là tốt nhất.
3. Đã khảo sát ảnh hƣởng của thời gian, nồng độ ion Cu2+
, Pb2+, khối lƣợng chất hấp thu đến khả năng hấp thu các ion Cu2+
, Pb2+ của vật liệu để so sánh khả năng xử lý của vật liệu đối với từng ion kim loại nặng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [2]. Lê Thạc Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lí nước thải,
NXB Thống kê Hà Nội.
[3]. ê Thanh Hƣng 2008 , “Nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của sơ dừa và vỏ chấu biến tính”, tạp chí phát triển khoa học và công nghệp 11 (số 08) 5-12.
[4]. Trần Hà Linh (1997), “Perparation of polianilin thin films and study of their propertis”, Luận văn thạc sĩ khoa học về khoa học vật liệu, trung tâm quốc tế đào tạo về khoa học vật liệu.
[5]. Nguyen Hong Minh (2003), “Synthesis and characteristic studies Polyaniline By Chemiscal Oxydative Polymeriation”, Master Thesis of Materials Science- Ha Noi University of Technology.
[6]. Nguyễn Thị Quỳnh Nhung (2002), “Nghiên cứu chết tạo polime dẫn PANi bằng phƣơng pháp điện hóa và khả năng chống ăn mòn”, Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội
[7]. Bùi Hải Ninh (2008),“Nghiên cứu ảnh hƣởng của polyaniline đến cấu trúc PbO2”, luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học quốc gia Hà Nội.
[8]. Bùi Minh Quý (2015), Luận án tiến sĩ, Viện Hóa Học-Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
[9]. Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học, môi trường và sức khỏe cong người, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
[10]. Trần Quang Thiện (2012), Luận văn Thạc sĩ, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[11]. Phạm Thị Thanh Thủy (2007), “Ứng dụng polianilin để bảo vệ sƣờn cực chì trong ắc quy”, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học sƣ phạm Hà Nội. [12]. Mai Thị Thanh Thùy (2005), “Tổng hợp polyanilin dạng bột bằng phƣơng
pháp xung dòng và ứng dụng trong nguồn điện hóa học”, Luận văn thạc sĩ khoa hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[13]. Phạm Thị Tốt (2014), “Nghiên cứu ảnh hƣởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan đioxit”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
[14]. Nguyễn Thị Trang (2013), “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính dẫn điện hóa của vật liệu nanocomposite polyaniline TiO2”, Luận văn thạc sĩ kĩ thuật, Đại học Đà Nẵng.
Tiếng Anh
[15]. H Tsutsumi. S Yamashita. Anh T Oishi. 1997 , “Application of Polyanilin/poly (p-styrene sulfonic acid) composite prepared by Pots- polymezation technique to postile active material a rechargeable lithium battery”, Synthetic Metals, 85, P. 1361 – 1362.
[16]. Kondo et al (2004), Anim, Feed Sci. Technol, 113: 71-81. [17]. Sikka et al., 1985. Agricultural Wastes, 13: 315-317
[18]. V.Sreejith, Structure and properties of processible conductive polyaniline blends, Doctor of philosophy in Chemistry, 2004, University of Pune (India).
Trang Web [19]. https://en.wikipedia.org/wiki/Polyaniline [20]. http://www.vietrade.gov.vn/ca-phe/3548-sn-lng-ca-phe-mua-v-muav- 201314.html [21]. https://www.google.com.vn/search?tbm=isch&q=h%C3%ACnh+%E1%BA%A3n h+b%C3%A3+cafe#imgdii=f5pVJjxx0jrF9M:&imgrc=I9XJ3YwLQKcnpM [22]. https://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%94_nhi%E1%BB%85m_n%C6%B0%E1% BB% [23]. http://uv-vietnam.com.vn/NewsDetail.aspx?newsId=1334- [24]. http://giupban.com.vn/suc-khoe/tac-dung-chua-benh-cua-cay-che-vang- d34693.html [25]. http://quyetthangqn.com/khai-quat-chung-ve-cay-che-tinh-hinh-san-xuat-tieu- thu-che-tren-the-gioi-va-o-viet-nam/
[26]. http://text.123doc.org/document/1312005-phan-tich-tinh-hinh-san-xuat-va- tieu-thu-ca-phe-viet-nam.htm
[27]. https://vi.scribd.com/document/311576536/Kh%E1%BA%A3-n%C4%83ng-
h%E1%BA%A5p-ph%E1%BB%A5-kim-lo%E1%BA%A1i-n%E1%BA%B7 ng- Crom-VI-tren-ba-ca-phe