Luận án Tiễn sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên định hướng ứng dụng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:181

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm chế tạo được vật liệu màng lọc xử lý nước ô nhiễm thành nước sinh hoạt từ cellulose bã mía và nghiên cứu ứng dụng chất keo tụ tự nhiên từ hạt chùm ngây để tích hợp với siêu lọc và lọc nano. Để hiểu rõ hơn về đề tài, mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết luận án!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiễn sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên định hướng ứng dụng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐẶNG THỊ TỐ NỮ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC LŨ THÀNH NƯỚC SINH HOẠT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC BÌNH ĐỊNH-2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐẶNG THỊ TỐ NỮ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC LŨ THÀNH NƯỚC SINH HOẠT Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí Mã số chuyên ngành: 9440119 Phản biện 1: PGS. TS. Võ Viễn Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Đức Vượng Phản biện 3: TS. Nguyễn Minh Thông TẬP THỂ/NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng 2. PGS. TS. Cao Văn Hoàng BÌNH ĐỊNH, 2021 BÌNH ĐỊNH – NĂM…
Lời cam đoan Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng và PGS.TS. Cao Văn Hoàng. Tất cả các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tập thể hướng dẫn Tác giả luận án PGS. TS. Nguyễn Phi Hùng PGS. TS. Cao Văn Hoàng Đặng Thị Tố Nữ
Lời cảm ơn Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Phi Hùng và PGS.TS. Cao Văn Hoàng đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, thực nghiệm nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, ban chủ nhiệm Khoa Khoa học Tự nhiên của Trường Đại học Quy Nhơn, ban quản lý dự án TEAM (mã số ZEIN2016PR431) phía Trường Đại học Quy Nhơn và GS. Nguyễn Minh Thọ cùng GS. Bart Van der Bruggen, Đại học KU Leuven đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành kế hoạch nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô giáo, quý anh chị em và các bạn đồng nghiệp đang công tác tại Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn cũng như các anh chị em nhóm nghiên cứu GS. Bart Van der Bruggen, các anh chị em đang học tập và nghiên cứu tại Khoa Hóa, Đại học KU Leuven đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và làm thực nghiệm nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn chồng và hai con trai, luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi học tập và nghiên cứu. Cảm ơn ba mẹ, tất cả những người thân trong gia đình đã nhiệt tình động viên, tận tình giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận án này. Quy Nhơn, tháng 5 năm 2021 Tác giả Đặng Thị Tố Nữ
MỤC LỤC Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 4 3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................................................... 5 4. Nội dung nghiên cứu của luận án ............................................................................ 6 5. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................... 6 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 7 Chương I. TỔNG QUAN .................................................................................. 8 1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trường nước .................................................................. 8 1.2. Sơ lược về nước lũ ............................................................................................... 9 1.2.1. Chất rắn lơ lửng................................................................................................. 9 1.2.2. Tảo..................................................................................................................... 9 1.2.3. Vi sinh vật gây bệnh.......................................................................................... 9 1.2.4. Động vật đơn bào (Protozoa) .......................................................................... 10 1.2.5. Chất hữu cơ ..................................................................................................... 10 1.2.6. Kim loại nặng .................................................................................................. 11 1.3. Màng lọc............................................................................................................. 11 1.3.1. Phân loại màng lọc .......................................................................................... 13 1.3.1.1. Phân loại theo cấu trúc màng ....................................................................... 14 1.3.1.2. Phân loại theo các quá trình màng động lực áp suất .................................... 15 1.3.2. Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling) ................................................... 18 1.4. Tổng quan về bã mía, cellulose và cellulose acetate ......................................... 19
