Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận văn nhằm khảo sát các điều kiện xác định nồng độ xanh metylen và metyl da cam bằng phương pháp trắc quang UV-Vis. Khảo sát khả năng hấp phụ các chất màu: xanh metylen và metyl da cam bằng vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc thông qua nghiên cứu khả năng hấp phụ tĩnh và hấp phụ động trong nước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRƯƠNG HỒNG QUÂN ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHẤT MÀU CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT PANi – VỎ LẠC Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Bùi Minh Quý Thái Nguyên - 2017
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS .Bùi Minh Quý đã truyền cho tôi tri thức cũng như tâm huyết nghiên cứu khoa học, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa học, đặc biệt là các Thầy, Cô làm việc tại Phòng thí nghiệm Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất cho em thực hiện luận văn Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn tin tưởng động viên, chia sẻ và tiếp sức cho tôi có thêm nghị lực để tôi vững bước và vượt qua khó khăn trong cuộc sống, hoàn thành bản luận văn này. Tác giả luận văn Trương Hồng Quân
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm ......................................................................................3 1.1.1. Giới thiệu chung về xanh metylen và metyl da cam ...................................3 1.1.2. Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm .................................7 1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm ......................7 1.2. Tìm hiểu chung về vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc .............................8 1.2.1.Tìm hiểu chung về PANi ..............................................................................8 1.2.2. Tổng quan về vỏ lạc ..................................................................................12 1.2.3. Một số phương pháp tổng hợp compozit PANi – vỏ lạc ...........................12 1.2.4. Tìm hiểu chung về hấp phụ .......................................................................13 1.2.5. Động học hấp phụ.....................................................................................15 1.3. Động lực hấp phụ ..............................................................................................21 1.3.1. Mô hình Thomas .......................................................................................23 1.3.2. Mô hình Yoon – Nelson ............................................................................24 1.3.3. Mô hình Bohart – Adam (B - A) ...............................................................25 1.4. Giới hiệu về phương pháp phân tích trắc quang ................................................27 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................30 2.1. Hóa chất - Thiết bị, dụng cụ ..............................................................................30 2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................30 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ .......................................................................................30 2.2. Thực nghiệm ......................................................................................................30 2.2.1. Các điều kiện xác định nồng độ của MB và MO bằng phương pháp trắc quang ...................................................................................................................30 2.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của MO và MB trên PANi – vỏ lạc .........31 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................34 3.1. Đánh giá phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ MO và MB .....34 3.1.1. Khảo sát bước sóng cực đại hấp phụ của MO và MB ..............................34 3.1.2. Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của MB và MO theo phương pháp trắc quang ...................................................................................34 3.1.3. Tổng kết các điều kiện xác định MB và MO bằng phép đo quang .........37
3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB , MO của PANi – vỏ lạc theo phương pháp hấp phụ tĩnh ...............................................................................................................37 3.2.1. Ảnh hưởng của pH ...................................................................................37 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ..........................................................................38 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu MO và MB ...........................................40 3.2.4. Nghiên cứu động học hấp phụ ..................................................................42 3.2.5. Nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt..................................................45 3.2.6. Nghiên cứu nhiệt động học chuẩn quá trình hấp