Tài liệu Tổng hợp và nghiên cứu khả năng hấp thụ Cr ( VI ) của Compozit Pani - Vỏ đỗ docx

Quan Thị Thu Trang, Phạm Xuân Tùng, Phạm Văn Lâm Tổng hợp và nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr VI của compozit PANi-vỏ đỗ.. 504B 149-153 THANG 8 NAM 2012 TỎNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HÁP

VIEN KHOA HOC VA CONG NGHE VIET NAI VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOG'

VIETNAM JOURNAL OF CHEMISTRY

30

31

a2

33;

34

355

36

37

38

39

40

4I

42

43

44,

45

46

Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính xúc tác điện hóa của Pb xúc tác điện hóa của TiO2-PANi

trong quá trình oxi hóa metanol

Phan Thị Bình, Phạm Thị Tốt, Mai Thị Thanh Thùy

Tổng hợp vật liệu compozit canxi hydroxyapatit kích thước nano trên nền maltodextrin

Nguyễn Thị Hạnh, Trân Thị Hải Hậu Tổng hợp và xác định các đặc nae cua Mg-Cu-Al hydrotalcite

Tran Thi Huong, Phan Thi Ngoc Bich Nanocompozit MnFe;O„ trên chất mang bentonit - Ứng dụng xử lý, thu hồi crôm trong nước

thải Phần 1: Tổng hợp và khảo sát các đặc trưng nanocomposite MnFe;O¿ trên chất mang

bentonite

Quan Thị Thu Trang, Phạm Xuân Tùng, Phạm Văn Lâm Tổng hợp và nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr (VI) của compozit PANi-vỏ đỗ

Bùi Minh Quí, Phan Thị Bình, Nguyên Thị Liên, Vũ Quang Tùng Ứng dụng phương pháp nghiên cứu chuyên hóa chất bằng phổ NMR trong đánh giá và phân loại cà phê

Nguyễn Tiến Tài, Tì ran Thi Thanh Thủy, Đặng Vũ Lương, Thành Thị Thu Thủy, Hồ Tú Bảo,

Phạm Thọ Hoàn

Tổng hợp vật liệu TiO›-PANi trên đề thủy tỉnh dẫn điện bằng kỹ thuật điện hóa đan xen

Tran Quang Thién, Phan Thi Binh

Khả năng phân tích asen(III) trên điện cực compozit PbO;-AgO tổng hợp bằng phương pháp dòng tĩnh

Mai Thị Thanh Thùy, Pham Thi T 6t, Phan Thị Bình, Tì ran Văn Quang Khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sự hình thành akaganeite (B-FeOOH) từ FeCl:

Nguyễn Đình Vinh, Nguyễn Thị Xuyên, Phan Thị Ngọc Bích, Đào Quốc Hương Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế phức sắt tinh bột (ISC)

Nguyễn Đình Vinh, Đào Quốc Hương, Phan Thị Ngọc Bích

Tổng hợp akaganit (B-FeOOH) từ muối sắt(III) và các tác nhân kiềm

Nguyễn Đình Vinh, Đào Quốc Hương, Phan Thị Ngọc Bích Khảo sát tính chất điện hóa của 2,4,6-trinitrotoluen trên vi điện cực sợi than trong chất lỏng ion

ky nước tributyl-(2-methoxylethyl) phosphonium bis(pentafluoroethansulfonyl) amid

Lê Thị Vinh Hạnh, Nguyễn Thị Kim Ngân, Vũ Phúc Hoàng, Vũ Thị Thu Hà, Lê Quốc Hùng Using Mass Spectrometry to Determine the Structure and Composition of Different Molecules

of Ruthenium Complex — Peptides

Long Le Quoc, Pascal GERBAUX, Anh Nguyen Hoang, Ha Vu Thi Thu Ung dung hé do potenstiostat bốn điện cực khảo sát điện trở màng mỏng chất lỏng ion