1.4.1. Giới thiệu bã mía và cellulose ......................................................................... 19 1.4.2. Tổng quan về cellulose acetate ....................................................................... 22 1.5. Dopamine, polydopamine .................................................................................. 24 1.6. Giới thiệu về nano -MnO2 và Ag/MnO2 .......................................................... 26 1.7. Một số phương pháp chế tạo màng .................................................................... 28 1.7.1. Phương pháp đảo pha ứng dụng chế tạo màng bất đối xứng .......................... 28 1.7.2. Phương pháp biến đổi bề mặt.......................................................................... 31 1.8. Giới thiệu về hạt chùm ngây và một số nghiên cứu keo tụ ................................ 32 1.9. Giới thiệu một số vấn đề nghiên cứu trong hấp phụ .......................................... 35 1.9.1. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ...................................................................... 35 1.9.2. Mô hình động học hấp phụ ............................................................................. 36 Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 38 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.............................................................................. 38 2.1.1. Hóa chất .......................................................................................................... 38 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị .......................................................................................... 39 2.2. Chiết tách cellulose từ bã mía và xác định hàm lượng thành phần hoá học ...... 41 2.2.1. Quy trình chiết tách cellulose .......................................................................... 41 2.2.1.1 Quy trình 1 (cellulose thu được đặt tên là CE-0) .......................................... 41 2.2.1.2. Quy trình 2 (mẫu cellulose thu được gọi là CE-1) ....................................... 42 2.2.1.3. Quy trình 3 (cellulose thu được gọi là CE-2) ............................................... 42 2.2.2. Xác định hàm lượng thành phần hoá học........................................................ 42 2.2.2.1. Xác định hàm lượng Klason lignin .............................................................. 42 2.2.2.2. Xác định hàm lượng hemicellulose và cellulose.......................................... 43 2.3. Tổng hợp cellulose acetate và xác định các giá trị độ thay thế, khối lượng phân tử trung bình theo độ nhớt ......................................................................................... 44 2.3.1. Tổng hợp cellulose acetate .............................................................................. 44 2.3.2. Xác định độ thay thế DS ................................................................................. 44
2.3.3. Xác định độ nhớt theo phương pháp điểm đơn ............................................... 45 2.4. Tổng hợp vật liệu nano MnO2 và Ag/MnO2 ...................................................... 45 2.4.1. Tổng hợp vật liệu MnO2.................................................................................. 45 2.4.2. Tổng hợp nano Ag/MnO2 ................................................................................ 46 2.5. Điều chế và biến tính màng lọc từ các cellulose acetate tổng hợp và dung môi DMSO ....................................................................................................................... 46 2.5.1. Điều chế màng bất đối xứng CAD và CADA ................................................ 