6. Cấu trúc luận vă n
3.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+ ban đầu đến khả năng
năng hấp phụ
Điều kiện tiến hành:
- Nồng độ dung dịch Ni2+ thay đổi từ 20 ÷ 180 (mg/l).
- Tỉ lệ rắn/ lỏng là 35/300 (w/v) đối với ion Ni2+; 30/300(w/v) đối với ion Cu2+
- Tốc độ chảy là 0,4 ml/phút đối với ion Ni2+, 0,6 ml/phút đối với ion Cu2+.
- pH = 4 qua cột chitosan/than hoạt tính đối với ion Ni2+, pH = 2 qua cột chitosan/than hoạt tính đối với ion Cu2+đã được chuẩn bịở trên.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+ ban đầu đến khả
năng hấp phụđược trình bày ở bảng 3.27, hình 3.31 và hình 3.32.
Bảng 3.27. Kết quảảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+ , Cu2+ ban đầu đến khả
năng hấp phụ Dung dịch Ni2+ Dung dịch Cu2+ S T T Ci (mg /l) Cf (mg/l) H (%) q Cf /q Cf (mg/l) H (%) q Cf /q 1 20 5,321 73,40 0,126 42,291 3,812 80,94 0,162 23,548 2 50 15,315 69,37 0,297 51,514 11,431 77,14 0,386 29,638 3 80 31,342 60,82 0,417 75,148 32,835 58,96 0,472 69,617 4 100 40,243 59,76 0,512 78,568 42,983 57,02 0,570 75,386 5 120 53,074 55,77 0,574 92,520 51,636 56,97 0,684 75,531 6 150 71,743 52,17 0,671 106,956 79,542 46,97 0,705 112,893 7 180 108,462 39,74 0,613 176,884 109,412 39,22 0,706 155,001
Hình 3.31. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+, Cu2+ ban đầu
đến hiệu suất hấp phụ
Hình 3.32. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+ Cu2+ban đầu đến tải trọng hấp phụ
Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.27, đồ thị hình 3.31 và hình 3.32, chúng tôi thấy khi nồng độ Ni2+ tăng lên thì tải trọng hấp phụ tăng lên một cách gần như
tuyến tính và hiệu suất hấp phụ giảm. Nguyên nhân là khi tăng nồng độ Ni2+, Cu2+ trong cùng một thể tích thì lượng ion kim loại tăng lên đó tải trọng hấp phụ tăng lên. Hiệu suất hấp phụ giảm do lượng ion kim loại hấp phụ trên cùng một khối lượng VLHP đã đạt cân bằng và một phần nhỏ chưa được hấp phụ đã chảy ra khỏi cột hấp phụ.
Nồng độ ion ban đầu (mg/l)
ØXác định tải trọng hấp phụ cực đại
Từ các số liệu thu được khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ ion Ni2+, Cu2+ lên chitosan/ than hoạt tính ta tính toán các giá trị q, Cf, Cf/q để xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir. Từ đó xác định tải trọng hấp phụ cực đại.
Kết quả được trình bày ở hình 3.33 và hình 3.34:
Hình 3.33. Dạng tuyến tính của phương trình hấp phụđẳng nhiệt Langmuir của ion Ni2+
Hình 3.34. Dạng tuyến tính của phương trình hấp phụđẳng nhiệt Langmuir của ion Cu2+
Nhận xét: Nhìn vào đồ thị hình 3.33 và 3.34 cho thấy đại lượng hấp phụ
(Cf/q) tăng dần theo chiều tăng của nồng độ của ion kim loại. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả khá chính xác sự hấp phụ Ni2+, Cu2+ lên chitosan/ than hoạt tính. Điều này thể hiện qua hệ số tương quan R2 = 0,987 của phương trình hồi quy
Cf/q = 1,2786x + 31,23.
