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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chitosan 1.1.1 Khái quát chitosan 1.1.2 Tính chất chitosan 1.1.3 Ứng dụng chitosan 1.2 Oxit sắt từ 1.2.1 Khái quát oxit sắt từ 1.2.2 Tính chất oxit sắt từ .6 1.2.3 Một số ứng dụng oxit sắt .7 1.3 Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải 1.4 Đặc tính số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm .8 1.4.1 Đặc tính nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm 1.4.2 Các loại thuốc nhuộm thông thường 10 1.4.3 Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm .13 1.4.3.1 Phương pháp keo tụ 13 1.4.3.2 Phương pháp oxy hóa tăng cường 14 1.5 Khái niệm chung hợp chất màu azo 17 1.5.1 Đặc điểm cấu tạo 17 1.5.2 Tính chất .18 1.5.3 Độc tính với môi trường .18 CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM .19 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 19 2.2.1 Hóa chất Vật liệu nghiên cứu 19 2.2.2 Thiết bị 19 2.3 Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu dung dịch 20 2.4 Tổng hợp vật liệu có từ tính có khả hấp phụ/ trao đổi ion .22 2.5 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu 23 2.5.1 Phương pháp phổ hồng ngoại .23 2.5.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét 23 2.5.3 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng 23 2.5.4 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD– X–Rays Diffraction) 24 2.5.5 Phương pháp từ kế mẫu rung .26 2.5.6 Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ cực đại 27 2.6 Khảo sát khả hấp phụ phẩm màu vật liệu 33 2.6.1 Khảo sát thời gian cân vật liệu hấp phụ FMM-C31 dung dịch Alizarin vàng G .33 2.6.2 Khảo sát thời gian cân vật liệu hấp phụ FMM-C31 dung dịch Methyl đỏ 33 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Alizarin vàng G vật liệu FMM-C31 34 2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Methyl đỏ vật liệu FMM-C31 .34 2.6.5 Xác định dung lượng hấp phụ Alizarin vàng cực đại vật liệu FMM-C31 34 2.6.7 Xác định thời gian lắng vật liệu 35 2.6.8 So sánh hấp phụ ba loại vật liệu FMM-C11, FMM-C21 FMMC31 35 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Một số đặc trưng vật liệu 36 3.1.1 Hình thái học vật liệu 36 3.1.2 Kết phân tích phổ hồng ngoại 37 3.1.3 Kết phân tích nhiễu xạ tia X 38 3.1.4 Xác định đường cong từ hóa từ độ bão hòa 41 3.1.5 Diện tích bề mặt riêng vật liệu .43 3.1.6 Đánh giá khả lắng vật liệu 44 3.1.7 So sánh tính hấp phụ vật liệu 45 3.2 Khảo sát số điều kiện hấp phụ sử dụng vật liệu chitosan/oxit sắt từ FMM-C31 46 3.2.1 Khảo sát số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ vật liệu hấp phụ FMM-C31 46 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO .54 PHỤ LỤC 57 Một số hợp chất azo thường gặp 57 Sơ đồ tổng hợp vật liệu chitosan/Fe3O4 58 DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG 1.1 ĐẶC TÍNH NƯỚCTHẢI CỦA MỘT SỐ CƠ SỞ DỆT NHUỘM Ở HÀ NỘI BẢNG 1.2 QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM .9 BẢNG 2.1 SỐ LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ METHYL ĐỎ 21 BẢNG 2.2 SỐ LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ALIZARIN VÀNG G .21 44 BẢNG 3.2 SO SÁNH SỰ HẤP PHỤ ALIZARIN VÀNG CỦA LOẠI VẬT LIỆU FMM-C11, FMM-C21 VÀ FMM-C31 45 BẢNG 3.3 KHẢO SÁT THỜI GIAN CÂN BẰNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 ĐỐI VỚI PHẨM MÀU METHYL ĐỎ .46 BẢNG 3.3 KHẢO SÁT THỜI GIAN CÂN BẰNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 ĐỐI VỚI PHẨM MÀU METHYL ĐỎ .46 BẢNG 3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METHYL ĐỎ VỦA VẬT LIỆU .47 BẢNG 3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METHYL ĐỎ VỦA VẬT LIỆU .47 BẢNG 3.5 KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG HẤP PHỤ METHYL ĐỎ CỰC ĐẠI CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 48 BẢNG 3.5 KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG HẤP PHỤ METHYL ĐỎ CỰC ĐẠI CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 48 BẢNG 3.6 KHẢO SÁT THỜI GIAN CÂN BẰNG HẤP PHỤ ALIZARIN VÀNG G 49 BẢNG 3.7 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ALIZARIN VÀNG G CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 50 BẢNG 3.8 KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG HẤP PHỤ ALIZARIN VÀNG G CỰC ĐẠI CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 51 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ HÌNH 2.1 ĐỒ THỊ SỰ PHỤ THUỘC ĐỘ HẤP THỤ QUANG METHYL ĐỎ VÀO PH 20 HÌNH 2.2 ĐỒ THỊ SỰ PHỤ THUỘC ĐỘ HẤP THỤ QUANG ALIZARIN VÀNG G VÀO PH 21 HÌNH 2.3 ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ METHYL ĐỎ 21 HÌNH 2.4 ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ALIZARIN VÀNG G .22 HÌNH 2.5: CÁC KIỂU ĐƯỜNG HẤP PHỤ-GIẢI HẤP ĐẲNG NHIỆT THEO IUPAC 24 HÌNH 2.6: SỰ PHẢN XẠ TRÊN BỀ MẶT TINH THỂ .25 HÌNH 2.7: SƠ ĐỒ KHỐI TỪ KẾ MẪU RUNG 26 HÌNH 2.8 ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR .33 HÌNH 2.9 SỰ PHỤ THUỘC CỦA CF/Q VÀO CF .33 HÌNH 3.1: KẾT QUẢ CHỤP SEM CỦA VẬT LIỆU A FE3O4; B FMM-C11; C FMM-C21; D FMM-C31 36 HÌNH 3.2: PHỔ IR CỦA VẬT LIỆU A CHITOSAN, B FMM-C11, C FMM- C21, D FMM-C31 38 HÌNH 3.3: GIẢN ĐỒ NHIỄU XẠ TIA X CỦA VẬT LIỆU A) CHITOSAN; B) FE3O4; C) FMM-C11; D) FMM-C21; E) FMM-C31 41 HÌNH 3.4: ĐƯỜNG CONG TRỄ TỪ CỦA VẬT LIỆU A) FE3O4; B)FMM-C11; C)FMM-C21;D) FMM-C31 .42 HÌNH 3.5: KẾT QUẢ CHỤP BET CỦA VẬT LIỆU A FMM-C11; B FMM-C21; C FMM-C31 44 HÌNH 3.6: KHẢO SÁT THỜI GIAN LẮNG CỦA VẬT LIỆU CỦA VẬT LIỆU 45 HÌNH 3.7: ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN THỜI GIAN CÂN BẰNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ CỦA VẬT LIỆU 47 HÌNH 3.8: ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ PHỤ THUỘC CỦA CT/QT VÀO CT CỦA METHYL ĐỎ 48 HÌNH 3.9 : ĐƯỜNG THẲNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 .49 HÌNH 3.10: ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN THỜI GIAN CÂN BẰNG HẤP PHỤ ALIZARIN VÀNG G CỦA VẬT LIỆU 50 HÌNH 3.11: ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ PHỤ THUỘC CỦA CT/QT VÀO CT CỦA ALIZARIN VÀNG G .51 HÌNH 3.12: ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 52 HÌNH 3.13: PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH HẤP PHỤ ALIZARIN VÀNG G CỦA VẬT LIỆU FMM-C31 52 MỞ ĐẦU Hiện nay, phát triển ngày lớn mạnh đất nước kinh tế xã hội, đặc biệt phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp ảnh hưởng lớn đến môi trường sống người Bên cạnh lớn mạnh kinh tế đất nước lại gia tăng ô nhiễm môi trường Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn ngành dệt nhuộm Bên cạnh công ty, nhà máy có hàng ngàn sở nhỏ lẻ từ làng nghề truyền thống Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất không xử lý, mà thải trực tiếp hệ thống cống rãnh đổ thẳng xuống hồ ao, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Việc tẩy, nhuộm vải loại thuốc nhuộm khác 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 (chất tạo màu, chất làm bền màu ) [7,8] Bên cạnh lợi ích chất tạo màu họ azo công nghiệp nhuộm, tác hại không nhỏ mà chất thải môi trường Gần đây, nhà nghiên cứu phát tính độc hại nguy hiểm hợp chất họ azo môi trường sinh thái người, đặc biệt loại thuốc nhuộm gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [19,30] Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa hợp chất azo vấn đề quan trọng nhằm loại bỏ hết chất trước xả môi trường, bảo vệ người môi trường sinh thái Với mục