Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc nhuộm ro122 bằng vật liệu diatomite phủ chitosan khâu mạch để xử lý nước thải dệt nhuộm báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM RO122 BẰNG VẬT LIỆU DIATOMITE PH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM RO122 BẰNG VẬT LIỆU DIATOMITE PHỦ CHITOSAN KHÂU MẠCH

ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Mã số: T2019-PHII-005 Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Thị Thi Hạ Thời gian thực hiện: 1/2019-12/2019

Tp Hồ Chí Minh, 12/2019

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU

ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1 Lại Thị Hoan Bộ môn Hóa học, Khoa KHCB,

Trường ĐH GTVT

Hóa lý thuyết và Hóa lý

2 Hồ Phương Hiền Khoa Hóa học,

Trường ĐH Sư phạm I – Hà Nội Hóa học

MỤC LỤC

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VI

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 1

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ DIATOMITE PHỦ CHITOSAN Ở TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 3

1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm 3

1.1.1 Khái niệm và phân loại thuốc nhuộm 3

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh, thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm 4

1.1.3 Thực trạng ô nhiễm và ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm 5

1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu Diatomite phủ Chitosan trong nước và trên thế giới 5

1.2.1 Tổng quan về Diatomite và Chitosan 5

1.2.2 Tình hình sử dụng DM/CSKM trong xử lí môi trường trong nước và trên thế giới 8

1.3 Tổng quan về xử lí nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hấp phụ 10

1.3.1 Hiện tượng hấp phụ 10

1.3.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 11

1.3.3 Cơ chế của quá trình hấp phụ 12

1.3.4 Động học hấp phụ 13

1.4 Kết quả nghiên cứu chương 1 13

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ DIATOMITE PHỦ CHITOSAN KHÂU MẠCH DẠNG BỘT 14

2.1 Cơ sở lý luận về chế tạo và đánh giá đặc trưng của vật liệu Diatomite phủ Chitosan khâu mạch (DM/CSKM) 14

2.1.1 Hóa chất và dụng cụ 14

2.1.2 Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu DM/CSKM 15

2.2 Chế tạo vật liệu DM/CSKM [31] 16

2.3 Đánh giá các đặc trưng của vật liệu (DM/CSKM) 17

2.3.1 Dựa vào kết quả phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR) 17

2.3.2 Dựa vào kết quả phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) 19

2.4 Kết quả nghiên cứu chương 2 19

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM RO122 TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM LÀNG VẠN PHÚC, HÀ NỘI BẰNG VẬT LIỆU DIATOMITE PHỦ CHITOSAN KHÂU MẠCH 20

3.1 Cơ sở phương pháp thực nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO122 20

3.1.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ tối ưu của dung dịch RO122 tại pH = 1,0 20

3.1.2 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng RO122 tại pH=1 20

3.1.3 So sánh khả năng hấp phụ RO122 của DM/CSKM với các vật liệu DM, DM/CS 22

3.1.4 Cách xác định COD của mẫu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp đo quang 23

3.2 Quy trình lấy mẫu nước thải dệt nhuộm của làng Vạn Phúc, Hà Nội 23

3.2.1 Mẫu nước tự tạo 23

3.2.2 Mẫu nước thải dệt nhuộm của làng Vạn Phúc, Hà Nội 23

3.3 Thí nghiệm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO112 của DM/CSKM 24

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ 24

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch 24

3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 24

3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ hấp phụ 25

3.4 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO112 của DM/CSKM 25

3.4.1 Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ 25

3.4.2 Ảnh hưởng của pH dung dịch 26

3.4.3 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 27

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 28

3.5 Đề xuất áp dụng các điều kiện tối ưu xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm của làng Vạn Phúc, Hà Nội 29

3.5.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc 29

3.5.2 Thí nghiệm ảnh hưởng khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc 29

3.5.3 Ảnh hưởng của pH và khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí mẫu nước thải M1 30

