4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.2. Khả năng hấp thu ion Mn2+
2.4.2.1. Khả năng hấp thu của bã cafe
- Pha 1000ml dung dịch Mn2+ nồng độ 20mg/L
Bước 1: Lấy 120ml dung dịch ion kim loại (Mn2+) nồng độ 20mg/L đã pha vào cốc thủy tinh 200ml. Cân 1gam vật liệu hấp thu bã cafe, sau đó cho vào cốc thủy tinh.
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: Lọc lấy dung dịch và đem đi xác định lại nồng độ ion kim loại Mn2+ bằng phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
2.4.2.2. Khả năng hấp thu của PANi
Bước 1: Lấy 120ml dung dịch ion kim loại (Mn2+) chuẩn 0,5 đã pha vào cốc thủy tinh 200ml. Cân 1 gam vật liệu hấp thu polyanilin, sau đó cho vào cốc thủy tinh.
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: Lọc lấy dung dịch và đem đi xác định lại nồng độ ion kim loại Mn2+ bằng phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
2.4.2.3. Khả năng hấp thu của PANi-BCF
Bước 1: Lấy 120ml dung dịch ion kim loại (Mn2+) chuẩn 0,5 đã pha vào cốc thủy tinh 200ml. Cân 1gam vật liệu hấp thu PANi-BCF, sau đó cho vào cốc thủy tinh.
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: Lọc lấy dung dịch và đem đi xác định lại nồng độ ion kim loại Mn2+ bằng phổ hấp thụ nguyên tử.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp vật liệu
3.1.1. Phổ hồng ngoại (IR)
Kết quả phân tích phổ IR các mẫu A0, A1 và A2 đƣợc giới thiệu trong hình 3.1. và bảng 3.1.
Hình 3.1. Phổ IR của các mẫu A0 -BCF, A1- PANi, A2-PANi-BCF.
A1
Bảng 3.1. Giá trị số sóng của các mẫu A0, A1 và A2 trong phổ IR. Mẫu (Nhóm chức đặc trƣng) Số sóng (cm-1), nhóm chức có số sóng tƣơng ứng C-H, C-H, N-H O-H, N-H, COO- C-H C-H C=C, COOH, C-H, O-H, COOH, C6H5-OH O-H, C6H5-OH A0 (BCF) 720 1032,27 1160,71 1384,37 1642,29 2925,69 3441,15 A1 (PANi) 812.12 1190.02 1300.21 1428.05 1598.10 1992.51 A2 (PANi -BCF) 839 1068 1174 1281 1387 1627 2929 3442
Kết quả phân tích IR cho thấy:
- Mẫu BCF (A0) có các tần số đặc trƣng tại các dải số sóng khác nhau: 720,1 cm-1, 1032,27 cm-1, 1160,71 cm-1, 1384,37cm-1, 1642,29 cm-1, 2925,69cm-1, 3441,15cm-1.
- Trong mẫu PANi tổng hợp, có các tần số đặc trƣng tại các giải số sóng khác nhau: 58,56cm-1, 812,12cm-1, 1190,02cm-1, 1300,21cm-1, 1428,05cm-1, 1598,10cm-1, 1992,51cm-1.
- Trong mẫu tổng hợp A2 (PANi-BCF) cho thấy, các tần số đặc trƣng của mẫu BCF đều xuất hiện trên phổ IR của mẫu A2. Sự sai lệch về tần số của
một số tần số đặc trƣng có thể là do tác động của PANi đƣợc hình thành trong quá trình tổng hợp lên mẫu nghiên cứu.
- Kết quả này cho thấy sự tạo thành vật liệu M2 có thành phần của BCF.
3.1.2. Kết quả phân tích SEM
Kết quả phân tích SEM cho các mẫu A0, A1 và A2 đƣợc giới thiệu trên hình 3.2.
Kết quả phân tích cho thấy, các vật liệu thu đƣợc có kích thƣớc cỡ µm, có cấu trúc dạng lớp. Với mẫu BCF (A0) cho thấy cấu trúc lớp tƣơng đối sát với nhau. Tuy nhiên, với sự có mặt của PANi trong cấu trúc PANi-BCF (A2) có dạng xốp tƣơng tự với mẫu PANi nhƣng có cấu trúc xốp hơn.
A1
A2 A0
Hình 3.2. Phổ SEM của các mẫu A0-BCF, A1-PANi, A2- PANi-BCF.
3.2. Khả năng hấp thu ion Mn2+
Kết quả nghiên cứu khả năng hấp thu của vật liệu với ion Mn2+ đƣợc giới thiệu trên hình 3.3. Kết quả cho thấy, theo thời gian nồng độ ion kim loại Mn2+ sau khi hấp thu giảm.
Hình 3.3. Nồng độ của ion Mn2+ tại các thời điểm hấp thu. Nồng độ an đầu C0=20mg/L, pH=7.