46 2.5.2. Điều chế màng siêu lọc-hấp phụ pha trộn nano MnO2 vào ma trận polymer cellulose acetate ........................................................................................................ 46 2.5.3. Biến tính bề mặt màng cellulose acetate với dopamine và Ag/MnO2 ............ 47 2.6. Xác định các đại lượng đặc trưng màng ............................................................ 49 2.6.1. Xác định khối lượng ngắt phân tử (MWCO), kích thước lỗ xốp trung bình và sự phân bố kích thước lỗ xốp của màng.................................................................... 49 2.6.2. Xác định hàm lượng nước ............................................................................... 50 2.6.3. Xác định thông lượng dòng thấm, khả năng kháng tắc nghẽn và hiệu suất phân tách BSA của các màng chế tạo ................................................................................ 50 2.6.3.1. Thông lượng dòng thấm (J).......................................................................... 51 2.6.3.2. Tỉ lệ thu hồi thông lượng và các trở lực của màng ...................................... 51 2.6.3.3. Hiệu suất phân tách BSA ............................................................................. 52 2.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) và Pb(II) của vật liệu màng ................... 52 2.7.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ........................................................ 53 2.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch ........................................................... 53 2.7.3. Khảo sát nồng độ ban đầu của Cr(VI) và Pb(II) ............................................. 53 2.8. Lọc động và tái sử dụng của màng chế tạo với dung dịch Pb(II) ...................... 53 2.8.1. Lọc động.......................................................................................................... 53 2.8.2. Nghiên cứu tái sử dụng màng ......................................................................... 54 2.9. Khảo sát đặc tính kháng khuẩn của vật liệu chế tạo được theo phương pháp đếm khuẩn lạc ................................................................................................................... 54
2.10. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ tạo bông với dịch chiết chùm ngây ................................................................................................................. 56 2.10.1. Xác định khoảng cách que khuấy so với đáy cốc thủy tinh .......................... 56 2.10.2 Thí nghiệm xác định thể tích dịch chiết chùm ngây tối ưu ............................ 56 2.10.3. Thí nghiệm xác định tốc độ khuấy tối ưu ..................................................... 57 2.10.3.1. Tốc độ khuấy nhanh duy trì trong thời gian 3 phút đầu ............................. 57 2.10.3.2. Tốc độ khuấy chậm duy trì trong thời gian sau 3 phút đầu ....................... 57 2.11. Kết hợp tiền xử lý keo tụ bằng dịch chiết chùm ngây với siêu lọc xử lý một số mẫu nước lũ ở địa phương ........................................................................................ 58 2.12. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu ............................................. 58 2.12.1. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ........................................ 58 2.12.2. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) .................................................. 59 2.12.3. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái học của vật liệu ....................... 60 2.12.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ................................................................ 61 2.12.5. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ ở 77K (BET) ............. 62 2.12.6. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) ................................................ 63 2.12.7. Phương pháp đo góc thấm ướt ...................................................................... 63 2.12.8. Phương pháp phân tích nhiệt......................................................................... 64 2.12.9. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) ............................................... 65 2.12.10. Phương pháp hiển vi lực nguyên tử AFM................................................... 66 2.12.11. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR .................................. 66 2.12.12. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng (ICP-OES) .. 67 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 68 3.1. Đặc trưng bã mía và cellulose ............................................................................ 68 3.1.1. Thành phần hoá học ........................................................................................ 68 3.1.2. Phổ FT-IR........................................................................................................ 68 3.1.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu cellulose chiết được .............................. 70