đích góp phần nghiên cứu kỹ thuật xử lý phẩm màu hữu phương pháp hấp phụ, đặc biệt xử lý phẩm màu họ azo vật liệu hấp phụ có từ tính, nên đề tài luận văn “Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính khảo sát khả tách loại phẩm màu azo môi trường nước ” lựa chọn thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chitosan 1.1.1 Khái quát chitosan Về mặt lịch sử, chitin Braconnot phát vào năm 1821, cặn dịch chiết từ loại nấm Ông đặt tên cho chất “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc Năm 1823 Odier phân lập chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa vỏ giáp, ông không phát có mặt nitơ Cuối Odier Braconnot đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xenlulozo Trong động vật, chitin thành phần cấu trúc quan trọng vỏ số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác giun tròn Trong động vật bậc cao monome chitin thành phần chủ yếu mô da giúp cho tái tạo gắn liền vết thương da Trong thực vật chitin có thành tế bào nấm họ zygenmyctes, sinh khối nấm mốc, số loại tảo Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccarit, hình thái tự nhiên dạng rắn Do đó, phương pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất, phương pháp hoá học để biến tính chitin việc sử dụng lựa chọn ứng dụng chitin gặp nhiều khó khăn Còn chitosan sản phẩm biến tính chitin, chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, xay nhỏ thành kích cỡ khác Chitosan xem polymer tự nhiên quan trọng Với đặc tính hoà tan tốt môi trường acid, chitosan ứng dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm Giống xenlulozo, chitosan chất xơ, không giống chất xớ thực vật, chitosan có khả tạo màng, có tính chất cấu trúc quang học Chitosan có khả tích điện dương có khả kết hợp với chất tích điện âm chất béo, lipid acid mật Chitosan polyme không độc, có khả phân huỷ sinh học có tính tương thích mặt sinh học Trong nhiều năm qua, polyme có nguồn gốc từ chitin đặc biệt chitosan ý đặc biệt loại vật liệu có ứng dụng đặ biệt công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm tác nhân kết hợp, gel hoá, hay tác nhân ổn định Trong loài thuỷ sản đặc biệt vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin – chitosan chiếm cao dao động từ 14-35% so với trọng lượng khô Vì vỏ tôm, cua, ghẹ nguồn nguyên liệu để sản xuất chitin – chitosan Hình 1.1: Công thức cấu tạo chitin, chitosan xenlulozo a Như hình vẽ trên, khác biệt chitonsan cellulose nhóm amin (-NH2) vị trí C2 chitosan thay nhóm hydroxyl (-OH) xenlulozo Chitosan tích điện dương có khả liên kết hoá học với chất tích điện âm chất béo, lipit, cholesterol, protein đại phân tử Chitin chitosan có lợi ích mặt thương mại nguồn vật chất tự nhiên tính chất đặc biệt chúng tính tương thích mặt sinh học, khả hấp thụ, khả tạo màng giữ ion kim loại Chitosan dẫn xuất có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả tự phân hủy sinh học cao, không gây dị ứng Không gây độc hại cho người gia súc, có khả tạo phức với số kim loại chuyển tiếp Co(II), Ni(II), Cu(II) chúng ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải bảo vệ môi trường, dược học y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học Hinh qHình 3.5: Kết chụp BET vật liệu a FMM-C11; b FMM-C21; c FMMC31 Dễ nhận thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ (với thang p/po tuyến tính) vật liệu có dạng giống với kiểu IV theo IUPAC Điều cho phép dự đoán tất vật liệu nghiên cứu thuộc loại vật liệu có kích thước mao quản trung bình 3.1.6 Đánh giá khả lắng vật liệu Cân g vật liệu, cho vào ống đong hình trụ 150 ml nước cất, lắc Sau khoảng thời gian định trước lấy 10 ml mẫu khoảng dung dịch để đo độ đục xác định độ lắng Lặp lại thí nghiệm