Nguyễn Thị Kim Ngân, Lê Thị Vinh Hạnh, Vũ Phúc Hoàng, Vũ Thị Thu Hà, Lê Quốc Hùng Đặc tính hình thái học của điện cực được tạo bởi lớp phủ các oxit kim loại trên nền titan

Chu Thi Thu Hién, Tran Trung, Vii Thi Thu Ha

Senso dién hóa sử dụng don lớp tự sắp xếp 3-Mercaptopropionic axit trên vàng nano để xác định lượng vêt đông

Pham Hong Phong, Nguyễn Hoàng Anh, Lê Quốc Hùng, Phạm Thị Hải Yến

Mô hình hóa quá trình suy giảm oxi trong môi trường nước do dư lượng thức ăn nuôi cá gây ra

Lê Minh Thành, Phạm Hồng Phong, Vũ Thị Thu Hà, Lê Quốc Hùng

ili

131

136

140

145

149

154

160

165

169

174

178

181

186

193

197

201

205

TẠP CHÍ HÓA HỌC T 50(4B) 149-153 THANG 8 NAM 2012

TỎNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HÁP PHỤ Cr(VI)

CUA COMPOZIT PANi-VO DO

Bui Minh Qui’, Phan Thi Binh”’, Nguyén Thi Lién’, Vũ Quang Tùng"

!Khoa Hóa học, Tì rường Đại học Khoa học- Đại học Thái Nguyên

?Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Abstract

Composites based on polyaniline (PANi) and bean shell were prepared by chemical method from acid medium containing aniline using ammonium persulfate as oxidation agent It was clearly found by IR-spectroscopy a clearly presence of PANi combined with bean shell to form composite in nano scale (observed by SEM-images Cr (VI)

concentrations in solution berore and after adsortion by that composite were analysed by Atomic Absorption Spectroscopy The maximum adsorption capacity obtained from the Langmuir isotherm model was 58.14 mg/g

Keywords: PANi-bean shell composite, Langmuir isotherm adsorption

1 GIGI THIEU

Sau khi ba nha khoa hoc A J Heeger, A G

MacDiarmid va H Shirakawa giành giải thưởng

Nobel nim 2000 về polyme dẫn, các nhà khoa học

trên thế giới ngày càng quan tâm nghiên cứu nhiều

hơn về khả năng ứng dụng của vật liệu này, đặc biệt

là PAN¡ được xem như vật liệu lý tưởng vì dẫn điện

tốt, bền nhiệt, bền môi trường, dễ tổng hợp và thân

thiện môi trường Các công trình đã công bố về

compozit của PANI với phụ phẩm nông nghiệp

(PPNN) theo hướng xử lý ô nhiễm môi trường nước

cho thấy vật liệu có khả năng vừa hấp phụ kim loại

nặng [1,2] vừa hấp phụ anion độc hại [3-5] nhờ sự

điều chỉnh pH môi trường Hướng nghiên cứu này ở

nước ta còn chưa được khai thác

Trong bài báo này chúng tôi muốn giới thiệu

một sô kêt quả thu được vê vật liệu PAN¡-vỏ đỗ tổng

hợp theo con đường hóa học và khả năng hấp phụ Cr

(VI) của nó từ môi trường nước

2 THỰC NGHIỆM

2.1 Tổng hợp compozit PANi-vỏ đỗ

Vỏ đỗ được rửa sạch, sấy khô, nghiền nhỏ sao

cho kích thước hạt đạt cỡ 100+200 pm Vat liệu

compozit được tong hợp theo tỉ lệ PANI và vỏ đỗ

bằng nhau về khối lượng trong môi trường axit HCI

1M, chất oxi hóa là amoni pesunphat, phản ứng tiến

hành trong thời gian 18 giờ ở nhiệt độ từ 0+5°C có

khuấy

Sản phâm được lọc rửa bằng nước cất đến pH =

7, tiếp theo là dung dịch axeton: metanol tỉ lệ 1:1 để

loại bỏ hết anilin dư, sấy khô sản phẩm ở 60°C trong

4 giờ, sau đó đưa vào lọ đựng và bảo quản trong bình hút âm

2.2 Phương pháp nghiên cứu Đặc trưng vật liệu compozit được đánh giá bằng và phố hồng ngoai (IMPACT 410-Nicolet,

Đức) Cấu trúc hình thái học bề mặt vật liệu được

phân tích qua ảnh SEM chụp trên máy FE-SEM Hitachi S-4800 (Nhat Bản)

