Quá trình hấp phụ của vật liệu GO – PPy được tiến hành ở điều kiện: nồng độ ion kim loại ban đầu 50 mg/l, khối lượng vật liệu 20 mg, pH 2. Trong luận văn, lựa chọn HCl 0,1M để loại bỏ ion kim loại nặng đã hấp phụ. Sản phẩm sau đó được
y = 0.0084x + 0.0461 R² = 0.9968 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 t/Q t
sấy ở 60C, tiếp đó vật liệu được đánh giá khả năng tái sử dụng cho các lần thử
nghiệm tiếp theo, độ hao hụt khối lượng của vật liệu gần như không đáng kể. Kết quả được thể hiện trên trong bảng 3.15.
Bảng 3.15. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu GO – PPy sau 3 lần tái sử dụng Tái sử dụng 0 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Cd2+ Qe (mg/g) 116,03 114,68 109,93 108,60 H 92,82 91,74 87,94 86,88 Pb2+ Qe (mg/g) 113,13 105,43 102,63 100,80 H 90,50 84,34 82,10 80,64
Từ bảng 3.15 có thể thấy hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ giảm không nhiều qua mỗi lần tái sử dụng. Như vậy, có thể thấy vật liệu GO – PPy có hoạt tính cao và độ bền của vật liệu tốt. Điều này được chứng minh qua ba lần tái sử dụng. (a) Cd2+ 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Sau HP TS1 TS2 TS3 Qe (mg/g) H (%)
(b) Pb2+
Hình 3.14. Hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng đối với (a) Cd2+ và (b) Pb2+
3.4. Đánh giá khả năng xử l đối với một số mẫu nƣớc sông hồ
Do nồng độ của Cd2+ và Pb2+ trước và sau quá trình hấp phụ trong mẫu nước sông Lừ, sông Kim Ngưu và hồ Thanh Nhàn rất nhỏ và nằm ngoài giới hạn phân tích định lượng của phương pháp điện hóa nên phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS) được sử dụng để đánh giá kết quả thí nghiệm nghiên cứu hấp phụ của vật liệu hấp phụ với mẫu thực tế. Kết quả được tổng hợp trong bảng 3.16.
Bảng 3.16. Kết quả phân tích hàm lƣợng cadimi và chì trong mẫu mơi trƣờng trƣớc và sau quá trình hấp phụ
Ion Kim
loại Mẫu Trƣớc quá trình hấp phụ (µg/l)
Sau q trình hấp phụ (µg/l) Hiệu quả hấp phụ (%) Cd2+ M1 1,72 KPH ~ 100 M2 1,63 KPH ~ 100 M3 0,92 KPH ~ 100 Pb2+ M1 3,24 KPH ~ 100 M2 2,78 KPH ~ 100 M3 2,80 KPH ~ 100
(Ghi chú: KPH – Không phát hiện được)
80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Sau HP TS1 TS2 TS3 Qe (mg/g) H (%)
Dựa vào các kết quả trên, nhận thấy trong thành phần mẫu nước sông Lừ, sông Kim Ngưu và hồ Thanh Nhàn có chứa ion Cd2+
và Pb2+, tuy nhiên hàm lượng kim loại phân tích đều nhỏ hơn ngưỡng quy định trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt theo QCVN 08:2015/BTNMT. Kết quả phân tích cho thấy sau khi hấp phụ, khơng phát hiện được Cd2+ và Pb2+ có trong mẫu, hiệu quả xử lý đạt 100%.
Tuy nhiên, do nồng độ Cd2+ và Pb2+ trong mẫu trước khi hấp phụ rất nhỏ nên chưa thể đánh giá chính xác khả năng xử lý của vật liệu.
K T LUẬN VÀ KI N NGH Kết luận:
1. Đã tổng hợp thành công GO từ graphit bằng phương pháp Hummer và vật liệu nanocompozit GO-PPy để hấp phụ Cd2+ và Pb2+. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nanocompozit được khẳng định bằng các phương pháp phân tích đặc trưng cấu trúc: SEM, EDX và FT-IR.
