Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính phụ phẩm từ cây đay làm vật liệu xử lý một số kim loại nặng trong nước

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

67
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính bột gỗ thân cây đay theo phương pháp amidoxime hóa, khảo sát các đặc tính cơ bản của bột thân đay và vật liệu biến tính, đánh giá khả năng xử lý KLN (Cu2+, Ni2+, Zn2+) trong nước của vật liệu đã biến tính. Sau đây là tóm tắt của luận văn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính phụ phẩm từ cây đay làm vật liệu xử lý một số kim loại nặng trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------------------------------- PHẠM THỊ DINH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH PHỤ PHẨM TỪ CÂY ĐAY LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
Công trình được hoàn thành tại: Trường đại học Khoa hoc Tự nhiên (ĐHQGHN) Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đỗ Quang Huy Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà Phản biện 2: TS. Nguyễn Kiều Hưng Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ họp tại: Phòng 404 nhà T2, ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) vào 9h giờ ngày 30 tháng 12 năm 2015 Có thể tìm đọc luận văn tại: - Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội
TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ và tên học viên: Phạm Thị Dinh Giới tính: Nữ Ngày sinh: 12/12/1991 Nơi sinh: Tiền Hải, Thái Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Đỗ Quang Huy, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQGHN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu biến tính phụ phẩm từ cây đay làm vật liệu xử lý một số kim loại nặng trong nước” 1
MỞ ĐẦU Kim loại nặng (KLN) và những hợp chất của chúng được biết đến như các chất độc tồn tại lâu dài trong môi trường và có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật. Ở dạng vết, chúng có thể là các nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho cơ thể con người. Tuy nhiên, khi ở nồng độ cao, các ion KLN lại có tính độc, có thể gây rủi ro lâu dài đến con người và hệ sinh thái. Ở Việt Nam, không có nhiều nghiên cứu về tái chế phụ phẩm nông nghiệp, trong đó có phụ phẩm từ cây đay để tạo ra vật liệu xử lý KLN trong nước. Để đóng góp vào hướng nghiên cứu tiềm năng này, tôi chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu biến tính phụ phẩm từ cây đay làm vật liệu xử lý một số kim loại nặng trong nước”. Đề tài được tiến hành với các mục đích biến tính phụ phẩm từ cây đay để xử lý một số ion KLN (Cu2+, Ni2+, Zn2+) trong nước. Nội dung nghiên cứu tập trung vào một số vấn đề sau: - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính bột gỗ thân cây đay theo phương pháp amiđoxim hóa, - Khảo sát các đặc tính cơ bản của bột thân đay và vật liệu biến tính, - Đánh giá khả năng xử lý KLN (Cu2+, Ni2+, Zn2+) trong nước của vật liệu đã biến tính. 2
Chương 1 – TỔNG QUAN 1.1. Xử lý kim loại nặng trong nước bằng vật liệu có nguồn gốc thực vật 1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước 1.1.2. Xử lý kim loại nặng trong nước bằng sinh khối thực vật 1.2. Đặc điểm sinh học của cây đay 1.3. Tình hình sản xuất đay trên toàn thế giới 1.4. Các ảnh hưởng môi trường của cây đay và sản phẩm từ đay 1.5. Tiềm năng sử dụng phụ phẩm cây đay làm vật liệu xử lý ô nhiễm môi trường Chương 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Thân cây đay sau khi tách sợi được thu thập tại xã Nam Thắng, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình. Thân cây đay được rửa sạch với nước cất, sấy khô ở 105ºC và nghiền thành dạng bột đến kích thước < 0,5 mm, được bảo quản trong hộp plastic. Các mẫu nước nhân tạo chứa độc lập các ion kim loại nặng (Zn2+, Ni2+, Cu2+) ở các nồng độ khác nhau được pha loãng từ dung dịch gốc chuẩn có nồng độ 1000 mg/L. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp biến tính vật liệu 2.2.2. Xác định đặc tính cơ bản của vật liệu 2.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu đã biến tính 3