phụ ..............................47 3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB , MO của VLHP theo phương pháp hấp phụ động ...........................................................................................................................48 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy ..........................................48 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ ..............................49 3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ ................50 3.3.4. Nghiên cứu động học hấp phụ theo các mô hình hấp phụ động ..............52 KẾT LUẬN ...............................................................................................................62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................63
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phầ n dinh dưỡng vỏ la ̣c ...............................................................12 Bảng 3.1: Sự phụ thuộc của nồng độ vào độ hấp thụ quang dung dịch MO và MB theo phương pháp trắc quang ........................................................................35 Bảng 3.2. Tổng kết các điều kiện xác định MB và MO bằng phép đo quang ........37 Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của MO và MB ................................................................................................................37 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ MB và MO với PANi – vỏ lạc .............................................................................................................39 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch MB và MO đến dung lượng hấp phụ và hiệu suất của VLHP .................................................................................40 Bảng 3.6 : Các tham số trong mô hình động học hấp phụ ......................................42 Bảng 3.7: Kết quả các tham số trong phương trình động học hấp phụ ..................43 Bảng 3.8 : Các tham số trong mô hình động học hấp phụ ......................................44 Bảng 3.9: Kết quả các tham số trong phương trình động học hấp phụ ..................44 Bảng 3.10: Các giá trị trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt tuyến tính Langmuir và Feundlich .......................................................................................................45 Bảng 3.11 :Các tham số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frieudlich ......................................................................................................46 Bảng 3.12: Các giá trị trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt tuyến tính Langmuir và Feundlich .......................................................................................................46 Bảng 3.13: Các tham số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frieudlich ......................................................................................................47 Bảng 3.14 . Giá trị ∆G0 quá trình hấp phụ MB và MO trên PANi – vỏ lạc ...........48 Bảng 3.15 : Nồng độ thoát của MB và MO ở khối lượng PANi – vỏ lạc khác nhau .......................................................................................................................50 Bảng 3.16 : Nồng độ thoát của MB và MO tại các nồng độ ban đầu chất hấp phụ khác nhau ......................................................................................................51 Bảng 3.17. Các phương trình dạng tuyến tính mô hình Thomas, Yoon – Nelson, Bohart – Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MB ban đầu và chiều cao cột hấp phụ ....................................................................................................58 Bảng 3.18. Các tham số trong các mô hình Thomas, Yoon – Nelson và Bohart –
Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MB ban đầu và chiều cao cột hấp phụ .......................................................................................................................58 Bảng 3.19. Các phương trình dạng tuyến tính mô hình Thomas, Yoon – Nelson, Bohart – Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MO ban đầu và chiều cao cột hấp phụ ....................................................................................................59 Bảng 3.20. Các tham số trong các mô hình Thomas, Yoon – Nelson và Bohart – Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MO ban đầu và chiều cao cột hấp phụ .......................................................................................................................59 Bảng 3.21. Độ dài tầng chuyển khối và hiệu suất sử dụng cột hấp phụ MB của PANi – vỏ lạc ..........................................................................................................60 Bảng 3.22. Độ dài tầng chuyển khối và hiệu suất sử dụng cột hấp phụ MO của PANi – vỏ lạc..............................................................................................................61