vật liệu gần lắng hết Làm thí nghiệm với vật liệu Kết biểu diễn bảng 3.1 hình 3.6 Từ kết đó, kết luận vật liệu FMM-C31 có độ đục thấp thời gian lắng nhanh Bảng Bảng 3.1 Bảng khảo sát thời gian lắng vật liệuệu 44 FMM11 FMM21 FMM31 Chitosan thô Chitosan oligome Chitosan polime 10 15 20 30 60 548 282 90,3 45,4 32,5 23,5 12,8 3,95 108 34,8 13,3 7,2 6,04 5,15 3,31 1,75 132 34,9 9,02 6,71 6,03 5,9 4,86 3,36 968 508 264 180 166 155 123 77 864 524 486 466 451 425 408 359 1410 336 235 177 169 152 91,9 43,4 Độ đục (NTU) Thời gian (phút) Thời gian lắng (phút) Hinh rHình 3.6: Khảo sát thời gian lắng vật liệu vật liệu 3.1.7 So sánh tính hấp phụ vật liệu Tiến hành lắc hỗn hợp g vật liệu với 100 ml dung dịch Alizarin vàng G 500 mg/L bình tam giác với loại vật liệu FMM-C11, FMM-21 FMM-C31 vòng 180 phút Giữ nguyên pH, đo ghi lại giá trị pH Lấy lượng mẫu định đem lọc, đo độ hấp phụ quang Kết trình bày bảng 3.2 Bảng Bảng 6Bảng 3.2 So sánh hấp phụ alizarin vàng loại vật liệu FMM-C11, FMM-C21 FMM-C31 45 FMM-C11 FMM-C21 FMM-C31 Co(mg/l) 500 500 500 Ct(mg/l) 322 129,6 42,4 Qt (mg/g) 17,8 37,04 45,76 Từ phương trình đường chuẩn, ta tính nồng độ Alizarin vàng G lại 322 mg/L; 129,6 mg/L 42,4 mg/L Kết cho thấy, vật liệu FMM-C31 có khả hấp phụ Alizarin vàng G tốt 3.2 Khảo sát số điều kiện hấp phụ sử dụng vật liệu chitosan/oxit sắt từ FMM-C31 Trên sở thực nghiệm lựa chọn biện luận mục 3.1 Tôi tiến hành tổng hợp vật liệu với quy trình cách tiến hành nêu dùng vật liệu FMM-C31 để khảo sát khả hấp phụ phẩm màu Alizarin vàng G Methyl đỏ 3.2.1 Khảo sát số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ vật liệu hấp phụ FMM-C31 a Khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu FMM-C31 phẩm màu Methyl đỏ Lấy g vật liệu FMM-C31 khuấy 100 ml dung dịch Methyl đỏ 20 mg/L (Co) Sau khoảng thời gian khác nhau, lấy lượng mẫu định lọc qua giấy lọc Đem đo quang, xác định nồng độ metyl đỏ lại dung dịch (Ct) Kết trình bày bảng 3.3 hình 3.7 Bảng 78Bảng 3.3 Khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu FMM-C31 phẩm màu Methyl đỏ Thời gian (phút) 15 30 60 90 120 180 240 Co (mg/L) 20 20 20 20 20 20 20 20 Ct (mg/L) 19,9 11,5 6,1 3,87 3,77 3,66 3,45 3,4 46 Qt (mg/g) 0,001 0,85 1,39 1,61 1,62 1,63 1,66 1,66 Hinh sHình 3.7: Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ metyl đỏ vật liệu Từ đồ thị hình ta thấy, vật liệu FMM-C31 thời gian từ đến 60 phút Dung lượng hấp phụ Methyl đỏ tăng dần, sau 60 phút dung lượng hấp phụ không đổi b Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Methyl đỏ vật liệu Tiến hành khuấy hỗn hợp g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch Methyl đỏ 50 mg/L (Co) vòng 180 phút, mẫu điều chỉnh giá trị pH từ 28 Lấy lượng mẫu định lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH dung dịch thu giá trị pH tương ứng với đường chuẩn phẩm màu Đem dung dịch đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu lại dung dịch, tính tải trọng hấp phụ phẩm màu Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tìm hấp phụ cực đại (qmax) phẩm màu Kết trình bày bảng 3.4 Qua bảng cho thấy Methyl đỏ, pH sau xử lý pH thấp có xu hướng tăng nhẹ Đối với pH cao > có xu hướng giảm, dao động xung quanh pH = Quá trình hấp phụ màu xảy mạnh pH = Ở pH cao, hiệu suất xử lý độ màu thấp 910Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Methyl đỏ vủa vật liệu pH ban đầu pH sau hấp phụ 2,36 6,41 7,54 Co (mg/L) 50 50 50 47 Ct (mg/L) Qt (mg/g) 7,05 6,9 8,6 4,29 4,31 4,1 10 7,79 8,17 50 50 14,35 14,29 3,56 3,57 c Khảo sát dung lượng hấp phụ Methyl đỏ cực đại vật liệu FMM-C31 Tiến hành khuấy hỗn hợp g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch Methyl đỏ, có nồng độ ban đầu (Co) khác