Từ phương trình ta xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan/ than hoạt tính: - Đối với ion Ni2+ là qmax = 0,782 (mg/g) 1 Ái lực hấp phụ b = = 0,0409 0,782 x 31,23 - Đối với ion Cu2+ là qmax = 0,782 (mg/g) 1 Ái lực hấp phụ b = = 0,0618 0,8222 x 19,69
3.6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI HẤP PHỤ CỦA VLHP CHITOSAN/THAN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI ION Ni2+
3.6.1.Giải hấp phụ
Điều kiện tiến hành: Cho 9 gam chitosan/than hoạt tính đã hấp phụ ion Ni2+ ở điều kiện tối ưu cho vào bình tam giác có chứa sẵn 200 ml dung dịch axit HCl 0,1 N hoặc dung dịch đệm (có pH = 3, pH = 5). Hỗn hợp được khuấy bằng máy khuấy từ, ở nhiệt độ phòng trong 5 giờ rồi lọc.
Kết quả nghiên cứu giải hấp phụ ion Ni2+ khỏi chitosan/than hoạt tính ở
Bảng 3.28. Kết quả giải hấp phụ ion kim loại Ni2+ từ chitosan/than hoạt tính ở các pH khác nhau STT pH Ci - Cf (mg/l) Cgh (mg/l) Hiệu suất(%) 1 1 32,462 75,50 2 3 23,538 54,74 3 5 42,997 15,642 36,38 Từ bảng 3.28 cho thấy, khả năng giải hấp phụ của ion Ni2+ ra khỏi chitosan/than hoạt tính tương đối dễ dàng và khả năng đó tăng dần theo chiều giảm pH. Điều này được giải thích như sau: phức tạo thành giữa ion kim loại và chitosan/than hoạt tính bền trong môi trường pH cao hơn là pH thấp.
Như vậy: Có thể chọn pH = 1 cho các quá trình giải hấp phụ.
3.6.2. Tái hấp phụ
Điều kiện tiến hành: Tiến hành tái hấp phụ ion kim loại chitosan/than hoạt tính như quá trình hấp phụ với các điều kiện tối ưu đã tìm được là t = 9 giờ, pH = 3, tỉ lệ R/L = 9/100 (w/v), C = 100 (mg/l).
Các kết quả nghiên cứu tái hấp phụ ion kim loại nhiều lần (chu trình hấp phụ - giải hấp phụđược thực hiện 4 lần) thể hiện ở bảng 3.29.
Bảng 3.29. Kết quả khảo sát khả năng tái hấp phụ ion kim loại Ni2+ lên chitosan/than hoạt tính qua các chu trình hấp phụ - giải hấp phụ
STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) q (mg/g) Ban đầu 57,003 43,00 0,478 Lần 1 64,854 35,15 0,391 Lần 2 70,212 29,79 0,331 Lần 3 81,249 18,75 0,208 Lần 4 100 87,645 12,36 0,137
Hình 3.35. Khả năng tái hấp phụ ion kim loại Ni2+ lên chitosan/than hoạt tính
Từ bảng 3.29 và hình 3.35 cho thấy sau khi giải hấp phụ ion kim loại Ni2+ ra khỏi chitosan/than hoạt tính rồi tiến hành tái hấp phụ ion kim loại Ni2+ thì khả năng hấp phụ của chitosan/than hoạt tính giảm dần. Tải trọng hấp phụ
ion Ni2+ của chitosan/than hoạt tính sau 4 lần thực hiện chu trình hấp phụ - giải hấp phụ giảm 71,34% so với lần hấp phụđầu tiên.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã đạt được một số kết luận như sau:
1. Điều kiện tốt nhất cho quá trình tách chitin từ vỏ tôm thẻ:
- Quá trình loại protein: dung dịch NaOH 5%, tỷ lệ w/v= 1/9, nhiệt độ
800C, thời gian xử lý 3 giờ.
- Quá trình loại khoáng: dung dịch HCl 10%, tỷ lệ w/v =1/5, thời gian xử
lý là 8 giờ.
- Xác định hàm lượng chitin trung bình trong vỏ tôm thẻ: 23,36%.