3.2. Đặc trưng cellulose acetate ................................................................................ 71 3.2.1. Phân tích phổ FT-IR ........................................................................................ 71 3.2.2. Độ thay thế, độ nhớt và khối lượng phân tử trung bình theo độ nhớt............. 72 3.2.3. Phổ 1H-NMR ................................................................................................... 73 3.2.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu cellulose acetate .................................... 75 3.2.5. Phân tích nhiệt (DSC-TGA) ............................................................................ 76 3.3. Đặc trưng của màng bất đối xứng CAD và CADA ........................................... 77 3.3.1. Phân tích ảnh SEM .......................................................................................... 77 3.3.2. Phân tích nhiệt quét vi sai ............................................................................... 79 3.3.3. Phân tích hiển vi lực nguyên tử (AFM) .......................................................... 80 3.3.4. Kết quả hàm lượng nước và góc thấm ướt ...................................................... 81 3.3.5. Đánh giá hiệu suất tách protein BSA và khả năng kháng tắc nghẽn của màng CAD và CADA ......................................................................................................... 81 3.3.6. Khối lượng ngắt phân tử, kích thước lỗ trung bình và sự phân bố kích thước lỗ của màng CAD và CADA ......................................................................................... 83 3.4. Đặc trưng vật liệu -MnO2 và Ag/MnO2 ........................................................... 84 3.4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X .................................................................................... 84 3.4.2. Kết quả SEM và EDX ..................................................................................... 85 3.4.3. Kết quả TEM ................................................................................................... 87 3.4.4. Kết quả BET .................................................................................................... 88 3.4.5. Phổ XPS .......................................................................................................... 89 3.5. Đặc trưng cho vật liệu màng biến tính CA/MnO2 và CA/PDA-Ag/MnO2 ........ 90 3.5.1. Đặc trưng vật liệu màng CA/MnO2 ................................................................ 90 3.5.2. Đặc trưng vật liệu màng CA/PDA và CA/PDA-Ag/MnO2............................. 97 3.5.3. Kết quả phân tích nhiệt của màng CAB, CA/MnO2, CA/PDA và màng CA/PDA-Ag/MnO2 ................................................................................................. 104 3.5.4. Khối lượng ngắt phân tử và sự phân bố kích thước lỗ của các màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và CA/PDA-Ag/MnO2-2 ................................................ 106
3.5.5. Khả năng kháng tắc nghẽn của màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 .............................................................................................. 108 3.5.6. Kết quả kháng khuẩn của vật liệu màng CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và CA/PDA- Ag/MnO2-2 .............................................................................................................. 111 3.6. Kết quả phân tách Pb(II) và Cr(VI) của các màng CA và màng CA biến tính .... 114 3.6.1. Nghiên cứu hấp phụ tĩnh ............................................................................... 114 3.6.1.1. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ................................................................. 