2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của các ion Cd2+, Pb2+ cho thấy hiệu suất hấp phụ phụ thuộc vào bản chất của chất hấp phụ, trong đó vật liệu nanocompozit GO – PPy có khả năng hấp phụ tốt nhất phụ thuộc vào lượng vật liệu hấp phụ, nồng độ ion kim loại ban đầu và thời gian hấp phụ. Ở điều kiện hấp phụ tối ưu: lượng vật liệu hấp phụ 20 mg, nồng độ ion kim loại ban đầu 50 mg/l và thời gian hấp phụ 120 phút, hiệu quả hấp phụ đối với Cd2+ là 92,82% và đối với Pb2+ là 90,50%.
3. Sự hấp phụ Cd2+ tn theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich. Sự hấp phụ Pb2+ trên vật liệu nanocompozit tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich. Hằng số hấp phụ Freundlich đặc trưng cho khả năng hấp phụ của hệ đối với Cd2+ và Pb2+ lần lượt là 31,960 và 84,977 (mg/g)(l/mg)1/n. Quá trình hấp phụ của các ion kim loại tn theo mơ hình động học bậc 2: Tốc độ hấp phụ của vật liệu tại thời điểm t phụ thuộc vào bình phương dung lượng đã hấp phụ của vật liệu hấp phụ. Dung lượng hấp phụ Qe tính tốn từ phương trình lần lượt là 133,3 mg/g đối với Cd2+ và 119,1 mg/g đối với Pb2+.
4. Kết quả tái sử dụng vật liệu sau 3 lần cho thấy hiệu quả xử lý và dung lượng hấp phụ giảm khơng nhiều. Như vậy, có thể thấy vật liệu GO – PPy có hoạt tính cao và độ bền của vật liệu tốt. Đã sử dụng vật liệu nanocompozit GO – PPy để hấp phụ ion Cd2+ và Pb2+ đối với một số mẫu nước sông hồ.
Kiến nghị
1. Cần nghiên cứu khảo sát các điều kiện khác ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu: tỉ lệ GO/PPy, khả năng tổng hợp với vật liệu nano sắt từ để tăng khả năng thu hồi vật liệu bằng từ tính, nâng cao hiệu quả hấp phụ và tái sử dụng nanocompozit chế tạo được.
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion có trong dung dịch đối với khả năng hấp phụ Cd2+ và Pb2+ bằng vật liệu đã nghiên cứu.
3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng xử lý đối với một số loại mẫu nước tự nhiên khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lý, NXB Đại học Quốc gia
Hà Nội.
2. Nguyễn VănKhánh, Phạm Văn Hiệp (2009), "Nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng cadimi (Cd) và chì Pb của lồi hến (Corbicula SP.) vùng cửa sông ở thành phố Đà Nẵng",Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng.
3. Hồng Nhâm (2006), Hóa học vơ cơ, Tập 2, NXB Giáo dục. 4. Hoàng Nhâm (2006), Hóa học vơ cơ, Tập 3, NXB Giáo dục.
5. Nguyễn Hữu Phú (2006), Giáo trình Hóa lý và Hóa keo, NXB Khoa học và kỹ thuật.
6. Trần Thị Phương (2012), Phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng
trong một số nhóm sinh vật tại hai hồ Trúc Bạch và Thanh Nhàn của Thành phố Hà Nội, Luận văn thạc sĩ Sinh thái học,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
7. Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học, môi trường và sức khỏe con người, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
8. QCVN 08-MT:2015/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
Tiếng Anh
9. Cadmium in Drinking-water,WHO Guidelines for Drinking-water Quality. 10. Asuquo, E., et al. (2017), Adsorption of Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous solutions using mesoporous activated carbon adsorbent: Equilibrium, kinetics and characterisation studies. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(1), pp. 679-698.
11. Bablu Alawa, et al. (2015), Adsorption of Heavy Metal Pb (II) from Synthetic Waste Water by Polypyrrole composites International Journal of Chemical Studies.
