nguyờn lý chuyển dịch cõn bằng khi tăng nồng độ polyme quỏ trỡnh phõn ly tăng tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tỏc của polyme với ion kim loại và khi quỏ trỡnh phõn ly đạt đến trạng thỏi cõn bằng thỡ dự cú tiếp tục tăng nồng độ polyme mức độ tương tỏc này cũng khụng tăng. Mặt khỏc, khi tăng hàm lượng polyme quỏ nhiều làm cho độ nhớt của dung dịch tăng làm cản trở quỏ trỡnh tương tỏc vỡ vậy từ cỏc hỡnh trờn cho thấy hàm lượng poly(acrylamit) tối ưu cho quỏ trỡnh tương tỏc là 0,25g/50ml, poly(acrylic axit) là 0,3g/50ml, poly(hydroxamic axit) là 0,3g/50ml. Cỏc giỏ trị nồng độ này được lựa chọn cho cỏc nghiờn cứu tiếp theo.
3.3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quỏ trỡnh tương tỏc của cỏc polyme với cỏc ion kim loại. kim loại.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quỏ trỡnh tương tỏc của poly(acrylamit) với cỏc ion kim loại được nghiờn cứu tại cỏc điều kiện sau: KLPT 1,5.106; nồng độ polyme 0.25g/50ml, nồng độ ion kim loại 800mg/l, pH = 4.5, thời gian 40 phỳt.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quỏ trỡnh tương tỏc của cỏc ion kim loại với poly(acrylic axit) được thực hiện trong điều kiện: KLPT 6.105; nồng độ polyme 0.3g/50ml, nồng độ ion kim loại 800ppm, pH = 5, thời gian 50 phỳt.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quỏ trỡnh tương tỏc của poly(hydroxamic axit) với ion kim loại được nghiờn cứu tại những điều kiện: KLPT 5.106; nồng độ polyme 0.3g/50ml, nồng độ ion kim loại là 800mg/l, pH = 5, thời gian 40 phỳt.
Hỡnh 3.25: Quỏ trỡnh tương tỏc của PAM với ion kim loại theo nhiệt độ
Hỡnh 3.27: Quỏ trỡnh tương tỏc của PHA với ion kim loại theo nhiệt độ
Từ hỡnh 3.25; 3.26; 3.27 cho thấy, độ hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng cho đến khi cõn bằng đạt được. Khi nhiệt độ thấp khả năng hũa tan của polyme trong nước thấp vỡ thế khả năng hấp phụ với ion kim loại thấp. Khi tăng nhiệt độ khả năng hũa tan của polyme tăng làm cho quỏ trỡnh hấp phụ ion kim loại tăng đến khi đạt trạng thỏi cõn bằng, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ cỏc monome trong mạch polyme sẽ trở nờn linh động hơn và cú thể sảy ra hiện tượng liờn kết trong nội phõn tử polyme làm cho polyme cú hiện tượng đục và khú liờn kết với ion kim loại vỡ thế quỏ trỡnh hấp phụ kim loại giảm. Vỡ vậy khi khảo sỏt nhiệt độ tốt nhất ta chọn lựa nhiệt độ tối ưu cho quỏ trỡnh chớnh là tỡm nhiệt độ mà độ hấp phụ đạt trạng thỏi cõn bằng. Từ cỏc hỡnh trờn ta thấy tại nhiệt độ 300C là nhiệt độ tối ưu cho tương tỏc giữa cỏc polyme và ion kim loại trong quỏ trỡnh hấp phụ.
3.4. Thử nghiệm dựng polyme ưa nước để loại kim loại nặng trong nước thải nhà mỏy ngành cụng nghiệp gia cụng, sản xuất thiết bị điện tử tại tỉnh Bắc Giang
Ngành cụng nghiệp này xuất hiện chưa lõu ở nước ta nhưng nú đó cú một bước tiến dài khi đó phỏt triển mạnh mẽ cả về quy mụ và chất lượng. Nú đang thu hỳt vốn đầu tư của rất nhiều doanh nghiệp lớn nước ngoài như Nhật Bản, Hàn Quốc, Phần Lan,...Cỏc mặt hàng của ngành cụng nghiệp này rất đa dạng và phong phỳ bao gồm cỏc sản phẩm viễn thụng, thụng tin liờn lạc, và hàng gia dụng như: điện thoại, ti vi, tủ lạnh, lũ vi súng, mỏy vi tớnh, ... và rất nhiều cỏc linh phụ kiện kốm theo. Nguyờn vật liệu trong ngành này sử dụng một lượng lớn cỏc loại kim loại ở dạng hợp kim hoặc hợp chất húa học với cỏc vật liệu cacbon cú tỏc dụng truyền dẫn điện tử và làm khung, nền trong cỏc chi tiết điện tử,.... và cỏc chi tiết phụ cỏch điện, bao ngoài bằng nhựa, cao su. Do vậy trong nguồn nước thải, phỏt sinh của ngành cụng nghiệp này cú nguy cơ chứa nhiều thành phần kim loại nặng Pb, As, Cd, Ni,.... Để khảo sỏt tớnh ứng dụng của polyme ưa nước trong xử lý nước thải cụng nghiệp chỳng tụi lựa chọn mẫu phõn tớch của Cụng ty TNHH điện tử Yesun. Mẫu nước thải được lấy tại khu xử lý nước thải tập chung của cụng ty, rồi được đưa về phũng thớ nghiệm phõn tớch cỏc chỉ tiờu kim loại nặng Pb2+, Cu2+, Ni2+ sau đú mẫu nước thải được cho xử lý thử nghiệm với tỏc nhõn là cỏc polyme ưa nước: PAM, PAA, PHA với cỏc điều kiện thụng số đó lựa chọn được qua quỏ trỡnh khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng.