3.5.4 Ảnh hưởng của pH và khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí mẫu

nước thải M2 31

3.6 Nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ RO122 bằng vật liệu DM/CSKM 33

3.6.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 33

3.6.2 Động học hấp phụ 35

3.7 Kết quả nghiên cứu chương 3 37

KẾT LUẬN 38

KIẾN NGHỊ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

1 BOD Nhu cầu oxy sinh hoá Biochemical oxygen Demand

3 COD Nhu cầu oxy hoá học Chemical Oxygen Demand

8 FT-IR Quang phổ hồng ngoại Fourrier Transformation InfraRed

9 RO122 Thuốc nhuộm hoạt tính

cam 122 Reactive orange 122

10 SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microcospy

11 sTPP Natri triphosphat Sodium tripolyphosphate

(Na5P3O10)

13 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1: Các hóa chất tinh khiết dùng trong nghiên cứu 14

Bảng 3 1:Các thể tích dd0 cần lấy để chuẩn bị dd1÷ dd10 21

Bảng 3 2: Nồng độ RO122 với các giá trị độ hấp phụ quang tương ứng tại pH=1,021 Bảng 3 3: Nồng độ RO122 còn lại và hiệu suất hấp phụ sau thời gian 50 phút xử lí bằng DM, DM/CS và DM/CSKM 23

Bảng 3 4: Nồng độ RO122 còn lại sau 50 phút hấp phụ với khối lượng vật liệu khác nhau 25

Bảng 3 5: Nồng độ của RO122 còn lại theo thời gian xử lí bằng DM/CSKM 27

Bảng 3 6: Giá trị CODđầu của các mẫu nước thải trước khi xử lí 29

Bảng 3 7: Giá trị CODcuối và hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M1 bằng DM/CSKM ở các pH khác nhau 30

Bảng 3 8: Giá trị CODcuối và hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M1 30

Bảng 3 9: Giá trị CODcuối và hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M2 31

Bảng 3 10: Giá trị CODcuối và hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M2 32

Bảng 3 11: Giá trị nồng độ RO122 còn lại (Ce), dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (qe) với các nồng độ RO122 khác nhau (Co) khác nhau 33

Bảng 3 12: Các tham số tương ứng với các mô hình đẳng nhiệt 34

Bảng 3 13: Giá trị của hệ số RL tương ứng với các nồng độ Co (mg/L) 35

Bảng 3 14: Các tham số trong mô hình động học hấp phụ RO122 bằng vật liệu DM/CSKM 36

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1: Diatomite Phú Yên, Việt Nam 6

Hình 1 2: Cấu trúc hóa học của chitin và chitosan 7

Hình 2 1: Vật liệu DM/CSCKM 16

Hình 2 2: Phổ hồng ngoại FT-IR của DM và DM/CSKM 17

Hình 2 3: Phổ hồng ngoại FT-IR của CS và DM/CSKM 17

Hình 2 4: Cơ chế liên kết giữa CS và bề mặt DM 18

Hình 2 5: Sơ đồ phản ứng giữa CS và GLA 18

Hình 2 6: Hình ảnh SEM của DM (a) và DM/CSKM (b) 19

Hình 3 1: Phổ hấp phụ UVVis của dung dịch RO122 400mg/L tại pH=1,0 20

Hình 3 2: Đường chuẩn xác định hàm lượng RO122 tại pH=1,0 22

Hình 3 3: Hiệu suất hấp phụ RO122 với khối lượng DM/CSKM khác nhau 26

Hình 3 4: Hiệu suất hấp phụ RO122 của DM/CSKM tại các giá trị pH khác nhau26 Hình 3 5: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ RO122 bằng DM/CSKM 28

Hình 3 6: Dung lượng hấp phụ RO122 bằng DM/CSKM theo thời gian 28

Hình 3 7: Mẫu nước thải M1 trước khi xử lí (a) và các mẫu M1 được xử lí bằng 0,2 g DM/CSKM tại các pH = 2,04 (b); 4,99 (c); 9,02 (d) 31

Hình 3 8: Mẫu nước thải M2 trước khi xử lí (a) và các mẫu M2 được xử lí bằng DM/CSKM tại các pH = 2,01 (b); 5,01 (c); 9,02 (d) 32

Hình 3 9: Mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ cho quá trình hấp phụ RO122 bằng DM/CSKM (a) đẳng nhiệt Langmuir và (b) đẳng nhiệt Freundlich 34