Cụ thể:
BCF: Ban đầu ion kim loại Mn2+ có nồng độ C0=20mg/L sau 30 phút giảm còn 17,68mg/L (giảm 2,32mg/L) đến 60 phút giảm còn 13,24mg/L (giảm 6,76mg/L), sau 90 phút giảm còn 10,06mg/L (giảm 9,94mg/L), sau 120 phút tiếp tục giảm còn 8,12mg/L (giảm 11,8mg/L) và cuối cùng ở 150 phút còn lại là 7,22mg/L (giảm 12,78mg/L).
PANi: Ban đầu ion kim loại Mn2+
có nồng độ C0=20mg/L sau 30 phút giảm còn 16,88mg/L (giảm 3,12mg/L), sau 60 phút giảm còn 12,12mg/L (giảm 7,88mg/L), sau 90 phút giảm còn 9,11mg/L (giảm 10,8mg/L), sau 120 phút tiếp tục giảm còn 7,81mg/L (giảm 12,1mg/L) và cuối cùng ở 150 phút còn lại là 6,01mg/L (giảm 13,99mg/L).
PANi-BCF: Ban đầu ion kim loại Mn2+ có nồng độ C0=20mg/L sau 30 phút giảm còn 15,28mg/L (giảm 4,72mg/L), sau 60 phút giảm còn 10,19mg/L (giảm 9,81mg/L), sau 90 phút giảm còn 8,16mg/L (giảm 11,84mg/L), sau 120 phút tiếp tục giảm còn 6,89mg/L (giảm 13,11mg/L) và cuối cùng ở 150 phút còn lại là 4,51mg/L (giảm 15,49mg/L).
Dựa vào cấu trúc của các loại vật liệu ta có thể dễ dàng nhận thấy nếu vật liệu có cấu trúc càng xốp thì khả năng các ion n2+ len lỏi vào các khe hở đó càng lớn. Do các vật liệu càng xốp thì những tƣơng tác vật lí (những liên kết yếu) đối với phân tử càng nhiều → từ đó hấp thu càng nhiều ion Mn2+. Ngƣợc lại nếu vật liệu nào có cấu trúc càng mịn thì khả năng các ion n2+
đi vào càng khó, do đó hấp thu đƣợc ít ion Mn2+
.
Mặt khác, trƣớc khi hình thành vật liệu compozit bản thân PANi đã có một độ xốp nhất định. Trong thành phần của bã cafe có xenlulozơ và lignin là những phần tử có khả năng hấp thu và bề mặt của chúng cũng là dạng xốp chính vì thế khi tổng hợp nên vật liệu compozit thì tạo ra vật liệu có độ xốp tốt hơn (đƣợc thể hiện trong hình SEM). Từ đó khả năng hấp thu ion kim loại nặng cũng tăng lên.
0 30 60 90 120 150 0 20 40 60 80 100 H, % t, phút PANi BCF PANi+BCF
Hình 3.4.Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thu Mn2+ theo thời gian của các vật liệu.
Kết quả cho thấy, sau 150 phút hiệu suất hấp thu ion Mn2+ của vật liệu A0 (BCF) thấp nhất (63,9%), của vật liệu A2(PANi-BCF) cao nhất (77,45%), vật liệu A1(PANi) là 69,95%. Khi sử dụng vật liệu compozit hiệu suất của quá trình hấp thu tăng lên đáng kể, tỷ lệ hiệu suất hấp thu của các vật liệu A0:A1:A2 tƣơng ứng là 1:1,09:1,21. Kết quả cho thấy, với vật liệu compozit tổng hợp cho khả năng hấp thu lớn hơn so với BCF biến tính.
Đối với vật liệu BCF-PANi và PANi cho thấy, hiệu suất hấp thu đạt tốt nhất sau 120 phút. Đối với vật liệu biến tính BCF sau khoảng thời gian 60
phút đến 90 phút hiệu suất đạt tốt nhất, từ sau 120 phút hiệu suất hấp thu tăng không đáng kể.
Sau một thời gian nghiên cứu chế tạo sản phẩm và hấp thu một số kim loại nặng trong dung dịch cho thấy khả năng hấp thu PANi-BCF cao hơn so với BCF 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 an toàn với môi trƣờng và con ngƣời.
KẾT LUẬN
Qua quá trình thực nghiệm có thể rút ra một số kết luận sau:
1.Đã tổng hợp thành công vật liệu hấp thu BCF, PANi, PANi-BCF bằng phƣơng pháp hóa học với sự có mặt của chất oxi hóa amonipesunfat.
2.Sử dụng phƣơng pháp phổ hồng ngoại xác định đƣợc các nhóm chức đặc trƣng có trong các vật liệu hấp thu. Từ kết quả đó cho thấy các nhóm chức xuất hiện trên phổ của BCF thì đều xuất hiện trên phổ của PANi-BCF đôi khi cũng có sự sai lệch số sóng đó là do sự tác động của PANi trong quá trình hình thành mẫu.
3.Sử dụng phƣơng pháp hiển vi điện tử quét SE xác định đƣợc cấu trúc hình thái của các vật liệu. Kết quả cho thấy vật liệu PANi-BCF có cấu trúc xốp nhất.