Bảng 3.4: Kết quả xử lý một số kim loại trong nước thải của cụng ty TNHH điện tử Yesun bằng polyme ưa nước
Stt Chỉ tiờu Đơn vị Kết quả QCVN 40: 2011/BTNMT (cột B) Mẫu Xử lý với PAM Xử lý với PAA Xử lý với PHA 1 Pb2+ mg/l 15,91 3,97 4,77 0,79 0,5 2 Ni2+ mg/l 27,89 11,15 12,55 5,56 0,5 3 Cu2+ mg/l 5,6 2,24 2,52 1,4 2,0 Kết quả thu được cho thấy khả năng xử lý kim loại nặng bằng tỏc nhõn polyme ưa nước khỏ hiệu quả, hiệu suất xử lý của PAM là 62 - 87%, PAA là 55 - 75%, PHA là 65 – 95%, hiệu quả xử lý tăng dần theo thứ tự PHA > PAM > PAA tương ứng với cỏc kim loại Pb > Cu > Ni. Kết quả này hoàn toàn phự hợp với lý thuyết nghiờn cứu về tương tỏc polyme ưa nước và kim loại nặng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Đó tổng hợp thành cụng ba polyme ưa nước PAM, PAA, PHA để làm vật liệu cho quỏ trỡnh nghiờn cứu tương tỏc polyme – kim loại. Khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian đến độ chuyển húa cỏc polyme và khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ đến trọng lượng phõn tử trung bỡnh của polyme trong quỏ trỡnh tổng hợp.
Quỏ trỡnh hấp thụ cỏc ion kim loại trong polyme ưa nước PAM, PAA, PHA được nghiờn cứu bằng phương phỏp giỏn đoạn.
Đó bước đầu nghiờn cứu được quỏ trỡnh tương tỏc của cỏc polyme với cỏc ion kim loại (Pb2+, Cu2+, Ni2+). Tương tỏc chủ yếu giữa chỳng là liờn kết phức và tương tỏc tĩnh điện.
Đó khỏo sỏt được quỏ trỡnh tương tỏc của cỏc polyme với ion kim loại và được chứng minh bằng phổ hồng ngoại IR, nhiệt trọng lượng TGA.
Khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh tương tỏc của cỏc polyme với cỏc ion kim loại từ đú đưa ra cỏc điều kiện tối ưu cho quỏ trỡnh tương tỏc. Thời gian tối ưu của polyme tiếp xỳc với cỏc ion kim loại trong quỏ trỡnh tương tỏc với PAM là 40 phỳt, nhiệt độ 300C, pH là 4,5; nồng độ polyme tối ưu 0,25g/50ml, khối lượng phõn tử (KLPT) polyme là 1,5.106.
Khảo sỏt thành cụng cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh tương tỏc của poly(acrylic axit) với ion kim loại: Khối lượng phõn tử, độ pH, nhiệt độ, nồng độ polyme, thời gian. Từ đú đưa ra điều kiện tối ưu trong quỏ trỡnh tương tỏc: KLPT polyme là 6.105, pH = 5, nhiệt độ 300C, thời gian 50 phỳt, hàm lượng polyme 0,3g/50ml.
Đó khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh tương tỏc của PHA – kim loại. Độ pH = 5, nhiệt độ 300C, thời gian 40 phỳt, nồng độ polyme 0,3g/50ml, KLPT 5.106 là cỏc giỏ trị tối ưu cho quỏ trỡnh tương tỏc của PHA với cỏc ion kim loại.
Xử lý thử nghiệm mẫu nước thải chứa kim loại nặng của cụng ty TNHH điện tử Yesun bằng tỏc nhõn là cỏc polyme ưa nước PAM, PAA, PHA với cỏc ion kim loại Pb2+, Cu2+, Ni2+ để chứng minh kết quả nghiờn cứu về tương tỏc giữa polyme ưa nước với ion kim loại nặng.