khoảng thời gian 180 phút Lấy lượng mẫu định lọc qua giấy lọc Đem đo quang, xác định nồng độ Methyl đỏ lại dung dịch (C t) từ tính dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu (mg/g) Kết trình bày bảng 3.5 hình 3.8; hình 3.9 1112Bảng 3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ Methyl đỏ cực đại vật liệu FMMC31 Co (mg/L) 10 20 30 40 60 Ct (mg/L) 1,56 3,45 10,5 20,12 40,11 qt (mg/g) 0,84 1,65 1,95 1,99 1,99 Ct/qt 1,85 2,08 5,38 10,12 20,16 logCt 0,19 0,54 1,02 1,30 1,60 logqt 0 0,22 0,29 0,30 0,30 Hinh tHình 3.8: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ct/qt vào Ct Methyl đỏ Từ đồ thị ta tính vật liệu FMM-C31 có dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại: qmax=1/0,4898= 2,04 (mg/g) 48 uHình 3.9 : Đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich vật liệu FMM-C31 Từ kết trên, ta thấy trình hấp phụ metyl đỏ vật liệu FMM-C31 phù hợp với phương trình Langmuir 3.2.2 Tiến hành khảo sát khả hấp phụ Alizarin vàng G vật liệu FMMC31 a Khảo sát thời gian cân hấp phụ Lấy g vật liệu FMM-C31 khuấy 100 ml dung dịch Alizarin vàng G 200 mg/L (Co) Sau khoảng thời gian khác nhau, lấy lượng mẫu định lọc qua giấy lọc Đem dung dịch đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ Alizarin vàng G lại dung dịch (Ct) Kết trình bày bảng 3.6 hình 3.10 Bảng 13Bảng 3.6 Khảo sát thời gian cân hấp phụ Alizarin vàng G Thời gian (phút) 15 30 60 90 120 180 240 360 Co (mg/L) 200 200 200 200 200 200 200 200 200 Ct (mg/L) 197,43 188,71 176,54 149,67 140,21 125,23 113,7 113,7 113,7 49 Qt (mg/g) 0,26 1,13 2,35 5,03 5,98 7,48 8,63 8,63 8,63 Hinh vHình 3.10: Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ alizarin vàng G vật liệu Từ đồ thị hình, cho ta thấy vật liệu FMM-C31 thời gian từ đến 180 phút, dung lượng hấp phụ Alizarin vàng G tăng dần, sau 180 phút dung lượng hấp phụ gần không tăng b Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Alizarin vàng G vật liệu FMM-C31 Tiến hành khuấy g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch Alizarin vàng G 400 mg/L (Co) vòng 180 phút, mẫu điều chỉnh giá trị pH từ 2-8 Lấy lượng mẫu định lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH dung dịch thu giá trị pH tương ứng với đường chuẩn phẩm màu Đem dung dịch đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu lại dung dịch, tính tải trọng hấp phụ phẩm màu Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tìm hấp phụ cực đại (qmax) phẩm màu Kết trình bày bảng 3.7 14Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Alizarin vàng G vật liệu FMM-C31 pH ban đầu pH sau hấp phụ 2,39 5,18 5,7 6,3 Co (mg/L) Ct (mg/L) qt (mg/g) 500 500 500 500 40,28 147,28 190,28 397,44 45,97 35,72 30,97 10,26 50 10 6,66 500 418,86 8,11 Qua bảng 3.7 nhận thấy: Đối với dung dịch Alizarin vàng G, pH sau xử lý pH thấp có xu hướng tăng nhẹ Đối với pH cao > có xu hướng giảm, dao động xung quanh pH = Quá trình hấp phụ màu xảy mạnh pH = Ở pH cao, hiệu suất xử lý độ màu thấp c Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại Tiến hành khuấy g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch alizarin vàng G, có nồng độ ban đầu (Co) khác khoảng thời gian 180 phút Lấy lượng mẫu định lọc qua giấy lọc Đem dung dịch đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ Alizarin vàng G lại dung dịch (C t) từ tính dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu (mg/g) Kết trình bày bảng 3.8 hình 3.11; hình 3.12; hình 3.13 15Bảng 3.8 Khảo sát dung lượng hấp phụ Alizarin vàng G cực đại vật liệu FMMC31 Co (mg/L) 100 200 400 600 800 1000 Ct (mg/L) 1,07 1,16 10,13 45,08 157,7 qt (mg/g) 9,89 19,88 39,8 58,99 75,49 84,23 Ct/qt 0,11 0,06 0,05 0,17 0,60 1,87 logCt 0,03 