12. Balint, R., N.J. Cassidy, and S.H. Cartmell (2014), Conductive Polymes: towards a smart biomaterial for tissue engineering. Acta Biomater, 10(6), pp.
2341-53.
13. Bard, A.J. and L.R. Faulkner (2001), Electrochemical methods: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, Inc.
14. Baride, M.V., et al. (2012), Evaluation of the heavy- metal contamination in surface/ground water from some parts of Jalgaon District, Maharashtra, India.
Scholars Research Library.
15. Dreyer, D.R., et al. (2010), The chemistry of graphene oxide. Chem Soc Rev, 39(1), pp. 228-40.
16. Fenglian Fu, Q.W. (2011), Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review. J Environ Manage, 92(3), pp. 407-18.
17. Guerrero-Contreras, J. and F. Caballero-Briones (2015), Graphene oxide powders with different oxidation degree, prepared by synthesis variations of the Hummers method. Materials Chemistry and Physics, 153 pp. 209-220.
18. Gupta, V.K., et al. (2015), Nanoparticles as Adsorbent; A Positive Approach for Removal of Noxious Metal Ions: A Review. Science, Technology and
Development, 34(3), pp. 195-214.
19. H. N. M. Ekramul Mahmud, S.H.a.R.B.Y. (2014), Polyme adsorbent for the removal of lead ions from aqueous solution. International Journal of Technical Research and Applications.
20. Hosseini, S., et al. (2015), Polypyrrole conducting Polyme and its application in removal of copper ions from aqueous solution. Materials Letters,
149 pp. 77-80.
21. Hummers, W.S. and R. E.Offeman (1958), Preparation of Graphitic Oxide
Journal of the American Chemical Society, 80(6).
22. Kadirvelu, K. (2001), Removal of heavy metals from industrial wastewaters by adsorption onto activated carbon prepared from an agricultural solid waste.
23. Kikuchi, T., et al. (2009), Assessment of heavy metal pollution in river water of Hanoi, Vietnam using multivariate analyses. Bull Environ Contam Toxicol, 83(4), pp. 575-82.
24. Lakherwal, D. (2014), Adsorption of Heavy Metals: A Review.
International Journal of Environmental Research and Development, Vol. 4, pp. 41-
48.
25. Liu, M., et al. (2011), Synthesis of Magnetite/Graphene Oxide Composite and Application for Cobalt(II) Removal. The Journal of Physical Chemistry C,
115(51), pp. 25234-25240.
26. M.Saeed, S. and I. M.Shaker (2008), Assessment of heavy metals pollution in water and sediments and their effect on Oreochromis Niloticus in the Northern Delta lakes, Egypt. 8th International Symposium on Tilapia in Aquaculture.
27. Moo, J.G., et al. (2014), Graphene oxides prepared by Hummers', Hofmann's, and Staudenmaier's methods: dramatic influences on heavy-metal-ion adsorption. Chemphyschem, 15(14), pp. 2922-9.
28. Neeta Singh and D.S.K. Gupta (2016), Adsorption of Heavy Metals: A Review. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and
Technology, Vol. 5(Issue 2).
29. Ramirez, E., et al. (2011), Use of pH-sensitive Polyme hydrogels in lead removal from aqueous solution. J Hazard Mater, 192(2), pp. 432-9.
30. Ren, X., et al. (2011), Carbon nanotubes as adsorbents in environmental pollution management: A review. Chemical Engineering Journal, 170(2-3), pp.
395-410.
31. Sagit Varma, D.S., Sagrar Wakale (2013), Removal of Nickel from Waste Water Using Graphene Nanocomposite. International Journal of Chemical and Physical Sciences, Vol. 2.
32. Samiey, B., C.-H. Cheng, and J. Wu (2014), Organic-Inorganic Hybrid Polymes as Adsorbents for Removal of Heavy Metal Ions from Solutions: A Review. Materials, 7(2), pp. 673-726.
33. Sitko, R., et al. (2013), Adsorption of divalent metal ions from aqueous solutions using graphene oxide,Dalton Trans, 42(16), pp. 5682-9.