Kiến nghị
Nghiờn cứu chế tạo và ứng dụng polyme ưa nước là một lĩnh vực khoa học lý thỳ và đầy tiềm năng vỡ phạm vi ứng dung của chỳng rất rộng lớn. Chớnh vỡ vậy, trong những năm qua đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu, ứng dụng polyme ưa nước trong và ngoài nước đó được cụng bố. Cỏc kết quả nghiờn cứu, ứng dụng của nhúm nghiờn cứu trong thời gian qua đó và đang tiếp tục được triển khai vào thực tế sản xuất. Một số sản phẩm đó được ứng dụng rộng rói trờn phạm vi cả nước đem lại hiệu quả kinh tế- xó hội. Vấn đề nghiờn cứu và ứng dụng polyme ưa nước cũn rất nhiều tiềm năng, cần cú sự quan tõm, đầu tư thớch đỏng của Nhà nước, cỏc nhà khoa học, doanh nghiệp. Thụng qua đú, chỳng ta vừa cú thể nõng cao trỡnh độ khoa học, vừa làm chủ cụng nghệ, thỳc đẩy sản xuất phỏt triển, tạo ra được những sản phẩm cú chất lượng và giỏ thành cạnh tranh, hạn chế nhập khẩu, đem lại hiệu quả kinh tế, đỏp ứng nhu cầu phỏt triển của đất nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tiếng việt
[1]. Đặng Kim Chi (2005), Hoỏ học mụi trường, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [2]. Khoa húa, Trường ĐH cụng nghiệp Hà nội – Giỏo trỡnh Húa phõn tớch định lượng.
[3]. Nguyễn Văn Khụi (2007), Polyme ưa nước húa học và ứng dụng, Nhà xuất bản khoa học tự nhiờn và cụng nghệ.
[4]. Nguyễn Hữu Phỳ – 2003, Húa lý và húa keo, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[5]. Nguyễn Thanh Tựng, Phạm Thị Thu Giang, Nguyễn Thị Hường, Nguyễn Văn Khụi, Phạm Thị Thu Hà (2010), Tạp chớ phõn tớch Húa, Lý, Sinh học, 15(1), 32-35 [6]. PGS.TS.Đặng Đỡnh Kim, PGS.TS Lờ Văn Cỏt và cỏc cộng sự (2002), Đề tài: Nghiờn cứu cụng nghệ xử lý nước thải cụng nghiệp chứa kim loại nặng ( Pb, Hg, Ni, Cr, Cu) bằng phương phỏp hoỏ học và sinh học.
[7]. Trần Văn Nhõn, Ngụ Thị Nga (2002), Giỏo trỡnh cụng nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản KHKT.
[8]. Trịnh Thị Thanh (2000), Độc học, Mụi trường và Sức khỏe con người. NXB Đại học quốc gia Hà Nội.
[9]. Tuyển tập bỏo cỏo khoa học tại hội nghị mụi trường toàn quốc năm (1998).
2. Tiếng anh
[9]. Abd-El-Aziz A., Carraher C., Pittman C. and Zeldi M., (2005), Macromolecules containing metal and metal- link elements, JohnWilery & Sons, Inc., USA 5,8.
[10]. Ahmed I., Ghonaim A., Abdel Hakim A., Moustafa M. and Kamal El-Din A., (2008), Synthesis and characterization of polymers for removing of some heavy metal ions of industrial wastewater, J. Applied Sciences Research,(4), 1946 - 1958.
[11]. Atiq Malik, Hao Liu, (2013), Industrial polymer effluent treatment by chemical coagulation and flocculation Original Research Article, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 1, Pages 684-689 .
[12]. Atkins P., Overton T., Rourk J., Weller M., Spiro T. and Stiefel E.,( 2006), Shriver and Atkins Inorganic Chemistry, Freeman, W and company, New Yourk, 220-224, 460-472.
[13]. Baeurle S., (2009), Multiscale modelling of polymer materials using field - theoretic methodologies: a survey about recent developments, J. Mathematical Chemistry, (46), 363–426.
[14]. B. L. RIVAS (1999), “Water-Soluble Copolymers of 1-Vinyl-2-pyrrolidone and Acrylamide Derivatives: Synthesis, Characterization, and Metal Binding Capability Studied by Liquid-Phase Polymer-Based Retention Technique” Journal of Applied Polymer Science, Vol. (72), 741–750.
[15]. Chuh-Yean Chen et al (2007), “ Removal of heavy metal ions by a chelating resin containing glycine as chelating groups”, Separation and Purification Technology, (54), 396–403.
[16]. Environmental Water (2013), Wastewater Treatment by Biological Methods, ,Pages 179-204
[17]. Fu F., Chen R. and Xiong Y., (2006), Application of NMR spectroscopy to the study of equilibrium dynamics of uranyl(2+)-fluoride complexes, J. Separation and Purification Technology, (52), 388-393.
