Vật liệu hấp phụ.
Ion kim loại nặng.
Khả năng xử lý kim loại nặng trong dung dịch bằng vật liệu hấp phụ.
2.2. Hóa chất – dụng cụ, thiết bị 2.2.1. Hóa chất
Anilin 99,99 %, d= 1,023 g/ml (Merk – Đức).
Amoni pesunfat (NH4)2S2O8 99% dạng tinh thể trắng (Merk – Đức).
Dung dịch HCl 37%, d=1,174 g/ml (Merk – Đức).
Pb(NO3)2 99% tinh thể trắng (Merk – Đức).
Etanol, metanol 95% (Trung Quốc).
NaOH 99% dạng tinh thể trắng (Trung Quốc).
2.2.2. Dụng cụ
Bình định mức 100 ml, 500 ml, 1000 ml (Đức)
Bình tam giác 250 ml.
Cốc thủy tinh 250 ml.
Pipet có vạch chia 5, 10, 20 ml (Đức).
Phễu thủy tinh, giấy lọc.
Rây 2.2.3. Thiết bị
Tủ sấy Shellab (Mỹ).
Cân phân tích PA214 (Mỹ).
Máy khuấy từ IKA (Đức).
Máy khuấy từ IKA (Đức).
Thiết bị đo hấp phụ nguyên tử AAS Thermo Anh (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới).
Thiết bị đo kính hiển vi điện tử quét SEM (Viện Kĩ thuật Nhiệt đơi).
Thiết bị đo phổ hồng ngoại IR (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới).
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) giúp quan sát chụp bề mặt các đối tượng cực nhỏ để đánh giá cấu trúc nhờ độ phóng đại đến hàng chục vạn lần.
Cơ sở của phương pháp: trong kính hiển vi điện tử mẫu bị bắn phá bởi chùm tia điện tử có độ hội tụ cao. Nếu mẫu đủ mỏng (< 200 nm) chùm tia sẽ xuyên qua mẫu, sự thay đổi của chùm tia khi qua mẫu sẽ cho những thông tin về các khuyết tật, thành phần pha của mẫu, đó là kỹ thuật hiển vi điện tử xuyên qua (TEM). Khi mẫu dày hơn thì sau khi tương tác với bề mặt tia điện tử thứ cấp sẽ đi theo hướng khác. Các điện tử thứ cấp này sẽ được thu nhận và chuyển đổi thành hình ảnh (ảnh hiển vi điện tử quét SEM).
SEM cho biết được chi tiết nano của mẫu nghiên cứu như hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt.
2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
Phân tích phổ hồng ngoại (IR) [13] ta xác định được vị trí của vân phổ và cường độ, hình dạng của vân phổ. Phổ hồng ngoại thường được ghi dưới dạng đường cong sự phụ thuộc của phần trăm truyền qua (100I0/I) vào số sóng ( 1 ).
Phương pháp phổ hồng ngoại được sử dụng trong nghiên cứu để xác định cấu trúc của vật liêu compozit đã tổng hợp.
2.3.3. Phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [6] là phương pháp dùng để xác định nồng độ của nguyên tố trong dung dịch dựa vào đinh luật Bughe – Lambe – Bia theo phương trình:
A k.C.
l
(2.1)
Trong đó:
A : cường độ vạch phổ hấp thụ. k: hằng số thực nghiệm.
l: chiều dài môi trường hấp thụ.
C: nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ.
Dựa vào giá trị mật độ quang, người ta xác định nồng độ nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu. Mật độ quang của lớp hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tử chứa trong đó tại bước sóng hấp thu ứng với nguyên tố đó. Tính tỉ lệ này được bảo toàn trong một nồng độ nhất định, tùy thuộc vào tính chất của nguyên tố cần xác định và tính chất của đèn.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử được sử dụng để xác định hàm lượng của các kim loại trước và sau khi hấp thu.
2.4. Tổng hợp vật liệu
2.4.1. Xử lý bã chè trước tổng hợp
Xử lý bã chè trước khi tổng hợp được tiến hành qua các bước sau:
Bước 1: Ngâm bã chè thu thập được trong nước ở nhiệt độ ở 800C trong thời gian 30 phút. Lặp lại nhiều lần cho đến khi nước ngâm không còn màu của bã chè lúc đầu, lọc bỏ nước.
Bước 2: Bã chè sau khi ngâm, đem sấy ở 1000C trong thời gian 5 tiếng để loại bỏ hơi nước.
