CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
3.1. Các đặc trƣng cơ bản của vật liệu
3.1.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ ti aX
o Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMM-C11; d. FMM-C21; e. FMM-C31
Từ giản đồ trên, ta thấy vật liệu chitosan tồn tại dưới dạng vơ định hình. Các vật liệu cịn lại tồn tại dưới dạng tinh thể, có thành phần phần trăm Fe3O4 lần lượt là 90%; 65%; 68% và 70%.
3.1.4. Xác định đường cong từ hóa và từ độ bão hịa
Các mẫu vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 đã được phân tích bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Các kết quả được thể hiện trong hinh 3.4.
pHình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d. FMM-C31
Từ kết quả chụp phổ cho thấy từ độ bão hòa của các vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 lần lượt là 72; 37.8; 24; 16 emu/g.
Khi từ độ bão hịa thấp, vật liệu sẽ khó lắng, khi từ độ bão hào cao cần sử dụng lực khuấy lớn để phân tán các hạt trong môi trường nước. Do đó, từ độ thích hợp nằm trong khoảng 10-20 emu/g. Do đó, chúng tơi chọn vật liệu FMM-C31 làm vật liệu hấp phụ.
Hinh qHình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a. FMM-C11; b. FMM-C21; c. FMM-
C31.
Diện tích bề mặt riêng vật liệu FMM-C11, FMM-C21và FMM-C31 lần lượt là 3,89; 0,645; 0,081 m2/g.
Dễ nhận thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ (với thang p/po tuyến tính) của vật liệu có dạng giống với kiểu IV theo IUPAC.
Điều này cho phép dự đoán tất cả các vật liệu nghiên cứu trên thuộc loại vật liệu có kích thước mao quản trung bình.
3.1.6. Đánh giá khả năng lắng của vật liệu
Cân 5 g vật liệu, cho vào ống đong hình trụ 150 ml nước cất, lắc đều. Sau các khoảng thời gian định trước thì lấy 10 ml mẫu ở khoảng giữa dung dịch để đo độ đục và xác định độ lắng. Lặp lại thí nghiệm cho đến khi vật liệu gần như lắng hết. Làm thí nghiệm lần lượt với các vật liệu .
Bảng ５Bảng 3.1. Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu Thời gian Thời gian (phút) FMM11 FMM21 FMM31 Chitosan thô Chitosan oligome Chitosan polime 0 548 108 132 968 864 1410 1 282 34,8 34,9 508 524 336 5 90,3 13,3 9,02 264 486 235 10 45,4 7,2 6,71 180 466 177 15 32,5 6,04 6,03 166 451 169 20 23,5 5,15 5,9 155 425 152 30 12,8 3,31 4,86 123 408 91,9 60 3,95 1,75 3,36 77 359 43,4 Thời gian lắng (phút)
Hinh rHình 3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệu
Từ những kết quả trên, ta có thể kết luận được vật liệu FMM-C31 có độ đục thấp và thời gian lắng nhanh.
3.1.7. So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 500 mg/L lần lượt trong 3 bình tam giác với 3 loại vật liệu là FMM-C11, FMM-21 và FMM-C31 trong vòng 180 phút. Giữ nguyên pH, đo và ghi lại giá trị pH. Lấy một lượng mẫu nhất định đem đi lọc, đo độ hấp phụ quang.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.2.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 20 40 60 80 FMM11 FMM21 FMM31 Chitosan thô chitosan oligome chitosan polime Độ đụ c ( NTU)
Bảng Bảng ６Bảng 3.2. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM- C11, FMM-C21 và FMM-C31 Co(mg/l) Ct(mg/l) Qt (mg/g) FMM-C11 500 322 17,8 FMM-C21 500 129,6 37,04 FMM-C31 500 42,4 45,76
Từ phương trình đường chuẩn, ta tính được nồng độ alizarin vàng G còn lại lần lượt là 322 mg/L; 129,6 mg/L và 42,4 mg/L. Kết quả trên cho thấy, vật liệu FMM-C31 có khả năng hấp phụ alizarin vàng G tốt nhất.
3.2. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ cơ bản sử dụng vật liệu chitosan/oxit sắt từ FMM-C31
Trên cơ sở thực nghiệm đã lựa chọn và biện luận trong mục 3.1. Chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu với quy trình và cách tiến hành như đã nêu ở trên và dùng vật liệu FMM-C31 để khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu alizarin vàng G và metyl đỏ.
3.2.1. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật liệu hấp phụ FMM-C31 hấp phụ FMM-C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối với phẩm màu metyl đỏ
Lấy 1 g vật liệu FMM-C31 khuấy trong 100 ml dung dịch metyl đỏ 20 mg/L (Co). Sau các khoảng thời gian khác nhau, lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem đi đo quang, xác định nồng độ metyl đỏ còn lại trong dung dịch (Ct).