Nong độ Cr (VỊ) trong dung dich trước và sau khi hấp phụ được phân tích trên thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS của hãng Thermo (Anh) Chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ của compozit thông qua khảo sát ảnh hưởng của thời gian hap phụ, môi trường pH và nông độ Cr (VD ban đầu, từ đó xác định dung lượng hấp phụ cực đại của compozit theo công thức:

m

Trong do:

q: dung lugng hap phu (mg/g), V: thé tich dung dich bi hap phy (1), m: khối lượng chất hấp phụ (g),

Cọ, C: Nồng độ ban đầu và nông độ sau khi hấp phụ (mg/l)

Dung lượng hấp phụ được mô tả theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (2) dạng tuyến tính:

q

vai K, Vax

Trong đó:

max: dung lugng hấp phụ cực đại (mg/g) K¡: hằng số trong phương trình Langmuir (1/mg) 149

TCHH, T 50(4B), 2012

3 KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Phân tích phố hồng ngoại

Trước hết ta quan sát đường phô của vỏ đỗ =

hình 1 thấy xuất hiện pic trong ving 3428+ 3437cm"

với cường độ mạnh nhờ dao động của nhóm -OH,

dao động hóa trị của C-H tại 2929 om’! , C=C va

C=O_ liên hợp tai 1562+1665 cm”, C O tai

1012+1161 em”

Trên đường phổ cua PANi xuất hiện các pic tại

3437, 3240, 1659 và 666 cm'`' nhờ dao động của

nhóm N-H vòng thơm, dao động hóa trị của liên kết

C-H vòng thơm trong vùng 2860:2324 cm”, pic

xuất hiện tại 1490 cm' và 158lem” đặc trưng cho

dao động hoá trị của nhóm C=C trong vòng, thơm và

vòng quinoid tương ứng Pic xuất hiện tại vị trí 1296

và khung cm” nhờ liên kết -N=quinoid=N-, tại ieee

cm! do nhom C-N* vòng thom, tại 599 cm} đặc

trưng cho sự hấp phụ của anion CF [6] Kết quả trên

đây chứng tỏ mâu thu được có cấu trúc dạng muối

của PANi tương tự như tài liệu đã công bố [6- -8]

Trên đường phổ của compozit PANi-vỏ đỗ xuất

hiện các pic đặc trưng cho PAN¡ và vỏ đỗ, tuy nhiên

cường độ pic trong vùng xung quanh 4000 cm”

giảm đi nhiều nhờ sự có mặt của PANi trong

compozit

3.2 Phan tich anh SEM

Quan sat anh SEM ta thấy cả 3 mẫu đều phản

ảnh câu trúc dạng sợi, trong đó đường kính của mâu

vỏ đỗ không đồng đều (kích thước từ 20 đến 150 nm

(hình 2a), PAN¡ cỡ 20+40 nm (hình 2b) và compozit

đạt từ 50+200 nm (hình 2c) Tuy nhiên khi tổng hợp

ở điều kiện có khuấy liên tục, các sợi vỏ đỗ bị gãy

ra và quá trình hình thành sợi compozit do vậy mà

ngắn hơn so với cả vỏ đỗ và PANi

Do cấu trúc vỏ đỗ xốp, nên được sử như một

chất mang cho PANi nhằm làm tăng khả năng tiếp

xúc trong quá trình hấp phụ Cr (VI)

