Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với mục đích góp phần nghiên cứu kỹ thuật xử lý các phẩm màu hữu cơ bằng phương pháp hấp phụ, đặc biệt là xử lý phẩm màu họ azo bằng vật liệu hấp phụ có từ tính, nên đề tài luận văn “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước". 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: Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Mai Phương TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ CÓ TỪ TÍNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI PHẨM MÀU AZO TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60440120 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. CHU XUÂN QUANG 2. PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG
Hà Nội – 2015 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Chu Xuân Quang 2. PGS.TS. Đỗ Quang Trung Phản biện 1: TS Phương Thảo Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Khắc Uẩn Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ họp tại Khoa Hoá học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGN vào 13h30 ngày 11 tháng 01 năm 2016.
Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội.
MỞ ĐẦU Hiện nay, trước sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước về kinh tế và xã hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nước là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô nhiễm môi trường đang ở mức báo động. Một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn là ngành dệt nhuộm. Bên cạnh các công ty, nhà máy còn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống. Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất hầu như không được xử lý, mà được thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống hồ ao, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải bằng các loại thuốc nhuộm khác nhau như thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền màu...) [7,8]. Bên cạnh những lợi ích của chất tạo màu họ azo trong công nghiệp nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ khi mà các chất này được thải ra môi trường. 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 là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [19,30]. Với mục đích hiểu rõ hơn về đặc điểm quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là hợp chất tạo màu họ azo bằng vật liệu hấp phụ có từ tính, qua đó xác định được điều kiện thích hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế nên đề tài luận văn “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước ” đã được thực hiện. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Chitosan 1.1.1. Khái quát về chitosan Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân huỷ sinh học và có tính tương thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặ biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định ... Trong các loài thuỷ sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin – chitosan chiếm khá cao dao động từ 1435% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan. Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan và xenlulozo Chitosan và các dẫn xuất của nó có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng. Không gây độc hại cho người và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như Co(II), Ni(II), Cu(II)... do vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải và bảo vệ môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học.... 5
Chitosan có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp: Cu(II), Ni(II), Co(II).... trong môi trường nước. Vì vậy chitosan đang được nghiên cứu kết hợp với một số chất khác để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước. 1.1.2. Tính chất của chitosan Không độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả năng phân hủy sinh học nên không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường. Cấu trúc ổn định Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH
Trong phân loại vật liệu từ Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit có công thức tổng quát MO. Fe3O4 có cấu trúc spinel (M là kim loại hóa trị II như : Fe, Ni, Co, Mn, Mg hoặc Cu) Hinh Hình 1.2 : Cấu trúc spinel của Fe3O4 Mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ tổng cộng là 4µβ ( µβ là magneton bohr nguyên tử, µβ = 9,274.1024 J/T trong hệ SI) 1.2.2. Tính chất Một vài oxit sắt có chung cấu trúc tinh thể với các tương đồng khoáng chất khác nhau. VD: gocthie có cấu trúc giống với diaspore ( αALOOH), quặng sắt từ giống với spinel (MgAl2O3). Các cấu trúc của oxit sắt được xác định bởi sự sắp xếp của các ion oxy hay hydroxide. Các ion dương chiếm các vị trí so le đối với lớp các ion âm. Bất cứ vật liệu nào đều có sự ảnh hưởng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng độ từ hóa ( từ độ M). Tỷ số C = M/N được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có C 0 (~106) được gọi là vật liệu thuận từ. Vật liệu có C > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferit từ. Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu. VD: từ độ bão hòa Ms ( từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), cảm ứng từ dư Br ( từ độ còn dư sau khi từ hóa đến độ bão hòa và đưa mẫu ra khỏi từ trường), lực kháng từ Hc ( từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ). 7