0,06 0,30 1,00 1,65 2,20 Logqt 0,99 1,30 1,60 1,77 1,88 1,92 Hinh wHình 3.11: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ct/qt vào Ct Alizarin vàng G 51 xHình 3.12: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu FMM-C31 Từ đồ thị ta tính vật liệu FMM-C31 có dung lượng hấp phụ Alizarin vàng G cực đại: qmax=1/0,0116= 86 (mg/g) y Hình 3.13: Phương trình đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Alizarin vàng G vật liệu FMM-C31 Từ phương trình đẳng nhiệt trên, ta thấy trình hấp phụ Alizarin vàng G vật liệu FMM-C31 phù hợp với phương trình đẳng nhiệt Langmuir 52 KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài luận văn nghiên cứu ‘‘Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính khảo sát khả tách loại phẩm màu azo môi trường nước”, thu kết sau: - Đã tổ hợp vật liệu Chitosan/Fe3O4 từ loại chitosan thương mại có bán thị trường Việt Nam (có độ deaxetyl hóa phân tử lượng khác nhau) oxit sắt từ thương mại Vật liệu có từ tính có khả hấp phụ phẩm màu môi trường nước Vật liêu tổ hợp từ chitosan có độ deaxetyl hóa cao phân tử lượng cao (chitosan polyme) phù hợp - Đã sử dụng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), diện tích bề mặt riêng (BET) để xác định đặc trưng vật liệu Kết cho thấy Fe3O4 phân tán tốt với chitosan, vật liệu có khả lắng tốt vật liệu chitosan thông thường Thời gian lắng để đạt độ đục thấp 10 NTU phút - Đã khảo sát điều kiện tính hấp phụ vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM-31 phẩm màu azo tan nước Methyl đỏ Kết cho thấy thời gian đạt cân hấp phụ 60 phút; khoảng pH phù hợp pH = - 6; tải trọng hấp phụ cực đại mg/g - Đã khảo sát điều kiện tính hấp phụ vật liệu Chitosan/Fe 3O4 FMM-31 phẩm màu azo dễ tan nước Alizarin vàng G Kết cho thấy thời gian đạt cân hấp phụ 180 phút; khoảng pH phù hợp pH = - 4; tải trọng hấp phụ cực đại 86 mg/g Như vậy, kết nghiên cứu cho thấy tổ hợp vật liệu hấp phụ có từ tính khả ứng dụng tốt Tuy nhiên, nghiên cứu cần sâu đánh giá, lí giải khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chế hấp phụ, khả tái sử dụng bước hoàn thiện điều kiện chế tạo vật liệu nhằm nâng cao hiệu hấp phụ vật liệu 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội Cục Thẩm định Đánh giá tác động môi trường - Tổng cục môi trường (2009), Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm, Hà Nội Phạm Lê Dũng, Trịnh Bình, Lại Thị Hiền (1997), Vật liệu sinh học từ chitin, Viện hóa học – viện công nghệ sinh học, trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia, Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II, NXB Giáo dục, Hà Nội Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lý nước cấp nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đặng Trấn Phòng (2004), Sinh thái môi trường dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lâm Ngọc Thụ (2000), Cơ sở Hóa phân tích - Các phương pháp phân tích hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 10 Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (1995), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa 54 học Kỹ thuật, Hà Nội 12 Đặng Xuân Việt (2007), Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Tài liệu tiếng Anh 13 A.G.Liew Abdullah, MA, Mohd Salled, M.K.Siti Mazlina, M.J Megat Mohd Noor, M.R Osman, R.Wagiran, and S.Sobri (2005), “Azo dye removal by adsorption using waste biomass: Sugarcane bagasse”, international Journal of engineering and technogy, vol.II(1), pp 8-13 14 Buxton G.V., Grennstock C.L., Helman W.P., Ross A.B (1988), “Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and • • hydroxyl radicals (OH /O −) in aqueous solution”, J Phys Chem Ref Data, 17(2), pp 513-886 15 E Ríos, S Abarca, P