2. Điều kiện tốt nhất cho quá trình deaxetyl hoá chitin thành chitosan
ứng với tỷ lệ w/v= 1/10:
- Dung dịch NaOH 50%, nhiệt độ đun 900C, thời gian xử lý 9 giờ.
- Hiệu suất của quá trình deaxetyl hoá chitin thành chitosan ứng với điều kiện đã khảo sát ở trên: 67,04%
- Chitosan điều chế có chất lượng như sau: độ ẩm: 10,08%; lượng tro: 0,155%; hàm lượng chất không tan: 5,27 %
3. Điều chế được VLHP chitosan/ than hoạt tính với điều kiện tốt nhất: dung dịch CH3COOH 2%, tỷ lệ chitosan/dd CH3COOH là 3/100, thời gian ngâm 25 phút thu được sản phẩm với hiệu suất điều chế đạt 59,54%.
4. Điều kiện tối ưu để hấp phụ ion kim loại lên VLHP chitosan/than hoạt tính:
+ Đối với quá trình hấp phụ bể Cu2+: thời gian 12 giờ; pH là 2; tỉ lệ rắn lỏng là 11 /100 dung dịch Cu2+ 20mg/l, nồng dộ dung dịch Cu2+ ban đầu 100mg/l. Và khi sử dụng đồng thời các điều kiện tải trọng hấp phụ cực đại Cu2+ là qmax = 0,641 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 0,042.
+ Đối với quá trình hấp phụ bể Ni2+: thời gian khuấy 9 giờ; pH tối ưu là 3; tỉ lệ rắn lỏng 9 /100ml dung dịch Ni2+ 20mg/l, nồng dộ dung dịch Cu2+ ban
đầu 100mg/l. Và khi sử dụng đồng thời các điều kiện trên tải trọng hấp phụ cực đại Ni2+ là qmax = 0,692 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 0,0342. + Đối với quá trình hấp phụ cột Cu2+: vận tốc dòng tối ưu là 0,6ml/phút, pH =2; tỉ lệ rắn lỏng 30 /300ml với nồng độ dung dịch Cu2+ là 20mg/l thì tải trọng hấp phụ cực đại qmax = 0,822 và ái lực hấp phụ b = 0,0618. + Đối với quá trình hấp phụ cột Ni2+: vận tốc dòng tối ưu là 0,4ml/phút, pH = 4; tỉ lệ rắn lỏng 35/300ml với nồng độ dung dịch Ni2+ là 20mg/l thì tải trọng hấp phụ cực đại qmax = 0,782 và ái lực hấp phụ b =0,041.
5. Xác định được VLHP chitosan/than hoạt tính sau khi tái sinh có khả
năng tái hấp phụ ion kim loại.
Kiến nghị
Do thời gian và điều kiện có hạn, đề tài chưa nghiên cứu sâu khả năng hấp phụ của VLHP chitosan/than hoạt tính. Vì vậy, chúng tôi đề xuất kiến nghị sau:
Tiếp tục nghiên cứu quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng khác trên VLHP chitosan/than hoạt tính để từ đó đánh giá được khả năng hấp phụ của nó một cách hoàn thiện và tối ưu.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP chitosan/than hoạt tính đối với ion kim loại nặng trong nước thải công nghiệp để có thể đưa vào xử lý nước thải cho các nhà máy, góp phần bảo vệ môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1] Trần Thanh Biển (2006), Điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm và nghiên cứu ứng dụng xử lý ô nhiễm Cu2+ và Cd2+ trong nước, Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm, Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng. [2] Lưu Văn Chính, Ngô Thị Thuận, Phạm Lê, Phạm Hữu Điển, Châu Văn
Minh (2001), “Xác định độ deacetyl hoá của chitosan bằng phương pháp 1H-NMR và IR”, Tạp chí hoá học,39(1), tr.45 – 48.