Hình 3 10: Đồ thị phương trình động học hấp phụ RO122 bằng DM/CSKM dạng tuyến tính bậc 1 (a), bậc 2 (b) 36

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Tại nước ta, ngành dệt may là ngành có kim ngạch xuất khẩu lớn thứ hai cả nước, giải quyết việc làm cho số lượng lớn người lao động (chiếm hơn 20% lao động khu vực công nghiệp và gần 5% tổng lực lượng lao động cả nước) Tuy nhiên, ô nhiễm môi trường do nước thải ngành dệt may là một thực tế cần có giải pháp xử lí và là nhiệm vụ rất cần thiết [16] Nước thải ngành dệt chứa nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau, song các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, chất nhuộm là nguồn chính gây ô nhiễm nguồn nước Nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm có chứa rất nhiều thuốc nhuộm dư thừa, đặc biệt là các loại thuốc nhuộm có cấu trúc vòng, chứa nhóm azo rất bền, khó bị phân hủy và có độc tính cao, tiêu biểu là thuốc nhuộm RO122 Các thuốc nhuộm này có thể gây tác động đến môi sinh cũng như tác hại nghiêm trọng với sức khỏe và đời sống của con người, động vật và sinh vật Do vậy, việc nghiên cứu quy trình công nghệ cũng như vật liệu cho xử lý nước thải dệt nhuộm có chứa thuốc nhuộm RO122 là một trong những nhiệm vụ nghiên cứu mang tính thời sự và rất cấp thiết

Một trong những xu hướng được các nhà khoa học ở trong và ngoài nước nghiên cứu, phát triển là chế tạo vật liệu hấp phụ Diatomie phủ Chitosan để xử lý nước thải dệt nhuộm với nhiều đặc tính ưu việt như không độc, có khả năng tương thích và phân hủy sinh học tốt, đang được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả hấp phụ tốt Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trong nước chỉ chế tạo vật liệu Diatomie phủ Chitosan nguyên chất có giá thành cao, kém ổn định hóa học như tạo gel ở điều kiện pH thấp trong môi trường axit, làm giảm khả năng hấp phụ Để khắc phục vấn đề này, trên cơ

sở kết quả của các công trình nghiên cứu ở nước ngoài, hướng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO122 bằng vật liệu Diatomite phủ Chitosan khâu mạch Sử dụng glutaraldehyde (GLA) làm tác nhân để khâu mạch Chitosan nhằm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc và kích thước của Chitosan

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Diatomite phủ Chitosan khâu mạch (DCKM) và thực nghiệm, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO122 của vật liệu DCKM

Đối tượng nghiên cứu:

- Vật liệu Datomite phủ Chitosan khâu mạch;

- Thuốc nhuộm RO122 trong nước thải dệt nhuộm

Phạm vi nghiên cứu:

Chế tạo 100gam vật liệu DCKM và thực nghiệm khảo sát, đánh giá vật liệu này

về hấp phụ thuốc nhuộm RO122 trong nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tổng kết kinh nghiệm của các công trình khoa học ở trong và ngoài nước đã được công bố về chế tạo và sử dụng vật liệu DCKM hấp phụ thuốc nhuộm RO122 trong xử lí nước thải dệt nhuộm để tìm ra những tồn tại cần nghiên cứu hoàn thiện, giải mã-làm chủ công nghệ cũng như giảm giá thành khi sản xuất trong nước

- Từ đó, đề tài sẽ nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lí nước thải dệt nhuộm, thực nghiệm khảo sát vật liệu này và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO122 trong xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội

Phương pháp nghiên cứu gồm:

- Phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết và phương pháp phân tích, tổng kết kinh nghiệm;

- Kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ DIATOMITE

PHỦ CHITOSAN Ở TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC

1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm

1.1.1 Khái niệm và phân loại 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 Thuốc nhuộm có chứa hệ liên kết đôi liên hợp với các electron 𝜋 di động như >C=N,

N=N, >C=C<, NO2 nhóm mang màu Nhóm mang màu được tăng cường màu nhờ các nhóm thế có khả năng cho nhận electron như: SO3H, NH2, OH, COOH còn gọi là nhóm trợ màu