1.3. Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải Trong phương pháp hấp phụ để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm trong nước thải thường sử dụng kỹ thuật hấp phụ tầng cố định với các cột có đường kính từ 0,1 đến 1,5 m và chiều cao có thể lên đến hơn 10 m. Các cột thường được nhồi các vật liệu như than hoạt tính, zeolit...Dung dịch nước thải được dẫn lên đầu cột, khi đi qua vật liệu hấp phụ các chất ô nhiễm bị giữ lại, nước sạch được xử lí đi ra ngoài. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là thời gian tái sinh vật liệu hấp phụ lâu, quá trình vận hành hay bị hiện tượng tắc cột phải nạp lại, tốn về thời gian và kinh phí. Đối với kĩ thuật hấp phụ tầng động, nhiều trường hợp quá trình lắng kéo dài làm ảnh hưởng đến tốc độ xử lí nước thải. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo nhựa trao đổi ion có từ tính và nghiên cứu ứng dụng trong xử lí nước thải [31,32]. Khi có tác dụng của từ trường các vật liệu hấp phụ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp huyền phù nhanh hơn do vậy làm tăng tốc độ quá trình xử lí và tái sinh vật liệu. Tuy nhiên, việc sử ụng vật liệu polyme tổng hợp có thể tạo ra các monome khó phân hủy, gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường. Do đó, xu hướng xử dụng các loại polyme có sẵn trong thiên nhiên được các nhà khoa học rất quan tâm, trong đó chitosan là vật liệu được chú ý nhiều nhất do có cấu trúc và tính chất hóa lý đặc biệt, hoạt tính cao và khả năng lựa chọn rất tốt đối với các hợp chất và kim loại nặng. Chính vì thế, chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo ra vật liệu chitosan cố định các hạt Fe3O4 để xử lí nước thải dệt nhuộm. 1.4. Đặc tính và một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 1.4.1. Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia, lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 65 lít và thải ra 10 40 lít nước [7,8]. 8
Đối với con người, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, đường tiêu hóa. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, 4 – amino – azo – benzen). Các nhà sản xuất Châu Âu đã cho ngừng sản xuất các loại thuốc nhuộm này nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao . 1.4.2. Các loại thuốc nhuộm thông thường Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại không còn sử dụng nhiều do nước thải sau khi nhuộm chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thuốc nhuộm dạng hữu cơ mang màu hiện rất phổ biến trên thị trường. 1.4.3. Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm 1.4.3.1. Phương pháp keo tụ Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm. Nước thải dệt nhuộm có tính chất như một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 107 – 105 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc. Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan, vì những hạt rắn có kích thước quá nhỏ.Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu phân nhỏ thành các tập hợp lớn hơn.Việc khử các hạt keo đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau bằng các chất đông tụ. Các khối kết tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị sa lắng xuống, trong quá trình sa lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. Để tăng tốc độ keo tụ, tốc độ sa lắng, tốc độ nén ép các bông keo và đặc biệt để làm giảm lượng chất keo tụ có thể dùng thêm các chất trợ keo, chất này có vai trò liên kết giữa các hạt keo với nhau [1]. 1.4.3.2. Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOP Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị 9
oxy hóa bởi các chất oxy hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị phân hủy bởi vi sinh vật. Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa để tạo ra các gốc tự do như OH• có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu cơ bền thành các sản phẩm bền vững như CO 2 và các axit vô cơ không gây khí thải. Một số ví dụ về phương pháp oxi hóa tăng cường như Fenton, Peroxon, catazon, quang fenton và quang xúc tác bán dẫn. 1.4.3.3. Phương pháp hấp phụ Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia giữa các pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được hấp phụ trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ. Phương pháp hấp phụ là một phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong nước, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có các ưu điểm sau: Có khả năng làm sạch nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng. Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp. Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao. Vật liệu ứng dụng trong phương pháp hấp phụ rất đa dạng : than hoạt tính, zeolite, composit, đất sét, silicagel... Với mỗi loại vật liệu có đặc điểm và tính chọn lọc riêng phù hợp với từng mục đích nghiên cứu và sử dụng thực tiễn. 1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu azo 1.5.1. Đặc điểm cấu tạo Hợp chất azo là những hợp chất màu tổng hợp có chứa nhóm azo N= N. Hầu hết các loại hợp chất màu azo chỉ chứa một nhóm azo (gọi là monoazo), một số ít chứa hai nhóm hoặc nhiều hơn. Hợp chất azo thường có chứa một vòng 10