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Quá trình oxy hóa - khử của MB ................................................................4 Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát về sự hình thành polyanilin bằng con đường điện hóa ....9 Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp polyanilin bằng phương pháp hóa học ............................10 Hình 1.4: Đồ thị sự phụ thuộc của lg (qe-qt) vào t ....................................................16 Hình 1.5. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a), đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich (b) ............................................................................18 Hình 1.6: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. ......................................................20 Hình 1.7: Đồ thị tìm các hằng số của phương trình Langmuir. ................................21 Hình 1.8: Đường cong thoát của cột hấp phụ ..........................................................22 Hình 1.9. Đồ thị sự phụ thuộc ln[(C0/Ce)-1] vào t ....................................................24 Hình 2.1. Mô hình cột hấp phụ theo phương pháp hấp phụ động.............................32 Hình 3.1 : Phổ UV -Vis của MB ...............................................................................34 Hình 3.2: Phổ UV - Vis của MO ..............................................................................34 Hình 3.3. Đồ thị đường chuẩn của MB .....................................................................35 Hình 3.4. Đồ thị đường chuẩn của MO .....................................................................36 Bảng 3.2. Tổng kết các điều kiện xác định MB và MO bằng phép đo quang ..........37 Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của MO và MB .............................................................................................................................37 Hình 3.5: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của MB .................................38 Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của MO .................................38 Hình 3.7: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ MB (a) và MO (b) trên VLHP theo thời gianq ..................................................................................................................39 Hình 3.8: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MB .....41 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MB .........41 Hình 3.10 : Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MO ..41 Hình 3.11 : Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MO ......41 Hình 3.12: Đồ thị phương trình động học bậc 1 dạng tuyến tính .............................43 Hình 3.13: Đồ thị phương trình động học bậc 2 dạng tuyến tính .............................43 Hình 3.14: Đồ thị phương trình động học bậc 1 dạng tuyến tính .............................44 Hình 3.15: Đồ thị phương trình động học bậc 2 dạng tuyến tính .............................44 Hình 3.16: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính ................45 Hình 3.17: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính................45 Hình 3.18: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính ................47 Hình 3.19: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính................47 Hình 3.20 : Sự phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs của MB trên PANi – vỏ lạc ......48
Hình 3.21: Sự phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs của MO trên PANi – vỏ lạc .......48 Bảng 3.14 . Giá trị ∆G0 quá trình hấp phụ MB và MO trên PANi – vỏ lạc .............48 Hình 3.22: Đường cong thoát của MB tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ ban đầu của MB Co =49,394 mg/l .............................................................................49 Hình 3.23: Đường cong thoát của MO tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ ban đầu của MO Co =49,586 mg/l .............................................................................49 Hình 3.24: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến đường cong thoát của MB , Q = 0,5 ml/phút, C0 = 49,394 mg/l, pH = 7 ....................................................50 Hình 3.25: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến đường cong thoát của MO , Q = 0,5 ml/phút, C0 = 49,585 mg/l, pH = 6 ....................................................50 Bảng 3.16 : Nồng độ thoát của MB và MO tại các nồng độ ban đầu chất hấp phụ khác nhau...................................................................................................................51 Hình 3.26: Đường cong thoát của MB tại các nồng độ ban đầu khác nhau, tốc độ dòng chảy Q = 0,5 ml/phút .......................................................................................51 Hình 3.27: Đường cong thoát của MO tại các nồng độ ban đầu khác nhau, tốc độ dòng chảy Q = 0,5 ml/phút .......................................................................................51 Hình 