114 3.6.1.2. Ảnh hưởng của pH ..................................................................................... 115 3.6.1.3. Nghiên cứu mô hình động học hấp phụ ..................................................... 117 3.6.1.4. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ................................................................. 121 3.6.2. Nghiên cứu hấp phụ động ............................................................................. 123 3.6.3. Nghiên cứu tái sử dụng của màng chế tạo .................................................... 125 3.7. Khảo sát các điều kiện tối ưu khi keo tụ với dịch chiết hạt chùm ngây .......... 126 3.7.1. Khảo sát độ cao cánh khuấy cách đáy của que khuấy trong mô hình Jartest126 3.7.2. Khảo sát thể tích dịch chiết chùm ngây tối ưu để xử lý keo tụ tạo bông đối với nước lũ ..................................................................................................................... 127 3.7.2.1. Mẫu nước lũ (M0-430) có độ đục 430 FTU, pH=7,12 .............................. 127 3.7.2.2. Mẫu nước lũ (M0-253) có độ đục 253 FTU, pH=7,02 .............................. 129 3.7.3. Khảo sát tốc độ khuấy .................................................................................. 130 3.7.3.1. Khảo sát tốc độ khuấy nhanh duy trì trong thời gian 3 phút đầu ............... 130 3.7.3.2. Khảo sát tốc độ khuấy chậm duy trì trong thời gian sau 3 phút đầu......... 130 3.8. Kết quả xử lý các chất ô nhiễm, vi khuẩn có trong nước lũ bằng quá trình kết hợp giữa tiền xử lý bằng dịch chiết hạt chùm ngây với màng lọc CA/PDA-Ag/MnO2 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ........................................... 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 139 PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Từ Tiếng Anh Từ Tiếng Việt 1 AFM Atomic force microscopy Hiển vi điện tử lực 2 BET Brunauer-Emmet-Teller - 3 BOD Biochemical oxygen Demand Nhu cầu oxi sinh hoá 4 BSA Bovine serum albumin Huyết thanh bò 5 BYT - Bộ y tế 6 CA Cellulose acetate - 7 CDA Cellulose diacetate - 8 CE Cellulose - 9 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxi hóa học 10 Cr Chromium Crôm 11 CrI Crystallinity index Chỉ số độ tinh thể 12 CTA Cellulose triacetate - 13 DMAc Dimethyl acetamide - 14 DMF N-dimethylformamide - 15 DMSO Dimethyl sulfoxide - 16 DS Degree of substitution Độ thay thế
Differential scanning Phân tích nhiệt quét vi 17 DSC calorimetry sai Energy-dispersive X-ray Phổ tán xạ năng lượng 18 EDX spectroscopy tia X Environmental Protection 19 EPA Cục bảo vệ môi trường Agency Tỉ lệ thu hồi thông 20 FRR Flux Recovery Ratio lượng 21 FTU Formazin Turbidity Unit Đơn vị đo độ đục Quang phổ phát xạ Inductively coupled plasma- 22 ICP-OES plasma optical emission spectrometry cảm ứng 23 LbL Layer-by-Layer Từng lớp 24 LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện 25 LOQ Limit of quantification Giới hạn định lượng 26 MF Microfiltration Vi lọc Khối lượng ngắt phân 27 MWCO Molecular weight cut-off tử 28 NF Nanofiltration Lọc nano Non-solvent induced phase Phân tách pha không 29 NIPS separation dung môi
30 Pb Lead Chì Thông lượng dòng 31 Pw Water permeability thấm trung bình 32 PEG Polyethylene glycol - 33 QCVN - Quy chuẩn Việt Nam Thermally induced phase 34 TIPS Phân tách pha nhiệt separation Phân tích nhiệt trọng 35 TGA Thermo Gravimetric Analysis lượng 36 SB Sugarcance bagasse Bã mía Selected‐Area Electron Nhiễu xạ điện tử vùng 37 SEAD Diffraction lựa chọn Scanning Electron 38 SEM Hiển vi điện tử quét Microscopy 39 RO Reverse Osmosis Thẩm thấu ngược Tiểu phân oxygen hoạt 40 ROS Reactive Oxygen Species động 41 UF Ultrafitration Màng siêu lọc Vapour induced phase 42 VIPS Phân tách pha hơi separation 43 TCVN - Tiêu chuẩn Việt Nam
Transmission electron Hiển vi điện tử truyền 44 TEM microscopy qua X-ray Photoelectron 45 XPS Phổ quang điện tử tia X Spectroscopy 46 XRD X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X 47 WC Water content Hàm lượng nước