thơm liên kết với nhóm azo và nối với một naphtalen hay vòng benzen thứ hai. Sự khác nhau giữa các hợp chất azo chủ yếu ở vòng thơm, các nhóm quanh liên kết azo giúp ổn định nhóm –N = N – bởi chính những nhóm này tạo nên một hệ thống chuyển động, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới màu sắc của hợp chất azo. Khi hệ thống chuyển vị và phân chia sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ thường xuyên ánh sáng ở vùng khả kiến [12,13]. 1.5.2. Tính chất Hợp chất màu azo bền hơn tất cả các phẩm màu thực phẩm tự nhiên. Đặc biệt, phẩm màu azo bền trong phạm vi pH khá rộng của thực phẩm, bền với nhiệt khi phơi dưới ánh sáng và oxy, rất khó bị phân hủy bởi các vi sinh vật. Chính vì vậy, các hợp chất màu azo được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp (thực phẩm, in, nhuộm...) [2,21]. CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp vật liệu có từ tính Chitosan/Fe 3O4 nhằm đánh giá hiệu quả xử lí phẩm màu azo có trong nước thải dệt nhuộm. Để thực hiện được mục tiêu này nội dung nghiên cứu được thực hiện như sau: Tổng hợp Chitosan/ Fe3O4 ở các điều kiện nồng độ và thời gian phản ứng khác nhau. Khảo sát và đánh giá khả năng sử dụng chitosan thương mại và oxit sắt từ thương mại. Khảo sát và đánh giá bề mặt vật liệu và khả năng hấp phụ hai loại phẩm màu azo. 2.2. Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 2.2.1 Hóa chất và Vật liệu nghiên cứu Dung dịch Alizrin vàng G 1000 mg/l : Cân chính xác 1,0 gam Alizarin vàng G vào cốc 250 ml chứa nước cất, đun nóng ở 400C, để nguội, định mức bằng nước cất đến 1000 ml. Các dung dịch có nồng độ khác sử dụng trong thực nghiệm sẽ được pha loãng trực tiếp từ dung dịch này. 11
Dung dịch Methyl đỏ 1000 mg/l : Cân chính xác 0,1 gam Methyl đỏ vào cốc 500 ml nước cất, đun cách thuỷ ở 400C, để nguội, định mức bằng nước cất đến 1000 ml. Các dung dịch có nồng độ khác sử dụng trong thực nghiệm sẽ được pha loãng trực tiếp từ dung dịch này. Dung dịch HCl, NaOH, CH3COOH, glutaralđehyt. Các dung dịch muối clorua, các dung dich muối natri. 2.2.2. Thiết bị Máy trắc quang UVVis THERMO ELECTRON COVPORATION Điện cực đo pH THERMO SCIENTIFIC Máy đo độ đục (HI 98703) Máy phân tích đa chỉ tiêu (DR600) Cân phân tích HR200 – SHIMMADZU Bộ máy khuấy Jar tester Tủ sấy MENMERT Đức Máy khuấy từ MSH 20 D/MS – MP4 Máy hút chân không LAB LABOPORT 2.3. Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong dung dịch Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, xác định hàm lượng phẩm màu còn lại sau quá trình hấp phụ của chitosan, Fe3O4 và các vật liệu chúng tôi khảo sát lại khả năng hấp thụ ánh sáng của 2 loại phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) ở các pH khác nhau. Chuẩn bị các dung dịch phẩm màu (Methyl đỏ, Alizarin vàng G) có nồng độ 5 mg/l trong các pH khác nhau(2, 4, 6, 8, 10). Khảo sát độ hấp thụ ánh sáng trong khoảng bước sóng từ 200 – 800 nm. Tìm khoảng bước sóng tối đa và ổn định, khảo sát tiếp với khoảng cách 2nm để tìm bước sóng tối ưu. Các kết quả được thể hiện trên hình 2.1, 2.2 : Hình Hình 2.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH Hình Hình 2.2. Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng G vào pH 12
Từ các số liệu biểu diễn trên đồ thị cho thấy độ hấp thụ quang của các phẩm màu ổn định và đạt cực đại tại : bước sóng 524 nm tại pH của dung dịch là 4 đối với Methyl đỏ, bước sóng 352 nm tại pH của dung dịch là 7 đối với Alizarin vàng G. Trên cơ sở này chúng tôi xây dựng đường chuẩn đối với từng phẩm màu. Kết quả được thể hiện trên bảng 2.1, 2.2 và hình 2.3, 2.4. Bảng Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ C (mg/L) 2 4 6 8 10 20 40 60 80 Abs 0,045 0,08 0,12 0,15 0,19 0,37 0,74 1,1 1,56 Hình Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ Bảng Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Alizarin vàng G C (mg/l) 10 20 30 40 60 80 100 Abs 0,065 0,14 0,192 0,256 0,383 0,490 0,637 Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng G 13