3.28: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ MB ban đầu ( Co = 49, 394 mg/g ) ..........................................................................................................52 Hình 3.29: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các nồng độ ban đầu khác nhau khác nhau đối với dung dịch MB ( m = 0,1 g, Q = 0,5 ml/phút ) .........................................................................53 Hình 3.30: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các chiều cao cột hấp phụ khác nhau, nồng độ MB ban đầu ( C0 = 49, 394 mg/g, Q = 0,5 ml/phút .........................................................................54 Hình 3.31: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ MO ban đầu ( C0 = 49, 585 mg/g, H = 0,6 cm ) .......................................................................................55 Hình 3.32: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các nồng độ ban đầu khác nhau khác nhau đối với dung dịch MO ( m = 0,1 g, Q = 0,5 ml/phút ) .........................................................................56 Hình 3.33: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các chiều cao cột hấp phụ khác nhau, nồng độ MO ban đầu ( C0 = 49, 586 mg/g, Q = 0,5 ml/phút) .......................................................................57
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ Tên tiếng Việt Ký hiệu Tên tiếng Việt viết tắt PANi Polyanilin C0 Nồng độ ban đầu TLTK Tài liệu tham khảo Ct Nồng độ sau tái hấp thụ MB Xanh metylen Ci Nồng độ sau giải hấp phụ MO Metyl da cam T Thời gian H Hiệu suất hấp phụ Q Dung lượng hấp phụ qe Dung lượng hấp phụ cân bằng qmax Dung lượng hấp phụ cực đại KL Hằng số Langmuir Tham số cân bằng trong phương RL trình Langmuir KF Hằng số Freundlich N Hệ số trong phương trình Freundlich k1, k2 Hằng số tốc độ bậc 1, bậc 2 Năng lượng hoạt động quá trình hấp Ea phụ R Hằng số khí T Nhiệt độ tuyệt đối m Khối lượng chất hấp phụ L Độ dài tầng chuyển khối  Hiệu suất sử dụng cột hấp phụ Q Hằng số tốc độ dòng chảy V Thể tích chảy qua cột hấp phụ KT Hệ số tốc độ Thomas KYN Hệ số tốc độ Yoon-Nelson KB Hệ số tốc độ Borhart-Adam  Thời gian để hấp phụ 50% chất bị hấp phụ Kt Hằng số tốc độ khuếch tán R 2 Hệ số tương quan
MỞ ĐẦU Môi trường và bảo vệ môi trường ngày nay đang là mối quan tâm chung của toàn xã hội. Hàng năm các công ty dệt nhuộm lớn nhỏ trong nước thả ra hàng tấn nước thải mỗi năm. Tuy nhiên trong số các nhà máy đó thì chỉ có một số nhà máy lớn xây dựng hệ thống nước thải hầu như còn lại thải trực tiếp ra môi trường. Nước thải trực tiếp ra môi trường có chứa metyl da cam và xanh metylen làm cho nhiễm độc các sinh vật trong nước và hủy hoại môi trường, cảnh quan thiên nhiên do đó cần loại bỏ metyl da cam và xanh metylen ra khỏi nguồn nước Đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng để loại bỏ chất màu ra khỏi nguồn nước thải như phương pháp cơ, phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học , phương pháp hóa học ....Trong phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu việt bởi tính kinh tế, tính hiệu quả, thao tác đơn giản và dễ thực hiện. Công nghệ lai ghép vật liệu PANi với các phụ phẩm nông nghiệp đang được các nhà hóa học quan tâm vì tính hiệu quả và sự tận dụng các nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền. Vật liệu compozit PANi – vỏ lạc là loại vật liệu có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng hấp phụ của nó đối các hợp chất màu trong nước còn chưa được quan tâm nghiên cứu. Nhằm tìm hiểu thêm những ứng dụng của compozit PANi – vỏ lạc, hướng tới việc nâng cao khả năng xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi các hợp chất màu, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc" 1
Mục tiêu của luận văn - Khảo sát các điều kiện xác định nồng độ xanh metylen và metyl da cam bằng phương pháp trắc quang UV-Vis. - Khảo sát khả năng hấp phụ các chất màu: xanh metylen và metyl da cam bằng vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc thông qua nghiên cứu khả năng hấp phụ tĩnh và hấp phụ động trong nước. Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát khả năng hấp phụ của xanh metylen và mytel da cam trên vật liệu compozit theo các yếu tố: thời gian, pH và nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ. - Khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. - Khảo sát mô hình động học hấp phụ của vật liệu và nhiệt động học quá trình hấp phụ cũng như cơ chế hấp phụ xanh metylen và metyl da cam trên vật liệu compozit - Nghiên cứu hấp phụ động thông qua các yếu tố: thời gian, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, khối lượng chất hấp phụ, từ đó nghiên cứu một số mô hình hấp phụ động của xanh metylen và metyl da cam trên compozit PANi – vỏ lạc 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm có chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử  không cố định như: > C = C C = N-, - N = N -, - NO2 … Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: - NH2, - COOH, - SO3H, - OH … đóng vai trò tăng cường màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [5, 6, 8]. Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [12,13]. Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [5,6 ] 1.1.1. Giới thiệu chung về xanh metylen và metyl da cam 1.1.1.1. Xanh metylen Xanh metylen (MB) là một chất rất thông dụng trong kĩ thuật nhuộm và làm chất chỉ thị và thuốc trong y học. MB khó phân hủy khi thải ra môi trường làm mất vẻ đẹp mỹ quan của môi trường, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người. 3