Daccarett, H Nguyen Cong, D Martel, J.F Marco, J.R Gancedo, J.L Gautier (2008), “Electrocatalysis of oxygen reduction on CuxMn3xO4 spinel particles/polypyrrole composite electrodes”, International Journal of Hydrogen Energy, 33 (19), pp 4945-4954 16 Eric Guibal, Laurent Dambies, CelineMilot and Jean Roussy (1999), “Influence of polymer structural parameters and experimental conditions on metals anion sorption by chitosan”, Journal of Polymer, Vol.29, No.99, pp 670-680 17 Eric R Bandala, Miguel A Peláez, A Javier García-López, Maria de J Salgado, Gabriela Moeller (2008), " Photocatalytic decolourisation of synthetic and real textile wastewater containing benzidine-based azo dyes", Chemical Engineering and Processing, 47(2), pp 169-176 18 Fenton H.J.H (1894), "Oxydation of tartaric acid in the presence of iron", J Chem Soc, 65, pp 899 19 H.M Pinheiro, O Thomas, E Touraud (2004), "Aromatic amines from azo dye reduction: status review with emphasis on direct UV spectrophotometric detection in textile industry wastewater", Dyes Pigments, 61(2), pp 121-139 20 H Nguyen Cong, V de la Garza Guadarrama, J L Gautier, P Chartier (2003), "Oxygen Reduction on NixCo3-xO4 spinel particles/polypyrrole composite 55 electrodes: hydrogen peroxyde formation", Electrochimica Acta, 48(17), pp 2389- 2395 21 H Zollinger (1991), color Chemistry-Synthesis Properties and Application of Organic Dyes and Pigments, VCH Publishers, New York 22 Haag W.R., Yao C.C.D (1992), "Rate constants for reaction of hydroxyl radicals with several drinking water contaminants", Environ Sci Technol, 26(5), p p 1005- 1013 23 Haber F., Weiss J (1934), "The catalytic decomposition of hydrogen peroxyde by iron salts", Proc R Soc, 147(861), pp 332-351 24 JiYe Fang, Amar Kumbhar, Weilie L.Zhou, Kevin L.Stokes (2003), "Nanoneedles of maghemite iron oxide prepared from a wet chemical route", Materials Research Bulletin, No.38(3), pp 461-467 25 M.A Brown, S De Vito (1993), "Predicting azo dye toxycity", Crit Rev Environ Sci Technol, 23 (3), pp 249-324 26 M Bhaska, A Gnanamani, R.J Ganeshjeevan, R Chandrasekar, S Sadulla, G Radhakrishnan (2003), "Analyses of carcinogenic aromatic amines released from harmful azo colorants by Streptomyces sp SS07", J Chromatogr A, 1081(1), pp 117-123 27 M Khadhraoui, H Trabelsi, M Ksibi, S Bouguerra, B Elleuch (2008), "Discoloration and detoxycification of a Congo red dye solution by means of ozone treatment for a possible water reuse", Journal of Haradous Materials, 161(2-3), pp 974-981 28 Minghua Zhou, Qinghong Yu, Lecheng Lei, Geoff Barton (2007), "ElectroFenton method for the removal of methyl red in an efficient electrochemical system", Separation and Purification Technology, 57(2), pp 380-387 29 Staehelin J., Hoigné J (1982), "Decomposition of ozone in water: rate of initiation by hydroxyde ions and hydrogen peroxyde", Environ Sci Technol, 16(10), p p 676- 681 30 Y.M Slokar, A.M Le Marechal (1998), "Methods of decoloration of textile wastewater", Dyes Pigments, 37(4), pp 335-356 31 R.J.Eldride (1995), "Moving-bed ion exchange with magnetic resins", Review in Chemical Engineering, Vol.11(3), pp 185-228 56 32 Bergemann C., Müller-Schulte D., Oster J., Brassard L., Lübbe A.S.