Bước 3: Bã chè ở dạng thô được nghiền nhỏ.
Bước 4: Ngâm bã chè thu được với etanol trong khoảng thời gian 2 tiếng Bước 5: Bã chè sau khi ngâm được hoạt hóa bằng axit HCl 0,05M.
Bước 6: Sấy bã chè thu được sau bước 5 và sấy ở 800C trong 8 tiếng, ta thu được vật liệu biến tính
2.4.2. Tổng hợp vật liệu
Vật liệu tổng hợp được tiến hành qua các bước:
Bước 1: Pha hóa chất:
Pha 1000 mL (NH4)S2O8 0,5 M: cân 114 gam (NH4)2S2O8 cho vào bình định mức chứa sẵn 1000 mL nước cất thu được dung dịch (1).
Pha 100 mL HCl 0,1M: lấy 200 mL HCl 0,5 M cho vào cốc thủy tinh loại 1000 mL, định mức đến 500 mL.
Pha 100 mL dung dịch Anilin 0,25 M và HCl 0,1 M: thu được dung dịch (2).
Bước 2: Tổng hợp PANi: lấy 500 mL dung dịch (2) vào cốc 1000 mL, hệ được đặt trên máy khuấy từ để khuấy trộn. Nhỏ từ từ 200 mL dung dịch (1) vào cốc (2) dưới điều kiện có khuấy trong khoảng 10 – 15 phút. Sau khoảng 20 phút, dung dịch trong cốc bắt đầu xuất hiện màu xanh, đó là thời điểm các polime hình thành, rồi chuyển sang màu xanh đen. Tiếp tục cho phản ứng tiến hành trong thời gian 8 giờ trên máy khuấy từ cho quá trình polime hóa xảy ra được hoàn toàn.
Sản phẩm được lọc và rửa bằng dung dịch axeton: metanol tỉ lệ 1:1 để loại bỏi hết anilin dư. Sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ 700C trong thời gian 5 giờ, sau đó đưa vào lọ đựng và bảo quản trong bình hút ẩm.
Bước 3: Tổng hợp vật liệu từ bã chè: lấy 500 mL dung dịch (2) vào cốc 1000 mL, hệ được đặt trên máy khuấy từ để khuấy trộn. Cho thêm 50 gam bã chè đã qua xử lý vào cốc phản ứng và tiếp tục khuấy trong vòng 20 phút. Nhỏ từ từ 200 mL dung dịch amoni pesunfat vào cốc phản ứng dưới điều kiện có khuấy trong vòng 10 -15 phút. Tiếp tục cho phản ứng tiến hành trong thời gian 8 giờ trên máy khuấy từ.
Sản phẩm được lọc, rửa và sấy khô tương tự như đối với PANi. Thu được vật liệu compozit PANi – BC.
2.4.3. Khảo sát khả năng hấp thu của các vật liệu đối với ion Pb2+
2.3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian
Cho vào cốc 100 mL khối lượng VLHP là m = 0,5 gam, tiếp theo cho vào mỗi cốc 10 mL dung dịch Pb2+ với nồng độ C0 = 20 mg/L. Sau đó dùng máy khuấy từ với tốc độ khuấy 100 vòng/phút, khuấy trong thời gian khác nhau t = 30, 60, 90, 150, 180, 300 (phút). Lọc dung dịch qua giấy lọc và đem đo phổ hấp phụ nguyên tử AAS.
2.4.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ion Pb2+
Cho vào cốc 100 mL khối lượng VLHP là m = 0,5 gam, tiếp theo cho vào mỗi cốc 10 mL dung dịch Pb2+ với nồng độ khác nhau C0 = 10, 20, 30, 40, 50 mg/L tại pH = 7. Khuấy bằng máy khuấy từ trong thời gian t = 120 phút rồi lọc dung dịch và đem mẫu đo phổ hấp phụ AAS.
2.3.3.3. Ảnh hưởng của pH
Cho vào cốc 100 mL khối lượng VLHP là m = 0,5 gam, tiếp theo cho vào mỗi cốc 10 mL dung dịch Pb2+ với nồng độ C0 = 20 mg/L, tại pH = 3, 7, 9. Khuấy bằng máy khuấy từ trong thời gian t = 120 phút rồi lọc dung dịch và đem đo phổ hấp phụ nguyên tử AAS
PANi - BC BC PANi
% T ra n sm lt ta n ce