Công thức phân tử : C16H18ClN3S.3H2O Công thức cấu tạo Khối lượng phân tử : 319,85 g/mol; Nhiệt độ nóng chảy: 100 - 110 °C. MB là một chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dưới dạng cation (MB+). Một số tên gọi khác như là tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium chloride. Đây là một hợp chất có màu xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng, dạng dung dịch 1% có pH từ 3 - 4,5. MB đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử, kiềm, dicromat, các hợp chất của iod. Khi phân hủy sẽ sinh ra các khí độc như: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S. MB nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể. MB có thể bị oxy hóa hoặc bị khử, mỗi phân tử của MB bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình oxy hóa - khử của MB được biểu diễn ở hình 1.1 [9,10,20 ] Hình 1.1: Quá trình oxy hóa - khử của MB Ứng dụng MB là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in; trong xây dựng như để kiểm nghiệm đánh giá chất lượng bê tông và vữa; và được sử dụng trong y học. Trong thủy sản, MB được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng. Ngoài ra, MB cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Met- hemoglobin quá nhiều trong máu. Bệnh này thể hiện dạng hemoglobin bất thường 4
trong máu làm cho việc vận chuyển oxy trong máu khó khăn. Những hợp chất có thể gây ra hiện tượng trên có thể do sử dụng kháng sinh, hàm lượng NO 2-, NO3- trong nước và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Ảnh hưởng đến con người và môi trường Bên cạnh những mặt tích cực về tính sát khuẩn nhẹ, có tác dụng trong chữa trị một số bệnh cho người thì nó còn có tác dụng ức chế sinh học khi sử dụng, có thể gây tan máu cấp, dùng kéo dài có thể dẫn đến thiếu máu do tăng phá hủy hồng cầu. Người khi tiếp xúc với MB ở nồng độ lớn có thể gây buồn nôn, nôn, đau bụng, chóng mặt, đau đầu, sốt, hạ huyết áp, đau vùng trước tim; kích ứng bàng quang; da có màu xanh. Đặc biệt, khi ăn hoặc uống các sản phẩm có chứa hàm lượng MB cao có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe vì MB có khả năng gây tác động mạnh đến đường tiêu hóa [22,24]. Đối với môi trường nước, khi tiếp nhận một lượng lớn MB vào thì với tính khử trùng của MB có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn có lợi cho sinh vật trong môi trường nước. Gây các ảnh hường xấu đến môi trường nước và hệ sinh thái sử dụng nguồn nước này [27]. 1.1.1.2. Metyl da cam Metyl da cam (MO) nói riêng và các phẩm màu họ azo nói chung là những hợp chất hữu cơ thường được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm, các ngành dệt may, in ấn, sản xuất giấy…Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh thái và con người, đặc biệt hợp chất này có thể gây ung thư cho người sử dụng. MO có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, chuyển hóa thành các amin thơm bằng vi sinh đường ruột thậm chí có thể gây ung thư đường ruột. MO là một chất bột tinh thể màu da cam, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nước nguội nhưng dễ tan trong nước nóng, d = 1,28g/cm3, nhiệt độ nóng chảy trên 300°C. Là hợp chất màu azo do có chứa nhóm không mang màu N = N. Dung dịch trong nước dùng để làm chỉ thị chuẩn độ axit – bazơ, có màu hồng trong môi trường axit, vàng da cam trong môi trường kiềm, khoảng pH chuyển màu từ : 3,1 – 4,4. 5
Hệ số hấp thụ mol :  = 26.900 Công thức phân tử : C14H14 N3O3S.Na Tên quốc tế: Natri para – dimetylaminoazobenzensunfonat Khối lượng phân tử: 327,34 g/mol Công thức phân tử : MO là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit: Ka = 4.1044 Do có cấu tạo mạch cacbon khá cồng kềnh và phức tạp, liên kết -N =N- và vòng benzen khá bền vững nên metyl da cam rất khó bị phân hủy. Ở môi trường kiềm và trung tính, MO có màu vàng là màu của anion: Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton H+ chuyển thành cation màu đỏ: MO thường được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit, ngoài ra cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê [10,22,24] 6