[18]. Jacek A. Wiśniewski, Małgorzata Kabsch-Korbutowicz, Sylwia Łakomska, (2011), Donnan dialysis and electrodialysis as viable options for removing bromates from natural water, Desalination, Volume 281, Pages 257-262
[19]. Kiefer R. and Holl W., (2001), Sorption of heavy metals onto selective ion exchange resins with aminophosphonate functional groups, J. Industrial & Engineering Chemistry Research, (40), 4570-4576.
[20]. Kaliyappan T. and Kannan P., (2000), Coordination polymers, J. Progress in Polymer Science, (25), 343-370.
[21]. Li C., Cheng C., Choo K, and Yen W., (2008), Polyelectrolyte enhanced ultrafiltration (PEUF) for the removal of Cd(II): Effects of organic ligands and solution pH, J. Chemosphere, (72), 630-635.
[22]. Moloney M., (2008), Functionalized polymers by chemical surface modification, J. Physics D: Applied Physics, (41), 1-9.
[23]. Micio M., Albu A., Mateescu C., Voicu G., Rusen E., Marculescu B. and Mutihac L., (2007), New polymeric structures designed for tremoval of Cu(II) ions from aqueous solutions, J. Applied Science, (103), 1397-1405.
[24]. Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung, Pham Thi Thu Ha, Trinh Duc Cong (2006), Advances in Natural Sciences, 7(2), 131 -135.
[25]. Painter P., and Coleman M., (1997), Fundamentals of polymer science, Technomic Publishing Company, Inc, USA. 1,155.
[26]. Rivas B., Villegas S., Ruf B., (2006), Water insoluble polymers containing amine, sulfonic acid, and carboxylic acid group: synthesis, characterization, and metal- ion- retention properties, J. Applied polymer science, (99), 3266- 3274. [27]. Rivas B., Pereira E., Gallegos P., Homper D. and Geckeler K., (2004), Metal ion binding capability of the water-soluble poly (vinyl phosphonic acid) for mono- ,di-, and trivalent cations, J. Applied polymer science, (92), 2917- 2922.
[28]. Reddy K. and Reddy A., (2003), Removal of heavy metal ions using the chelating polymers derived by the condensation of poly(3-hydroxy-4-acetylphenyl methacrylate) eith different diamines, J. Applied Polymer Science, (88), 414- 421.
[29]. Rivas B. and Maureira A., (2007), Poly(2-acrylamido glycolic acid): A water - soluble polymer with ability to interact with metal ions in homogenous phase, J. Inorganic Chemistry Communications, (10), 151–154.
[30] ‘’Removal of copper(II) from aqueous phase by Purolite C100-MB cation
exchange resin in fixed bed columns’’ (2009) Journal of Hazardous Materials,
[31]. S.E. Cunningham, W.A.M. Mcminn, T.R.A. Magee, P.S. Richardson (2008): Effect of processing conditions on the water absorption and texture kinetics of potato,
Journal of Food Engineering, Volume 84, Issue 2, Pages 214-223.
[32]. Shin D., Ko Y., Choi U. and Kim W., (2004), Synthesis and characterization of novel chelate fiber containing amine and amidine groups, J. Polymer for Advanced Technologies, (15), 459-466.
[33]. Samal S., Das R., Dey R. and Acharya S., (2000), Chelating resins VI:Chelating resins of formaldehyde condensed phenolicSchiff bases derived from 4,4–diaminodiphenyl ether with hydroxybenzaldehydes—synthesis, characterization, andmetal ion adsorption studies, J. Applied Polymer Science,
(77), 967–981.
[34]. The complete book on – Water soluble polymer.
[35]. Tjoon Tow Teng, Sook San Wong, Ling Wei Low, (2014) Coagulation– Flocculation Method for the Treatment of Pulp and Paper Mill Wastewater,
The Role of Colloidal Systems in Environmental Protection, Pages 239-259.
[36]. Taek Seung Lee, Dong Won Jeon (2001) , “Formation of Metan Complex in a Poly(hidroxamic axit) Resin Bead”, Fibers and Polymers, vol.2, no. 1, p.13 – 17. [37]. Weiwei Wang, “Separation and purification of scandium by solvent extraction and related technologies”, (wileyonlinelibrary.com) DOI 10.1002/jctb.2655.
[38]. Xu Ying (2006), “Experimental research on heavy metal wastewater treatment with dipropyl dithiophosphate”, Journal of Hazardous Materials B137, 1636–1642. [39]. Zander N., (2009), Chelating polymers and environmental remediation, Army Research Laboratory, CR-0623.
[40]. Zander N., (2009), Chelating polymers and environmental remediation, Army Research Laboratory, CR-0623.