Chương 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính cơ bản của bột thân đay 3.1.1. Đặc điểm hình thái bề mặt của bột thân đay Kết quả phân tích trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy độ dày các mảnh bột thân đay khoảng 5 μm. Bề mặt của bột thân đay ban đầu có các mảng bám nhỏ dạng vảy (Hình 1). a) Ảnh chụp độ phóng đại 1000 lần b) Ảnh chụp ở độ phóng đại 2500 lần Hình 1. Ảnh SEM bề mặt bột thân đay 3.1.2. Đặc điểm cấu trúc của bột thân đay Hình 2. Phổ nhiễu xạ tia X của bột thân đay 4
Các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của dạng cellulose I xuất hiện ở vị trí góc 2θ là 22,52o (002); 16,01 (101-) và 15,11 (101). Chỉ số tinh thể của cellulose trong bột thân đay có giá trị là 55,76 %. 3.1.3. Đặc điểm liên kết, nhóm chức Hình 3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của bột thân đay Các đỉnh hấp thụ ở số sóng 3.350 cm-1 biểu thị dao động của nhóm (–OH). Trong khi đó, đỉnh hấp thụ ở số sóng 1.739 cm-1 thể hiện sự tồn tại của liên kết C=O trong nhóm cacboxyl. Liên kết C–O tại vị trí vòng thơm của lignin xuất hiện ở số sóng 1.250 cm-1. Vạch phổ ở số sóng xuất hiện ở số sóng 1.598 cm-1 thể hiện dao động dãn của liên kết C=C trong các axit béo. 3.2. Quy trình biến tính tạo vật liệu amidoxime hóa từ bột thân đay 3.2.1. Xử lý bằng dung dịch NaOH 3.2.1.1. Làm giàu cellulose trong bột thân đay Ở khoảng nồng độ NaOH từ 10% trở lên, hàm lượng cellulose đạt mức cao và gần như ổn định. 5
Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến khối lượng còn lại và hàm lượng cellulose trong bột thân đay 3.2.1.2. Xác định chỉ số tinh thể của cellulose trong bột thân đay bằng phổ nhiễu xạ tia X Bột thân đay ban đầu C0 và bột thân đay được xử lý với dung dịch NaOH ở các nồng độ 5% và 10% là C5 và C10 ở dạng cellulose I. Khi nồng độ NaOH tăng đến 15%, xuất hiện hai đỉnh đỉnh nhiễu xạ của cellulose II. Khi nồng độ NaOH tăng lên thì chỉ số tinh thế lại giảm và đạt giá trị tối thiểu 45,45% tại nồng độ NaOH là 15%. Do đó, nồng độ NaOH 15% là nồng độ thích hợp nhất để xử lý bột thân đay. 6
Hình 5. Phổ nhiễu xạ tia X của bột thân đay ban đầu và xử lý ở các nồng độ dung dịch NaOH khác nhau Hình 6. Sự biến đổi chỉ số tinh thể của cellulose trong bột thân đay khi xử lý với dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau 7
3.2.1.3. Đặc điểm liên kết và nhóm chức bề mặt Hình 7. Phổ hấp thụ hồng ngoại của bột thân đay ban đầu và xử lý ở các nồng độ NaOH khác nhau Đỉnh hấp thụ của nhóm (–OH) giảm dần khi nồng độ NaOH tăng lên do nhóm OH phản ứng với Na+. Đỉnh hấp thụ ở số sóng 1.739 cm-1 mất đi sau khi xử lý bằng kiềm ở tất cả các nồng độ NaOH trong nghiên cứu. 3.2.2. Đồng trùng hợp ghép acrylonitril lên bột thân đay bằng hệ khơi mào natri bisunphit/amoni pesunphat (SB/APS) 3.2.2.1. Cơ chế của phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylonitri bằng hệ khơi mào natri bisunphit/amoni pesunphat Gốc tự do tạo thành từ phản ứng của hệ khơi mào, sau đó, các gốc này tiếp tục phản ứng với nhóm OH trên mạch xenlulozơ để hình thành các gốc cao phân tử. Các gốc cao phân tử này tiếp tục khởi xướng phản ứng đồng trùng hợp ghép AN lên mạch xenlulozơ và phản ứng trùng hợp acrylonitril. 8