1.1.2. Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do lượng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm tới 60 - 70 % thị phần [5,6,8]. Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50 % tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [12,13]. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn. 1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm. Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới con người và môi trường. Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ…Với một nồng độ rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật. Như vậy nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải. Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000 thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất độc đến cực độc. Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh [5,12]. Đối với con người có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản 7
suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao [6,8]. 1.2. Tìm hiểu chung về vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc 1.2.1.Tìm hiểu chung về PANi Cấ u trúc phân tử của PANi Polyanilin (PANi) là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin trong điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác. Dạng tổng quát của polyanilin gồm 2 nhóm cấu trúc [1,2] a,b = 0, 1, 2, 3, 4, 5… Khi a = 0, ở trạng thái pernigranilin (màu xanh thẫm) Khi b = 0, ở trạng thái Leucoemaradin (màu vàng) Khi a = b, ở trạng thái Emaradin (màu xanh) Do các quá trình trên đều xảy ra thuận nghịch nên tương tự quá trình oxi hóa, quá trình khử cũng xảy ra từng phần hoặc toàn phần. Trong quá trình tổng hợp polyanilin người ta còn quan sát được các màu sắc khác nhau tương ứng với cấu trúc khác nhau của polyanilin. 8
Phương pháp tổng hợp PANi Polyanilin có thể được tổng hợp bằng con đường điện hoá hoặc hoá học.  Phương pháp điện hóa Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát về sự hình thành polyanilin bằng con đường điện hóa Tổng hợp PANi theo phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm. Quá trình điện hóa kết tủa polyme bao gồm cả khơi mào và phát triển mạch xảy ra trên bề mặt điện cực. Ta có thể điều chỉnh các thông số đặc biệt của quá trình trùng hợp điện hóa và tạo ra sản phẩm polyme có tính chất cơ lý, điện, quang tốt. Các phương pháp điện hóa thường dùng để tổng hợp PANi: dòng tĩnh, thế tĩnh, quét tuần hoàn, xung dòng, xung thế. Cho tới nay cơ chế tổng hợp PANi nói riêng và polyme dẫn nói chung chưa được lý giải một cách thuyết phục. Tuy nhiên về mặt tổng thể cơ chế polyme hóa điện hóa PANi được mô tả gồm các giai đoạn trung gian chính sau : 9
- Khuếch tán và hấp phụ anilin. - Oxi hóa anilin. - Hình thành polyme trên bề mặt điện cực. - Ổn định màng polyme. - Oxi hóa khử bản thân màng polyanilin.  Phương pháp hóa học Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp polyanilin bằng phương pháp hóa học Phương pháp hóa học được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu dạng bột với lượng lớn. Quá trình trùng hợp anilin tạo ra polyanilin được diễn ra trong sự có mặt của tác nhân oxi hóa làm xúc tác. Người ta thường sử dụng amonipesunfat làm chất oxi hóa trong quá trình tổng hợp polyanilin và nhờ nó mà có thể tạo ra polyme có khối lượng phân tử lớn và độ dẫn điện tối ưu hơn so với các chất oxi hóa khác. Phản ứng trùng hợp monome anilin xảy ra trong môi trường axit (H2SO4, HCl, HClO4…) hay môi trường có hoạt chất oxi hóa như các tetrafluoroborat khác nhau (NaBF4, 10
NO2BF4, Et4NBF4).Tác nhân oxi hóa, bản chất của môi trường điện ly và nồng độ của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất lý hóa của PANi. Quá trình tạo polyanilin bắt đầu cùng với quá trình tạo gốc cation anilinium, đây là giai đoạn quyết định tốc độ của quá trình. Hai gốc cation kết hợp lại để tạo ra N-phenyl-1,4-phenylendiamine hoặc gốc không mang điện sẽ kết hợp với gốc cation anilinium tạo thành dạng trime, trime này dễ dàng bị oxi hóa thành một gốc cation mới và lại dễ dàng kết hợp với một gốc cation đến khi tạo thành polyme có khối lượng phân tử lớn. Bản chất của phản ứng polyme hóa này là tự xúc tác. Ứng dụng của PANi PANi hay một số polyme khác hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi vào tất cả các ngành công nghệ kỹ thuật cao, bởi tính ưu việt của chúng. PANi được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như chế tạo điện cực của pin, thiết bị điện sắc và điện hóa, cố định enzim, ứng dụng trong ngành dệt (kết hợp với nilon và polyeste),... Nhờ có tính bán dẫn, PANi được sử dụng trong việc chế tạo các thiết bị điện và điện tử: điốt, tranzito, linh kiện bộ nhớ,...với công nghệ chế biến đơn giản, chi phí thấp hơn mà vẫn đạt được những mong muốn của con người.[ 2,21 ] PANi còn có ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ kim loại. Bằng thực nghiệm, các nghiên cứu gần đây cho thấy dạng Pernigranilin màu xanh thẫm - trạng thái oxy hoá cao nhất của PANi có khả năng ngăn chặn sự tấn công của axit hay môi trường ăn mòn. Trong thực tế, PANi dạng kích thước nano được phân tán vào sơn để làm vật liệu chống ăn mòn. Một trong các ứng dụng quan trọng khác của PANi là làm vật liệu cho nguồn điện. Ắc quy polyme thường có năng lượng, chu kỳ phóng nạp cao. Điện cực polyme có thể đóng vai trò anot hoặc catot trong ắc quy. Người ta còn sử dụng PANi như một chất hấp phụ kim loại nặng khi cho dung dịch chứa kim loại nặng chảy qua cột nhồi PANi. [17,21] 11