4.Sử dụng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử nghiên cứu khả năng hấp thu ion kim loại nặng Mn2+ của các vật liệu đã đƣợc tổng hợp cho thấy: Khả năng hấp thu ion kim loại Mn2+
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. Nguyễn Việt Bắc (2005), Chu Chiến Hữu, Bùi Hồng thỏa, Phạm Minh Tuấn, “Polyanilin: Một số tính chất và ứng dụng”, Tạp chí khoa học và công nghệ. [2]. Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [3]. ê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kĩ thuật xử lý nước, NXB Thanh niên, Hà
Nội.
[4]. Nguyễn Tuấn Dung , Hồ Thu Hƣơng, Vũ Kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng, (2009), “Tổng hợp hóa học polyanilin hoạt hóa bằng camphosulfonic axit”, Tạp chí hóa học.
[5]. 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.
[6]. Phạm Luận (2003), hương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội.
[7]. Bùi Hải Ninh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng của polyaniline đến cấu trúc PbO2, luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học quốc gia Hà Nội.
[8]. Nguyễn Thị Quỳnh Nhung (2002), Nghiên cứu chết tạo polime dẫn PANi bằng phương pháp điện hóa và khả năng chống ăn m n, Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[9]. B i inh Quý,Vũ Thị Thái Hà, Vũ Quang T ng, Nguyễn Nhƣ âm, Đào Việt Hùng,(2012), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ CD (II) của compozit polyanilin - vỏ lạc”, Tạp chí khoa học công nghệ - ĐHTN.
[10]. Bùi Minh Quý (2015), Luận án Tiến Sĩ, Viện Hóa Học-Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
[11]. Lê Mậu Quyền (2006), Hóa học vô cơ, NXB Khoa Học và Kĩ Thuật, Hà Nội. [12]. Đỗ Đình Rãng (Chủ biên), Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh
Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong, Hóa học Hữu cơ 3, NXB Giáo Dục Việt Nam. [13]. Phạm Thị Tốt (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến tính chất
quang điện hóa của titan đioxit, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
[14]. Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học, môi trường và sức khỏa con người, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội.
[15]. Mai Thị Thanh Thùy (2005), Tổng hợp polyanilin dạng bột bằng phương pháp xung dòng và ứng dụng trong nguồn điện hóa học, Luận văn thạc sĩ khoa hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[16]. Phạm Thị Thanh Thủy (2007), Ứng dụng polianilin để bảo vệ sườn cự chì trong ắc quy, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học sƣ phạm Hà Nội. [17]. Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý tập 1,
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
[18]. Akash Katoch, Markus Burkhart, Taejin Hwang, Sang Sub Kim (2012) “Synthesis of polyaniline/TiO2 hybrid nanoplates via a sol-gel chemical method”, Chemical Engineering Journal, 192, pp. 262-268.
[19]. D.D Brole, R.U Kapadi, P.P Kumbhar, G.D Hundiwale, Infloence of inorganic and organic supporting electrolytes on the electrochemical synthesis of polyaniline, poly (o- toluidien) and their copolymer thin films. Materials letters 56, (2002) pp 685 – 691.
[20]. Faris Yilmaz (2007), Polyaniline: synthesis, characterisation, solution properties and composites, Ph.D thesis, iđle East technical University, Cyprus.
[21]. J. W. Niemantsverdriet (2001), Spectroscopy in catalysis, Wiley - WCH. [22]. Nguyen Hong Minh (2003), Synthesis and characteristic studies Polyaniline
By Chemiscal Oxydative Polymeriation, Master Thesis of Materials Science- Ha Noi University of Technology.
[23]. Thi Binh Phan, Ngoc Que Do and Thi Thanh Thuy Mai, (2010), The adsorption ability of Cr(IV) on sawdust-polyaniline nanocomposite, Adv. Nat. Sci: Nanosci, Nanotechnol, I(3), 06p.
[24]. R. Asariand N.Khoshbakht Fahim (2008), Application of polypyrole coated on wood sawdust for removal of Cr(IV) ion from aqueous solutions, Journal of Enggineering Sciece and Technology.
[25]. Reza Ansari (2006), Application of polyaniline and its composites for adsorption/ recovery of chromium (VI) from aqueous solutions, Acta Chim. Slov.
[26]. Vahid Mottaghitalab (2006), Development anh characterisation of polyaniline - carbon nanotube conducting composite fibres, Ph.D thesis, University of Wollôngng, Australia. Trang web [27]. https://en.wikipedia.org/wiki/Polyaniline [28]. http://tailieu.vn/doc/luan-van-xac-dinh-cac-thanh-phan-chu-yeu-trong-ca-phe- nhan-tao-che-pham-biocoffee-1-voi-hoat-tinh-676073.html [29]. https://www.e-education.psu.edu/egee439/node/665 [30]. http://www.vietrade.gov.vn/ca-phe/3548-sn-lng-ca-phe-mua-v-mua-v- 201314.html