Bảng ７8Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối
với phẩm màu metyl đỏ
T (phút) Co (mg/L) Ct (mg/L) Qt (mg/g) 0 20 19,9 0,001 15 20 11,5 0,85 30 20 6,1 1,39 60 20 3,87 1,61 90 20 3,77 1,62 120 20 3,66 1,63 180 20 3,45 1,66 240 20 3,4 1,66
Hinh sHình 3.7: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
Từ đồ thị hình ta thấy, đối với vật liệu FMM-C31 thời gian từ 0 đến 180 phút. Dung lượng hấp phụ metyl đỏ tăng dần, sau 180 phút dung lượng hấp phụ hầu như không đổi.
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch metyl đỏ 50 mg/L (Co) trong vòng 180 phút, các mẫu được điều chỉnh về các giá trị pH từ 2-8. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH của dung dịch thu được về
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 50 100 150 200 250 300 q t( m g/ g) Thời gian(phút)
quang, xác định nồng độ phẩm màu còn lại trong dung dịch, tính được tải trọng hấp phụ của phẩm màu. Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tìm được hấp phụ cực đại (qmax) của phẩm màu.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.4.
９10Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ vủa vật
liệu pH pH sau Co(mg/L) Ct(mg/L) qt(mg/g) 2 2,36 50 7,05 4,29 4 6,41 50 6,9 4,31 6 7,54 50 8,6 4,1 8 7,79 50 14,35 3,56 10 8,17 50 14,29 3,57
Qua bảng cho thấy đối với metyl đỏ, pH sau khi xử lý đối với pH thấp có xu hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao động xung quanh pH = 7. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 4. Ở pH cao, hiệu suất xử lý độ màu thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch metyl đỏ, có nồng độ ban đầu (Co) khác nhau trong khoảng thời gian 180 phút. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem đi đo quang, xác định nồng độ alizarin vàng G còn lại trong dung dịch (Ct) từ đó tính được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu (mg/g).
Kết quả được trình bày ở bảng 3.5 và hình 3.8; hình 3.9.
１１１２Bảng 3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-
C31
Co(mg/L) Ct(mg/L) qt(mg/g) Ct/qt logCt logqt
0 0 0 0 0 0
10 1,56 0,84 1,85 0,19 0
20 3,45 1,65 2,08 0,54 0,22
30 10,5 1,95 5,38 1,02 0,29
60 40,11 1,99 20,16 1,60 0,30
Hinh tHình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ
Từ đồ thị ta tính được vật liệu FMM-C31 có dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại: qmax=1/0,4898= 2,04 (mg/g).
uHình 3.9 : Đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu FMM-C31 Từ kết quả trên, ta thấy quá trình hấp phụ metyl đỏ của vật liệu FMM-C31 phù Từ kết quả trên, ta thấy quá trình hấp phụ metyl đỏ của vật liệu FMM-C31 phù hợp với phương trình Langmuir hơn.
3.2.2. Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMM-C31 FMM-C31 y = 0.489x + 0.415 R² = 0.997 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 Ct /q t Ct(ppm) y = 0.182x + 0.058 R² = 0.815 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 0.5 1 1.5 2 lo gq t logCt
Lấy 1 g vật liệu FMM-C31 khuấy trong 100 ml dung dịch alizarin vàng G 200 mg/L (Co). Sau các khoảng thời gian khác nhau, lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem dung dịch đi đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ alizarin vàng G còn lại trong dung dịch (Ct).
Kết quả được trình bày ở bảng 3.6 và hình 3.10.
Bảng １３Bảng 3.6. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G T (phút) Co (mg/L) Ct (mg/L) Qt (mg/g) T (phút) Co (mg/L) Ct (mg/L) Qt (mg/g) 0 200 197,43 0,26 15 200 188,71 1,13 30 200 176,54 2,35 60 200 149,67 5,03 90 200 140,21 5,98 120 200 125,23 7,48 180 200 113,7 8,63 240 200 113,7 8,63 360 200 113,7 8,63
Hinh vHình 3.10: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của vật
liệu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 100 200 300 400 q t( m g/ g) Thời gian
Từ đồ thị hình, cho ta thấy đối với vật liệu FMM-C31 thời gian từ 0 đến 180 phút, dung lượng hấp phụ alizarin vàng G tăng dần, sau 180 phút thì dung lượng hấp phụ gần như không tăng.
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMM-C31.
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 400 mg/L (Co) trong vòng 180 phút, các mẫu được điều chỉnh về các giá trị pH từ 2- 8. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH của dung dịch thu được về giá trị pH tương ứng với đường chuẩn của phẩm màu. Đem dung dịch đi đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu còn lại trong dung dịch, tính được tải trọng hấp phụ của phẩm màu. Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tìm được hấp phụ cực đại (qmax) của phẩm màu.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.7.