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các thông số và kí hiệu của màng được chế tạo ......................................46 Bảng 2.2. Các thông số và kí hiệu của màng được chế tạo ......................................47 Bảng 2.3. Các thông số biến tính bề mặt và nhãn được chỉ định của các màng ......48 Bảng 3.1. Thành phần hoá học của bã mía và cellulose chiết được .........................68 Bảng 3.2. Chỉ số độ tinh thể của các mẫu cellulose .................................................71 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá vật liệu cellulose acetate ..............................................72 Bảng 3.4. Các giá trị tích phân của các pic trong phổ 1H-NMR và DS ...................73 Bảng 3.5. Các thông số độ nhám AFM bề mặt của màng CAD và CADA .............80 Bảng 3.6. Hàm lượng nước và góc thấm ướt của màng CAD và CADA ................81 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát thông lượng dòng thấm của màng CAD và CADA với nước cất, dung dịch BSA và nước cất sau làm sạch .................................................82 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thông lượng, tỉ lệ thu hồi thông lượng và các trở lực của màng CAD và CADA ...............................................................................................82 Bảng 3.9. Kích thước lỗ trung bình, độ lệch chuẩn hình học và khối lượng ngắt phân tử của màng CAD và CADA. ...................................................................................84 Bảng 3.10. Phần trăm khối lượng của các nguyên tử theo phổ EDX của vật liệu K- -MnO2, H--MnO2 và Ag/MnO2 .............................................................................86 Bảng 3. 11. Các thông số đặc trưng BET của hai vật liệu H- δ-MnO2 và Ag/MnO2 .......88 Bảng 3.12. Các thông số độ nhám bề mặt AFM của các màng CAB và CA/MnO2 ........95 Bảng 3.13. Các thông số độ nhám AFM của các màng CAB, CA/PDA-2 và CA/PDA- Ag/MnO2-2 ................................................................................................................99 Bảng 3.14. Kích thước lỗ xốp trung bình, độ lệch chuẩn hình học và khối lượng ngắt
phân tử của màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và CA/PDA-Ag/MnO2-2. ........107 Bảng 3.15. Kết quả khảo sát thông lượng, tỉ lệ thu hồi thông lượng và các trở lực của các màng chế tạo .....................................................................................................110 Bảng 3.16. Tổng số khuẩn lạc trên mẫu đối chứng (C) và tổng số khuẩn lạc trên các mẫu màng (S) sau 24 giờ ủ .....................................................................................112 Bảng 3.17. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Cr (VI) của các vật liệu ......118 Bảng 3.18. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Pb (II) của các vật liệu........119 Bảng 3.19. Giá trị năng lượng hoạt động quá trình hấp phụ của các ion kim loại trên các vật liệu màng tại 30 ℃......................................................................................119 Bảng 3.20. Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của các vật liệu màng ..............................................................................................122 Bảng 3.21. Tham số Langmuir (RL) với các nồng độ cực đại và cực tiểu trong khoảng khảo sát hấp phụ Cr(VI) và Pb(II) của các vật liệu màng .......................................122 Bảng 3.22. Dung lượng hấp phụ động của các màng CA/PDA, CA/MnO2 và CA/PDA-Ag/MnO2 .................................................................................................124 Bảng 3.23. Kết quả phân tích tại Viện Sốt rét-Ký sinh trùng-Côn trùng Quy Nhơn .....132 Bảng 3.24. Kết quả phân tích tại Trung tâm kiểm soát bệnh tật Bình Định ..........133 Bảng 3.25. Kết quả phân tích tại Trung tâm Quan trắc môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường Bình Định ........................................................................................134
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hệ thống thiết bị lọc tại Bệnh viện đa khoa Hồng Ngự Đồng Tháp .......12 Hình 1.2. Các loại màng đối xứng ...........................................................................14 Hình 1.3. Các loại màng bất đối xứng ......................................................................14 Hình 1.4. Cấu trúc phân tử cellulose ........................................................................20 Hình 1.5. Liên kết hydro trong và ngoài mạch cellulose .........................................21 Hình 1.6. Công thức cấu tạo của cellulose acetate ...................................................22 Hình 1.7. Quá trình tạo cellulose acetate từ cellulose ..............................................23 Hình 1.8. Sự hình thành polydopamine ....................................................................25 Hình 1.9. Ô mạng cơ sở MnO6 và cấu trúc tinh thể của -MnO2.............................26 Hình 1.10. Cây và hạt chùm ngây ............................................................................33 Hình 2.1. Ảnh chụp thiết bị lọc ngang (crossflow) (a) và lọc vuông góc (dead-end filtration) (b) ..............................................................................................................40 Hình 2.2. Ảnh chụp mô đun giữ màng khi biến tính ................................................48 Hình 2.3. Chuỗi pha loãng mẫu theo dãy thập phân ...............................................55 Hình 2.4. Quy trình thí nghiệm nghiên cứu khả năng xử lý nước bằng màng siêu lọc kết hợp tiền xử lý keo tụ bằng dịch chiết hạt chùm ngây .........................................58 Hình 2.5. Dải làm việc của các loại hiển vi điện tử và quang học ..........................61 Hình 2.6. Các dạng góc thấm ướt .............................................................................64 Hình 2.7. Góc thấm ướt và thiết bị đo góc thấm ướt ................................................64 Hình 3.1. Phổ IR của SB, CE-0, CE-1 và CE-2 .......................................................69 Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu cellulose chiết được: CE-0, CE-1, CE-2 ......70 Hình 3.3. Phổ FT-IR của mẫu CA-0-6h, CA-0-14h, CA-1-14h và CA-2-14h ........72 Hình 3.4. Phổ 1H- NMR của CA-0-14h (DS = 2,60); CA-1-14h (DS = 2,67) và CA- 2-14h (DS = 2,81). ....................................................................................................74 Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu CA-0-14h, CA-1-14h và CA-2-14h tổng hợp được ..75
Hình 3.6. Các đường phân tích nhiệt DSC (a) và TGA của các mẫu CE-1, CE-2, CA- 0-14h, CA-1-14h, và CA-2-14h (trong dòng khí Ar). ...............................................76 Hình 3.7. Các ảnh SEM của màng CAD (a1, a2, c1, c2, và c3) và của màng CADA (b1, b2, d1, d2, và d3) ...............................................................................................78 Hình 3.8. Các đường DSC của màng CAD và CADA .............................................79 Hình 3.9. Ảnh AFM của màng CDA (a) và màng CADA (b) (1 m x 1 m). ........80 Hình 3.10. Ảnh chụp góc thấm ướt của các màng: (a) CAD và (b) CADA ............81 Hình 3.11. Các đường hiệu suất tách PEG ứng với các khối lượng phân tử PEG khảo sát (a) và đường tuyến tính giữa bán kính Stokes với hiệu suất tách các PEG (b) ở nồng độ 500 ppm của màng CAD và CADA............................................................83 Hình 3.12. Đường phân bố kích thước lỗ của màng CAD và CADA ......................84 Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của K-δ-MnO2, H-δ-MnO2 và Ag/MnO2 ..........85 Hình 3.14. Ảnh SEM và phổ EDX của K--MnO2 (a, c) và H--MnO2 (b, d).........86 Hình 3.15. Ảnh SEM (a) và phổ EDX (b) của Ag/MnO2 ........................................86 Hình 3.16. Ảnh HR-TEM và SEAD của H-δ-MnO2 (a, b, c) và Ag/MnO2 (d, e, f).......87 Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 của H- δ-MnO2 và Ag/MnO2 (hình chèn bên trong là đường phân bố kích thước lỗ xốp hấp phụ BJH) ................89 Hình 3.18. Phổ XPS của H--MnO2 và Ag/MnO2 (a), Mn2p (H--MnO2 ) (b), Mn2p (Ag/MnO2) (c), Ag3d (d) ..........................................................................................90 Hình 3.19. Phổ IR (a) và phóng đại vùng pic OH (b) của các màng CAB, CA/MnO2-1, CA/MnO2-2, CA/MnO2-3 ............................................................................................91 Hình 3.20. Ảnh SEM bề mặt và mặt cắt ngang (cross-section) của các màng CAB, CA/MnO2-1, CA/MnO2-2, CA/MnO2-3, kích thước 1m x 1m ............................92 Hình 3.21. Biểu đồ biểu diễn giá trị góc thấm ướt và ảnh chụp góc thấm ướt (a) và biểu đồ biểu diễn hàm lượng nước và thông lượng dòng thấm (b) của các màng CAB