3.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr (VD của

compozit PAN¡-võ đỗ phụ thuộc thời gian

Chúng tôi xác định thời gian cân bằng hấp phụ

bằng cách tiến hành quá trình hấp phụ trong khoảng

thor gian tir 5 + ¡20 phút, nông độ Cr (Vĩ) ban đầu

là 20mg/l, thể tích dung dịch bị

hấp phụ là 50ml, khối lượng vật liệu hấp phụ (vỏ

đỗ, compozit) là 0,02g

Kết quả được thê hiện trên bảng 1 và hình 3 cho

thấy khi thời gian hap phụ tăng thì nồng độ Cr (VD

trong dung dịch sau hấp phụ giảm, dẫn đến hiệu suất

hấp phụ và độ hấp phụ tăng lên

Theo kết quả khảo sát, sau khoảng 40 phút các

đường biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp `

Phan Thị Bình và công sự phụ vào thời gian có xu hướng tăng rất chậm, gần như song song với trục hoành, chứng tỏ sự hấp phụ của vật liệu đạt gần cân bằng

4 350 39

Waxenunben (cm)

1104.69

0.08 :

§ 1296.41

I von ||h4

b

¿ 001 M3745 158139 xù

€ 324055 666.86

4| 286043

3090 399 20 200 I9 100

Wavenumbers (cm")

030

“s PANi-vo d6

105

4 35W 300 2500 2 1500 1000 500

Wavenumbers (cmt)

Hình 1: Phố hồng ngoại của vỏ đỗ (ở trên),

PAN¡ (ở giữa), PANi-vỏ đỗ (ở dưới)

Sau 120 phút compozit PANi - vỏ đỗ có kEê

năng hấp phụ Cr (VD (g = 45, 6233 mg/g) cao hom

gấp rưỡi so với vỏ đỗ (q = 29,8390 mg/g)

Từ kết quả phân tích hồng ngoại cho thấy PANi thu được tồn tại ở dạng muôi và Cr (VI) trong

môi trường nước tồn tại ở dạng HCrO4' nên quá

trình hấp phụ anion Cr (VI) có thể xảy ra theo phản

ứng (3) như sau:

PANï'/CI + HCrO¿'

— PANi/HCrO,; + CI (3)

150

TCHH, T 50(4B), 2012

Hình 2: Ảnh SEM của vỏ đỗ (a), PAN¡ (b) và compozit PAN¡-vỏ đỗ (c)

Tổng hợp và nghiên cứu khả năng

IMS-NKL x80.0k SE(M)

Bang 1: Kha nang hap phu Cr (VI) của compozit va chất mang vỏ đỗ

(ng) | @%) (ng/g) | (mg) | (4) | (meg)

5 3/8282 | 80,8590 | 40,4295 | 10,048 | 49,7600 | 24,8800

10 3,4728 | 82,6360 | 41,3180 | 9,6178 | 51,9110 | 25,9555

20 3,0301 | 84,8495 | 42,4248 | 89742 | 55,1290 | 27,5645

30 1,9742 | 90,1290 | 45,0645 | 88012 | 55,9940 | 27,9970

60 1,9527 | 90,2365 | 45,1183 | 85130 | 57,4350 | 28,7175

90 1,8530 | 90,7350 | 45,3675 | 8,0436 | 59,7820 | 29,8910

120 1,7507 | 91,2465 | 45,6233 | 8/0644 | 59,6780 | 29,8390

q (mg/g)

40

20 +

Hinh 3: Su phy thudc dung lugng hấp phụ vào

30 Ƒ

0 20 40 60 80 100 120

Thoi gian (phut)

thời gian

3.4 Khao sat ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr (VD của PANứ/ vỏ đồ

Cân chính xác 0,02 g PANi/vỏ đỗ vào các cốc 100ml, cho vào mỗi cốc 50 ml dung dịch Cr (VI) có

nồng độ ban đầu 20 mg/l Ding dung dich HNO; va NaOH để điều chỉnh pH từ 1z8 Tiến hành khuấy trong 50 phút ở nhiệt độ phòng và xác định nồng độ