34. Sochr, J., et al. (2016), Heavy metals determination using various in situ bismuth film modified carbon-based electrodes. Acta Chimica Slovaca, 9(1).
35. Stafiej, A. and K. Pyrzynska (2007), Adsorption of heavy metal ions with carbon nanotubes. Separation and Purification Technology, 58(1), pp. 49-52.
36. Vinh, N.C. and N.D. Minh (2012), Potential Environment and Public Health Risk Due to Contamination of Heavy Metals from Industrial Waste Water in Lam Thao, Phu Tho, Vietnam. American Journal of Environmental Sciences.
37. Wildgoose, G.G., et al. (2005), Chemically Modified Carbon Nanotubes for Use in Electroanalysis. Microchimica Acta, 152(3-4), pp. 187-214.
38. Wu, W., et al. (2012), Highly Efficient Removal of Cu(II) from Aqueous Solution by Using Graphene Oxide. Water, Air, & Soil Pollution, 224(1).
39. Xuetong Zhang, J.Z., Wenhui Song and Zhongfan Liu (2006), Controllable Synthesis of Conducting Polypyrrole Nanostructures. American Chemical Society,
Vol. 110, pp. 1158-1165.
40. Zare, E.N., M.M. Lakouraj, and A. Ramezani (2015), Effective Adsorption of Heavy Metal Cations by Superparamagnetic Poly(aniline-co-m- phenylenediamine)@Fe3O4Nanocomposite. Advances in Polyme Technology,
34(3).
41. Zhao, G., et al. (2011), Few-layered graphene oxide nanosheets as superior sorbents for heavy metal ion pollution management. Environ Sci Technol, 45(24),
pp. 10454-62.
42. Zhu, J., et al. (2011), One-Pot Synthesis of Magnetic Graphene Nanocomposites Decorated with Core@Double-shell Nanoparticles for Fast Chromium Removal. Environmental Science & Technology, 46(2), pp. 977-985.
43. Kefala, G. and A. Economou (2006), Polyme-coated bismuth film electrodes for the determination of trace metals by sequential-injection analysis/anodic stripping voltammetry. Anal Chim Acta, 576(2), pp. 283-9.
44. Lee, Y.-C. and J.-W. Yang (2012), Self-assembled flower-like TiO2 on exfoliated graphite oxide for heavy metal removal. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18(3), pp. 1178-1185.
45. Rahmatollah Rahimi, R.Z., Dorabei, Asgar Koohi, Solmaz Zargari Synthesis of graphene oxide-porphyrin nanocomposite and its application in removal of toxic metals.
46. Xu, H., et al. (2008), A Nafion-coated bismuth film electrode for the determination of heavy metals in vegetable using differential pulse anodic stripping voltammetry: An alternative to mercury-based electrodes. Food Chem, 109(4), pp. 834-9.
PHỤ LỤC
Một số hình ảnh trong q trình thí nghiệm
Tổng hợp GO theo phương pháp Hummer
A
B
Đáp ứng của điện cực GCE/BiNPs đối với Cd2+
(A) và Pb2+(B) ở các nồng độ dung dịch khác nhau -1.250 -1.000 -0.750 -0.500 -0.250 0 -4 0.025x10 -4 0.050x10 -4 0.075x10 -4 0.100x10 -4 0.125x10 -4 0.150x10 -4 0.175x10 -4 0.200x10 E / V i / A y = 0.0525x + 0.2605 R² = 0.9973 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 100 200 300 400 I( µ A) C(µg/l) DPV in Pb ABS pH4.5 07.10.2017 10/7/2017 3:24:28 PM -0.943 -0.843 -0.743 -0.643 -0.543 -0.443 -0.343 -0.243 -0.143 -5 0.140x10 -5 0.240x10 -5 0.340x10 -5 0.440x10 -5 0.540x10 -5 0.640x10 -5 0.740x10 E / V i / A y = 0.0432x - 1.6592 R² = 0.9933 0 1 2 3 4 5 6 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 I( µ A) C(µg/l)
Phân tích nồng độ kim loại sử dụng phương pháp điện hóa