và CA/MnO2-1, CA/MnO2-2 và CA/MnO2-3 ...........................................................93 Hình 3.22. Ảnh AFM của các màng CAB, CA/MnO2-1, CA/MnO2-2, CA/MnO2-3 với kích thước là (1m x 1m) .................................................................................94 Hình 3.23. Phổ XPS của Mn2p (a) và phổ XPS tổng (b) của màng CA/MnO2-2....96 Hình 3.24. Ảnh EDX mapping tại bề mặt và mặt cắt ngang của màng CA/MnO2-2 ........96 Hình 3. 25. Phổ EDX và thành phần của các nguyên tử trong màng CA/MnO2-2 ..97 Hình 3.26. Ảnh SEM bề mặt của các màng CAB (a), CA/PDA-1 (b), CA/PDA-2 (c), CA/PDA-3 (d), CA/PDA-Ag/MnO2-1 (e) và CA/PDA-Ag/MnO2-2 (f) ở thang đo 2 m ..98 Hình 3.27. Ảnh AFM của các màng CAB (a), CA/PDA-2 (b) và CA/PDA-Ag/MnO2- 2 (c) (kích thước 1 m x 1m) ..................................................................................99 Hình 3. 28. Phổ IR của màng CAB, CA/PDA -2 và CA/PDA-Ag/MnO2-2 ...........100 Hình 3.29. Phổ EDX và thành phần của các nguyên tử trong phổ EDX của màng CA/PDA-2 (a) và màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 (b) .................................................101 Hình 3.30. Ảnh mapping các nguyên tử Ag, Mn, Cu của màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 ...101 Hình 3.31. Góc thấm ướt (a) và hàm lượng nước (b) của màng CAB, CA/PDA-2 và màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 ....................................................................................102 Hình 3.32. Thông lượng dòng thấm trung bình của các màng CAB, CA/PDA và CA/PDA-Ag/MnO2 ở áp suất từ (1-6 bar) ..............................................................104 Hình 3.33. Giản đồ phân tích nhiệt DSC-TGA của các màng CAB, CA/MnO2, CA/PDA và CA/PDA-Ag/MnO2 (mẫu được đo trong khí quyển Ar (hoặc N2), tốc độ gia nhiệt 10 ℃/phút, tốc độ dòng khí 100 mL/phút) ..............................................105 Hình 3. 34. Các đường hiệu suất tách PEG ứng với các khối lượng phân tử PEG khảo sát (a) và đường tuyến tính giữa bán kính Stokes với hiệu suất tách các PEG (b) ở nồng độ 500 ppm của màng CAB, CA/MnO2, CA/PDA-2 và màng CA/PDA- Ag/MnO2-2 ..............................................................................................................107
Hình 3.35. Đường phân bố kích thước lỗ của màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và CA/PDA-Ag/MnO2-2 .........................................................................................108 Hình 3. 36. Thông lượng dòng thấm nước của nước cất và dung dịch BSA 500 ppm (a), tỉ lệ thu hồi thông lượng và các giá trị trở lực (b) của màng CAB, CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và màng CA/PDA-Ag/MnO2-2 ............................................................109 Hình 3.37. Hiệu suất tách BSA của các màng CAD, CADA, CAB, CA/MnO2, CA/PDA và màng CA/PDA-Ag/MnO2...................................................................111 Hình 3.38. Hình ảnh đĩa petri theo phương pháp đếm khuẩn chứng minh đặc tính kháng khuẩn của các màng CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và CA/PDA-Ag/MnO2-2 sau 24 giờ ủ.........................................................................................................................112 Hình 3. 39. Sự mất khả năng tồn tại của vi khuẩn với các vật liệu CA/MnO2-2, CA/PDA-2 và CA/PDA-Ag/MnO2-2 ......................................................................113 Hình 3. 40. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Cr(VI) (a) và Pb(II) (b) theo thời gian của các màng điều chế (Co(Cr(VI)) = 5,04 ppm, pH =3,5, mmàng =0,01 g; Co(Pb(II)) = 96,42 ppm, pH = 5,4; mmàng = 0,1 gam)). ............................................................114 Hình 3. 41. Đồ thị biểu diễn giá trị pHPZC của các vật liệu màng chế tạo ..............115 Hình 3. 42. Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Cr(IV) (a) và Pb(II) (b) vào pH của các màng chế tạo. (Co(Cr(VI)) = 5,04 ppm, mmàng =0,01 g; Co(Pb(II)) = 96,42 ppm, mmàng = 0,1 gam). ....................................................................................................116 Hình 3. 43. Phương trình động học hấp phụ Cr (VI) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2 (b) và hấp phụ Pb(II) bậc 1 (c) và bậc 2 (d) của các màng CAD, CADA, CA B và các màng biến tính (Co(Cr(VI)) = 5,04 ppm, pH =3,5, mmàng =0,01 g; Co(Pb(II)) = 96,42 ppm, pH = 5,4, mmàng = 0,1 gam). .................................................................117 Hình 3. 44. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a, c) và Freundlich (b,d) dạng tuyến tính quá trình hấp phụ Cr (VI) (a, b) và Pb(II) (c, d) của các vật liệu màng CAD, CADA, CAB và các màng biến tính (nồng độ Cr(VI) từ 3 – 17 ppm, pH = 3,5, mmàng = 0,01 g, nồng độ Pb(II) từ 50 – 600 ppm, pH = 5,4, mmàng = 0,1 gam; thể tích