3.2.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất khơi mào Kết quả cho thấy, tỷ lệ ghép (G%) đạt cao nhất là 13,13% và hiệu suất ghép đạt 3,24% khi tỷ lệ SB/APS là 0,75. Hình 8. Ảnh hưởng của tỷ lệ SB/APS đến khả năng ghép AN lên thân đay 3.2.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ hệ khơi mào SB/APS Tổng nồng độ hệ khơi mào [I] = [SB] + [APS]. Khả năng ghép tốt nhất đạt được khi tổng nồng độ khơi mào là 0,35 mol/L với tỷ lệ ghép là 13,13% và hiệu suất ghép là 3,24%. 9
Hình 9. Ảnh hưởng của tổng nồng độ hệ khơi mào đến khả năng ghép của AN lên bột thân đay 3.2.2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ acrylonitril/đay Khi tỷ lệ AN/đay tăng lên đến 4,86 thì tỷ lệ ghép đạt cao nhất là 88,63% và hiệu suất ghép là 18,24%. Hình 10. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng AN/đay đến khả năng ghép AN lên bột thân đay 10
3.2.2.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Có thể thấy, khả năng ghép tăng nhanh khi thời gian phản ứng tăng từ 2h đến 2,5h; đạt giá trị tỷ lệ ghép và hiệu suất ghép tối đa lần lượt là 131,36% và 27,03% ở 2,5h.. Hình 11. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng ghép AN lên bột thân đay 3.2.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ Kết quả cho thấy, tỷ lệ ghép và hiệu suất ghép tăng khi tăng nhiệt độ từ 40 đến 60ºC, sau đó giảm dần khi nhiệt độ tăng lên đến 70ºC. Tỷ lệ ghép và hiệu suất ghép cao nhất đạt được khi nhiệt độ phản ứng ở 60ºC lần lượt bằng 131,36% và 27,03%. 11
Hình 12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng ghép AN lên bột thân đay 3.2.3. Phản ứng amiđoxim hoá 3.2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ NH2OH.HCl Hình 13. Ảnh hưởng của nồng độ NH2OH.HCl 12
Khi nồng độ NH2OH.HCl tăng lên từ 10 đến 15% thì hàm lượng nitơ tăng không đáng kể; đạt 8,35% ở 10%, 8,43% ở 12,5% và 8,54% ở 15%. Như vậy, nồng độ NH2OH.HCl 10% là nồng độ mà phản ứng tạo thành nhóm amiđoxim đạt trạng thái ổn định. 3.2.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Kết quả cho thấy, hàm lượng nitơ tăng nhanh khi nhiệt độ phản ứng tăng trong khoảng từ 25ºC lên 60ºC và đạt tối đa là 10,47% ở 60ºC. Hình 14. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 3.2.3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng nitơ cũng như hàm lượng nhóm amiđoxim trong vật liệu tăng nhanh khi thời gian phản ứng tăng đến 120 phút. Khi tiếp tục tăng thời gian lên 180 và 240 phút thì hàm lượng nitơ tăng chậm và đạt 13
ổn định khi thời gian phản ứng là 240 phút. Như vậy, thời gian bão hòa của phản ứng amidoxime là 240 phút. Hình 15. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Từ các kết quả tối ưu hóa các bước trong phương pháp biến tính tạo vật liệu chứa nhóm amidoxime, sơ đồ quy trình biến tính vật liệu được thể hiện trên hình 16. 14
Hình 16. Quy trình biến tính tạo vật liệu amidoxime hóa từ bột thân đay 15
3.3. Đặc tính của vật liệu đã biến tính a. b. c. d. Hình 17. Đặc điểm hình thái bề mặt của bột thân đay ban đầu (a), đay xử lý bằng NaOH 15% (b), đay đã ghép AN (c) và vật liệu đã biến tính (d) Sau khi amđoxime hóa, bề mặt bột thân đay trở nên dày hơn và xốp hơn so với đay ban đầu và đay xử lý bằng NaOH. Phổ bột thân đay sau khi ghép AN xuất hiện đỉnh hấp thụ ở vị trí 2.260 cm-1, biểu thị cho sự kéo căng của liên kết 16
C≡N. Sau khi amiđoxim hóa, ba đỉnh hấp thụ xuất hiện ở vị trí 2.260, 1.660 và 910 cm-1 tương ứng với các liên kết C≡N, C=N và N–OH. Hình 18. Phổ hấp thụ hồng ngoại của bột thân đay ban đầu (a), sau xử lý NaOH 15% (b) và ghép AN (c) Về đặc điểm điện tích bề mặt, vật liệu đã biến tính có bề mặt âm điện hơn so với bột thân đay xử lý NaOH và bột thân đay ban đầu. Thế zeta của vật liệu giảm nhanh khi pH thay đổi từ 2 đến 6; khi pH > 6, thế zeta giảm chậm và gần như không giảm khi tăng pH từ 10 đến 11. 17
Hình 19. Phổ hấp thụ hồng ngoại của vật liệu Hình 20. Thế zeta của bột đay ban đầu, sau xử lý NaOH 15% và vật liệu 18