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu 3.1.1. Hình thái học của vật liệu Vật liệu Fe3O4, FMMC11, FMMC21 và FMMC31 được chọn lựa để so sánh hình thái bề mặt. Kết quả được thể hiện trên hình 3.1. Hình 3.1: Kết quả chụp SEM của vật liệu a. Fe 3O4; b. FMM-C11; c. FMM-C21; d. FMM-C31 Từ kết quả chụp SEM của vật liệu Fe 3O4, ta thấy Fe3O4 tồn tại dưới dạng hình cầu và phân bố không đồng đều. Kết quả chụp SEM của các mẫu vật liệu FMMC11, FMMC21, FMMC31 có thể thấy các hạt Fe3O4 đã được tổ hợp vào trong cấu trúc mạng chitosan polime, phân bố đồng đều trên bề mặt vật liệu. 3.1.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại Cấu trúc của vật liệu chitosan, FMMC11, FMMC21 và FMMC31 được phân tích qua phổ hồng ngoại IR. Kết quả được thể hiện trong hình 3.2. Hinh Hình 3.2: Phổ IR của vật liệu a. Chitosan, b. FMMC11, c. FMMC21, d. FMMC31 14
Với kết quả phổ IR của vật liệu, ta thấy xuất hiện pic hình a,b,c,d lần lượt ở 3411; 3427; 3413; 3399 cm1 với chân pic rộng đặc trưng cho dao động của liên kết OH. Pic ở 1644 và 1379; 1633 và 1416; 1633 và 1376; 1645 và 1376 cm1 đặc trưng cho dao động của liên kết C=O và NH. Pic ở 1086; 1061; 1068; 1067 cm1 đặc trưng cho dao động liên kết CO trong (OCO). Ở hình b,c,d có pic ở 572; 580; 579 cm 1 là pic đặc trưng cho dao động của liên kết FeO. Từ kết quả chụp phổ IR cho thấy, ta đã tổ hợp được vật liệu chitosan/ oxit sắt từ. 3.1.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMMC11; d. FMMC21; e. FMMC31 Từ giản đồ trên, ta thấy vật liệu chitosan tồn tại dưới dạng vô định hình. Các vật liệu còn 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 hòa Các mẫu vật liệu Fe3O4, FMMC11, FMMC21 và FMMC31 đã được phân tích bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Các kết quả được thể hiện trong hinh 3.4. Hình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d. FMM-C31 15
Từ kết quả chụp phổ cho thấy từ độ bão hòa của các vật liệu Fe 3O4, FMM C11, FMMC21 và FMMC31 lần lượt là 72; 37.8; 24; 16 emu/g. Khi từ độ bão hòa 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 1020 emu/g. Do đó, chúng tôi chọn vật liệu FMMC31 làm vật liệu hấp phụ. 3.1.5. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu Hinh Hình 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 FMMC11, FMMC21và FMMC31 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 . Kết quả được biểu diễn ở bảng 3.2 và hình 3.6. Bảng Bảng 3.2. Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu Thời gian Chitosan Chitosan Chitosan FMM11 FMM21 FMM31 (phút) thô oligome 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 16
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 Hình 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 FMMC31 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 FMMC11, FMM21 và FMMC31 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 3.1 Bảng Bảng Bảng 3.1. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM C11, FMMC21 và FMMC31 Co(mg/l) Ct(mg/l) Qt (mg/g) FMMC11 500 322 17,8 FMMC21 500 129,6 37,04 FMMC31 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 FMMC31 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 FMMC31 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 FMMC31 để khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu alizarin vàng G và metyl đỏ. 17
3.2.1. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật liệu hấp phụ FMMC31 a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMMC31 đối với phẩm màu metyl đỏ Bảng Bảng 3.6. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMMC31 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 Hình 3.13: 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 FMMC31 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 Bảng 3.7. 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 FMMC31 18
Bảng 3.8. Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMMC314 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 40 20,12 1,99 10,12 1,30 0,30 60 40,11 1,99 20,16 1,60 0,30 Hinh Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ Từ đồ thị ta tính được vật liệu FMMC31 có dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại: qmax=1/0,4898= 2,04 (mg/g). 3.2.2. Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMMC31 a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ Bảng Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng 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 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu Từ đồ thị hình, cho ta thấy đối với vật liệu FMMC31 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. 19
b. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMMC31. Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMMC31. 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 3.4 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. Bảng 3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại của vật liệu FMMC31 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 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của alizarin vàngG KẾT LUẬN Qua 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”, tôi đã thu được những kết quả chính như sau: 20