Cr (VI) trong dung dich sau hap phy trén may phổ hấp thụ nguyên tử, từ đó xác định hiệu suất và dung lượng hấp phụ

Kết quả được thể hiện trên bảng 2 và hình 4 cho thấy, dung lượng hấp phụ, giảm khi pH tăng tuân theo phương trình (4) với R? = 0,9925:

y = -0,2607x? -1,3371x+ 49,814 (4)

151

TCHH, T 50(4B), 2012

và dung lượng hấp phụ Cr (VI) lớn nhất ở điều kiện

pH =1

Bảng 2: Sự phụ thuộc vào pH của dung lượng

và hiệu suất hấp phụ

Phan Thị Bình và cộng sự theo mô hình Langmuir (Hình 5) và kết quả tuân

y = 0,0172x + 0,2083 (6)

Bang 3: Anh hưởng của nồng độ Cr (VI) ban đầu

đến dung lượng hấp phụ

Ề a al eee 13,5324] 5,9230 | 19,0236 | 0,3114

4 3,524 82,378 41,189 15 Q2 96

5 5,969 70,154 35,077 | eee Oe

6 7,163 64,185 32,093 232373] 1132173 30,1000 0,4391

8 10,968 45,160 22,580 29,7264 | 16,3605 33,4147 0,4896

36,7027 | 21,6880 37,5368 0,5778

q (mg/g)

y =-0.2607x°- 1.3371x + 49.814 M6 hinh Langmuir 1a sy hap phụ đơn lớp với

4 Cương: năng lượng hấp phụ không đổi, theo kết quả thí

40 nghiệm, dung lượng hấp phụ cực đại của compozit

PANi-v6 46 max = 58,14 (mg/g), hé sé trong phuong

35 trinh Langmuir K, = 0,0826 (I/mg)

30 Ca (/)

hề

— Poly (q) 0.6 y = 0.0172x + 0.2083

20 : R= 0.9956

pH

Hinh 4: Sự phụ thuộc của dung lượng hâp phụ vào 04

pH

Lý NT sẻ yc TẾ ng A z > SỈ lẻ TA

té} + ho ra } dạng tuyên tính của PANi¡-vỏ đô

+ 2NH,Cl + 2H,O 4 'KẾT LUẬN

Nguyên nhân chính là do khi bổ sung thêm

NH¿(OH) vào dung dịch thì phản ứng trao đổi (5) sẽ

xảy ra tạo thành PANI ở dạng emeraldin không có

cation đối để hấp phụ CI nên khả năng hấp phụ

anion không còn nữa

3.5 Ảnh hưởng của nồng độ Cr (VI) ban đầu đến

dung lượng hâp phụ

Tiến hành thí nghiệm ở các nồng độ ban đầu

thay đổi từ 9,13+36,70 mg/I, pH = 1, thời gian hap

phụ là 50 phút Kết quả thực nghiệm cho thấy dung

lượng hấp phụ tăng khi nồng độ ban đầu của Cr(VI)

tăng Chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ

của compozit và xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ

Đã tông hợp thành công vật liệu compozit PAN¡-

vo đỗ bằng phương pháp hóa học, trong đó PANi¡

tồn tại ở dạng muối Vật liệu có cấu trúc dạng sợi

với đường kính cỡ 100200 nm

Quá trình hấp phụ Cr(VI) trên vật liệu PANI¡-vỏ

đỗ tuân theo mô hình hấp phụ Langmuir Dung

lượng hấp phụ Cr(VI) cực đại của compozit PANi/-

vo d6 dat 57,1429 mg/g

Khả năng hap phụ Cr(VI) của compozit phụ thuộc vào pH môi trường và đạt hiệu quả tốt nhất ở

pH = 1

Thời gian đạt cân bằng hấp phụ 40+120 phút và dung lượng hấp phụ tăng khi nông độ ban đầu của

Cr( VỊ) tăng