(1999), "Magnetic ion-exchange nano- and microparticles for medical, biochemical and molecular biological applications", J of Magnetism and Magnetic Materials, 194, pp 45-52 PHỤ LỤC Một số hợp chất azo thường gặp * Hợp chất metyl đỏ - Tên quốc tế : axit para – dimetylaminoazobenzoic -Công thức phân tử : C15H15N3O2 - Công thức cấu tạo: -Khối lượng phân tử: 269,34đvc -Là chất bột màu đỏ, tan nước, độ tan xấp xỉ 0,1 g/l -Khoảng chuyển màu metyl đỏ 4,2 -6,3, pKa = 5,2 -Metyl đỏ thuộc loại thuốc nhuộm axit có nhóm –COOH chứa liên kết –N=N–trong phân tử, công nghiệp metyl đỏ thường sử dụng để nhuộm loại sợi động vật, loại sợi có chứa nhóm bazơ len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit môi trường axit -Metyl đỏ có tính độc, nhiễm độc metyl đỏ gây bệnh da, mắt, đường hô hấp, đường tiêu hoá * Hợp chất Alizarin vàng G - Tên Quốc tế: sodium;3-[(3-nitrophenyl)hydrazinylidene]-6-oxocyclohexa-1,4diene-1-carboxylate - Tên gọi: Alizarin yellow GG, 5-(3-Nitrophenylazo)salicylic acid sodium salt - Công thức phân tử: C13H8N3NaO5 - Công thức cấu tạo: - Khối lượng 57 phân tử: 309,209489 g/mol - Là chất bột rắn tinh thể, màu vàng ánh kim - Tan nước lạnh, độ hòa tan nước: 12 mg/ml 25°C - Nhiệt độ sôi: 479.1 °C 760 mmHg - Dạng dung dịch có pH từ 3-5 - Alizarin Yellow GG hợp chất ổn định nhiệt độ thường, sử dụng nhiều công nghiệp dệt nhuộm có màu óng đẹp Thuốc nhuộm có khả hấp thu vào da tiếp xúc trực tiếp, chúng bị phân hủy hệ trao đổi chất thể sản sinh chất amin thơm gây ung thư [9] Sơ đồ tổng hợp vật liệu chitosan/Fe3O4 Hỗn hợp Chitosan+CH3COOH Khuấy nhẹ, thêm oxit sắt từ Thêm NaOH Thu dung dịch Chitosan/Fe3O4 Tiếp tục khuấy Lọc, rửa pH=7-8, sấy khô Chitoan/Fe3O4 dạng bột Rửa nước cất Ngâm HCl Sấy, nghiền nhỏ 58 Rửa sản phẩm đến pH=7-8 Ngâm dung dịch Glutaldehyt [...]... cứ vật liệu nào đều có sự ảnh hưởng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng 6 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 (~10-6) được gọi là vật liệu nghịch từ Vật liệu có C > 0 (~10-6) 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. .. hấp phụ phẩm màu azo của vật liệu này trong môi trường nước Để thực hiện được mục tiêu tổng quát đó, cần đạt được những mục tiêu cụ thể như sau: - Tổng hợp được vật liệu Chitosan/Fe3O4 từ oxit sắt từ và một số loại chitosan thương mại - Xác định được cấu trúc cơ bản của vật liệu Chitosan/Fe3O4 đã tổng hợp được - Đánh giá tính năng hấp phụ của vật liệu Chitosan/Fe 3O4 đã tổng hợp được đối với phẩm màu. .. đó (thông thường từ vài chục nanomet), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferit từ biến mất, chuyển động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ không còn tính từ nữa, đấy là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn... 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... nano từ tính 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... pha có 15 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. .. nguyên chất thì dầu mới có thể được tạo màu 1.5.3 Độc tính với môi trường Các loại phẩm nhuộm tổng hợp có chứa các hợp chất azo đã có từ lâu đời và ngày càng được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm do có đặc điểm là dễ sử dụng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng về màu sắc so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên... tự gam màu lần 10 lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen Sau đây là một số nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam [2]: Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: các tơ xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc môi trường. .. vật liệu Fe3O4 là la bàn, một công cụ giúp xác định phương hướng rất có ích Trong tự nhiên, oxit sắt từ không những được tìm thấy trong khoáng vật mà nó còn được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật như ong, kiến, bồ câu…Chính sự có mặt của Fe3O4 trong cơ thể những sinh vật đã tạo nên khả năng xác định phương hướng mang tính bẩm sinh của chúng Trong phân loại vật liệu từ Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu. .. • 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