１４Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của
vật liệu FMM-C31. pH pH sau Co(mg/L) Ct(mg/L) qt(mg/g) 2 2,39 500 40,28 45,97 4 5,18 500 147,28 35,72 6 5,7 500 190,28 30,97 8 6,3 500 397,44 10,26 10 6,66 500 418,86 8,11
Qua bảng 3.7 nhận thấy: Đối với dung dịch alizarin vàng, pH sau khi xử lý đối với pH thấp có xu hướng tăng nhẹ. Đối với pH cao > 6 thì có xu hướng giảm, dao động xung quanh pH = 6. Quá trình hấp phụ màu xảy ra mạnh nhất ở pH = 2 .Ở pH cao, hiệu suất xử lý độ màu rất thấp.
c. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch alizarin vàng G, có nồng độ ban đầu (Co) khác nhau trong khoảng thời gian 180 phút. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem dung dịch đi đo độ hấp phụ quang, xác
định nồng độ alizarin vàng G còn lại trong dung dịch (Ct) từ đó tính được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu (mg/g).
Kết quả được trình bày ở bảng 3.8 và hình 3.11; hình 3.12; hình 3.13.
１５Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại của vật liệu
FMM-C31
Co(mg/L) Ct(mg/L) qt(mg/g) Ct/qt logCt Logqt
0 0 0 0 0 0 100 1,07 9,89 0,11 0,03 0,99 200 1,16 19,88 0,06 0,06 1,30 400 2 39,8 0,05 0,30 1,60 600 10,13 58,99 0,17 1,00 1,77 800 45,08 75,49 0,60 1,65 1,88 1000 157,7 84,23 1,87 2,20 1,92
Hinh wHình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của alizarin vàngG
y = 0.011x + 0.047 R² = 0.997 0 0.5 1 1.5 2 0 50 100 150 200 Ct /q t Ct
xHình 3.12: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu FMM-C31
Từ đồ thị ta tính được vật liệu FMM-C31 có dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại: qmax=1/0,0116= 86 (mg/g).
y Hình 3.13: Phương trình đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu
FMM-C31
Từ phương trình đẳng nhiệt trên, ta thấy được quá trình hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMM-C31 phù hợp hơn với phương trình đẳng nhiệt Langmuir.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 50 100 150 200 q t( m g/ g) Ct(mg/L) y = 0.349x + 1.271 R² = 0.748 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 lo gq t log Ct
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn nghiên cứu ‗‗Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước‖, chúng tơi thu được một số kết quả chính sau:
1. Qua các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại (IR), kính quét vi điện tử (SEM), diện tích bề mặt riêng (BET) ... ta có thể kết luận Fe3O4 phân tán đồng đều vào chitosan. Sau khi phủ Fe3O4 và tạo liên kết ngang, vật liệu có tính từ và bền hơn trong các mơi trường khác nhau, dẫn đến vật liệu có khả năng hấp phụ tốt phẩm màu.
2. Thông qua khảo sát thời gian lắng của vật liệu, kết quả thu được cho thấy vật liệu FMM-C31 có độ đục thấp và thời gian lắng nhanh.
3. Đã khảo sát và thu được kết quả tải trọng hấp phụ alizarin vàng G là 86 mg/L, metyl đỏ là 2.04 mg/L.
4. Nghiên cứu vật liệu cho thấy vật liệu có thể dễ dàng được loại bỏ ra khỏi mơi trường mờ từ tính trong vật liệu.
Các kết quả nghiên cứu trên đã thu được vật liệu hấp phụ có từ tính và khả năng ứng dụng thực tiễn tốt. Trong thời gian tới, chúng tơi sẽ đi sâu vào lí giải kĩ hơn về khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến việc điều chế vật liệu cũng như từng bước triển khai chế tạo vật liệu này phục vụ cho nhu cầu hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội.
2. Cục Thẩm định và Đánh giá tác động môi trường - Tổng cục môi trường (2009),
Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm, Hà Nội.
3. Phạm Lê Dũng, Trịnh Bình, Lại Thị Hiền (1997), Vật liệu sinh học từ chitin, Viện hóa học – viện cơng nghệ sinh học, trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia, Hà Nội.
4. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, NXB Đại học
Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
5. Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải,
NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.
6. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II,
NXB Giáo dục, Hà Nội.
7. Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lý nước cấp và nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
8. Đặng Trấn Phòng (2004), Sinh thái và môi trường trong dệt nhuộm, NXB Khoa
học và kỹ thuật, Hà Nội.
9. Lâm Ngọc Thụ (2000), Cơ sở Hóa phân tích - Các phương pháp phân tích hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
10. Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (1995), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa
học và Kỹ thuật, Hà Nội.
12. Đặng Xuân Việt (2007), Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm, luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa
học và Công nghệ Môi trường, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
13. A.G.Liew Abdullah, MA, Mohd Salled, M.K.Siti Mazlina, M.J Megat Mohd Noor, M.R Osman, R.Wagiran, and S.Sobri (2005), ―Azo dye removal by
adsorption using waste biomass: Sugarcane bagasse‖, international Journal of engineering and technogy, vol.II(1), pp. 8-13.
14. Buxton G.V., Grennstock C.L., Helman W.P., Ross A.B. (1988), ―Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals (OH•/O•−) in aqueous solution‖, J. Phys. Chem. Ref. Data,
17(2), pp. 513-886.
15. E. Ríos, S. Abarca, P. Daccarett, H. Nguyen Cong, D. Martel, J.F. Marco, J.R.