[3] Phạm Lê Dũng, Nguyễn Thị Đông, Phạm Thị Mai, Lê Thanh Sơn, “Một số đóng góp và ứng dụng của chitin, chitosan”, Tuyển tập các kết quả NCKH viện Hóa học, tr.114 – 121, 2001.
[4] Trần Thái Hoà (2005), “Nghiên cứu các yếu tốảnh hưởng đến quá trình deacetyl và cắt mạch chitin để điều chế glucosamine”, Tạp chí khoa học Đại học Huế, (27), tr.1-6.
[5] Trần Thái Hòa, Nguyễn Thị Ái Nhung (2007), Nghiên cứu điều chế
chitin/chitosan tan trong nước và khảo sát khả năng hấp phụ CdII của chitosan, Luận văn thạc sĩ hóa học, Đại học Sư phạm Huế. [6] Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, In lần thứ 2
có sữa chửa và bổ sung, Nhà xuất bản đại học Quốc gia Hà Nội. [7] Trần Mạnh Lục (2008), Hóa học các hệ phân tán keo, Lưu hành nội bộ,
Đà Nẵng.
[8] Trần Thị Luyến (2004), Sản xuất Chitin – Chitosan từ phế liệu chế biến thuỷ sản (vỏ tôm, vỏ ghẹ), Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử
nghiệm cấp bộ, trường Đại học Thuỷ sản Nha Trang.
[9] Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện đại, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm Hà Nội.
[10] Nguyễn Thị Thùy Trang (2001) , Nghiên cứu sử dụng Chitosan chiết tách từ vỏ tôm làm tác nhân hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Đà Nẵng. [11] Nguyễn Bá Trung (2008), Nghiên cứu tách chitin-chitosan từ vỏ tôm, nang
mực và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước, Báo cáo khoa học, Đại học Đà Nẵng.
[12] XI. Venexki (1970), Những câu chuyện về kim loại, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
TIẾNG ANH
[13] Mohamed E. I. Badawy and Entsar I. Rabea (2011), A Biopolymer Chitosan and Its Derivatives as Promising Antimicrobial Agents against Plant Pathogens and Their Applications in Crop Protection, Alexandria University and Damanhour University, Egypt.
[14] E.C. Dreyer (2006), Characterization of electrodeposited chitosan films by atomic force microscopy and Raman spectroscopy, Masters of Science, University of Maryland, College Park, USA.
[15] Pradip Kumar Dutta (2004), “Chitin and chitosan: Chemistry, Properties and applications”, Journal of Scientific & Industrial Research, 63, pp. 20-31.
[16] M.N.V.R. Kumar (2000), “A review of chitin and chitosan applications”, Reactive & Functional Polymers, 46, pp.1-27.
[17] S.T. Lee, F.L. Mi, Y.J. Shen, S.S. Shyu (2001), “Equilibrium and kinetic studies of copper(II) ion uptake by chitosan-tripolyphosphate chelating resin”, Polymer, 42, pp. 1879-1892.
WEBSITE [18] http://edu.go.vn/e-tap-chi/tin/9/90/6446/chitosan-tong-quan,-nghien-cuu, -ung-dung.html [19] http://vi.wikipedia.org/wiki/Than_hoat_tinh. [20] http://vi.wikipedia.org/wiki/Niken. [21] http://vi.wikipedia.org/wiki/Đong. [22] http://luanvan.co/luan-van/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-lam-vat- lieu-hap-phu-xu-ly-amoni-va-kim-loai-nang-trong-nuoc-36484/ [23] http://luanvan.co/luan-van/de-tai-phuong-phap-quang-pho-hap-thu- nguyen-tu-aas-trong-kiem-nghiem-duoc-pham-45762/ [24] http://vi.wikipedia.org/wiki/Tôm_thẻ_chân_trắng [25] http://text.123doc.org/document/2217665-nghien-cuu-thuy-phan- protein-trong-phe-lieu-dau-tom-bang-enzyme-alcalase-va- protamex-danh-gia-kha-nang-chong-oxi-hoa-cua-dich-thuy- phan.htm