Thuốc nhuộm tổng hợp có thành phần hóa học đa dạng, màu sắc rất phong phú, được sử dụng rộng rãi Thuốc nhuộm được phân chia thành nhiều họ, nhiều loại khác nhau dựa vào phạm vi sử dụng, cấu tạo, tính chất; mà phổ biến nhất vẫn là hai cách sau:

- Về cấu trúc hoá học gồm: thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm phtaloxiamin, thuốc nhuộm triarylmetan

- Về đặc tính áp dụng gồm: thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm phân tán [10]

Trong khuôn khổ đề tài, chúng tôi làm trình bày chi tiết hơn về thuốc nhuộm hoạt tính RO122 [9]

Hình 1.1 Cấu tạo hóa học của thuốc nhuộm RO122

(CTPT: C31H20O16S5N7Na4Cl; M=1034,5 g/mol)

Thuốc nhuộm hoạt tính (thuốc nhuộm anion) là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng chứa các nhóm anion tan có thể tạo liên kết cộng hoá trị với vật liệu nói chung nên có độ bền màu cao Thuốc nhuộm hoạt tính có thể chứa một hay nhiều

nhóm hoạt tính khác nhau, đặc biệt là các nhóm: halopirimidin, halotriazin và vinylsunfon

Thuốc nhuộm hoạt tính có dạng tổng quát: S–R–T–Y

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh, thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm

Trong các nguồn phát sinh ô nhiễm từ ngành dệt may, nước thải là mối quan tâm đặc biệt do quá trình nhuộm và hoàn tất sử dụng một lượng lớn nguyên liệu thô, nước, thuốc nhuộm và chất trợ nhuộm Nước thải phát sinh từ các giai đoạn khác nhau của quá trình dệt nhuộm thường không ổn định, phụ thuộc loại thiết bị nhuộm, nguyên liệu nhuộm, các loại thuốc nhuộm khác nhau mang màu sắc và bản chất khác nhau Nước thải nhuộm không những có nhiệt độ, độ cao màu mà COD cũng cao nhiều lần

so với tiêu chuẩn thải Vì cấu tạo phức tạp của thuốc nhuộm cũng như nhiều loại thuốc trợ nhuộm nên nước thải phát sinh từ nhà máy dệt nhuộm thường khó xử lí [16]

Nước thải dệt nhuộm có một số tính chất như sau:

- Nước thải tẩy dệt có pH dao động từ 8,69,8; hàm lượng chất hữu cơ cao (COD=3602448 mg/L), SS (tổng chất rắn lơ lửng) có thể đạt đến 380 mg/L

- Thành phần nước thải nhuộm không ổn định và đa dạng Nước thải nhuộm thường chứa các gốc RSO3Na, NOH, RCl [17]

1.1.3 Thực trạng ô nhiễm và ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm

Khoảng 10 - 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng bị thải ra ngoài cùng với nước thải Nước thải dệt nhuộm không chỉ chứa thuốc nhuộm còn dư mà nồng độ muối cao, một số chất rắn lơ lửng khác làm cho các giá trị nhu cầu oxi hóa học (COD)

và nhu cầu oxi sinh học (BOD) tăng cao, gây những ảnh hưởng lớn đến lưu vực tiếp nhận Giá trị pH của nước thải có giá trị cao, nồng độ các chất khử cao có trong nước thải làm giảm đáng kể nồng độ oxi hòa tan trong nước, sẫm màu ngăn cản sự hấp thụ ánh sáng mặt trời và oxi, làm suy giảm sự hô hấp, quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài động vật thủy sinh, thậm chí giết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá

và các loại động vật sống dưới nước, các chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm và bên cạnh đó còn ảnh hưởng đến đời sống của con người.Thuốc nhuộm azo độc hại vẫn luôn được tìm thấy khắp nơi trên thế giới vì giá thành thấp nhưng hiệu quả nhuộm cao [10,11] Các chất này thường có chứa các ion kim loại hòa tan hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong môi trường, có thể gây ô nhiễm môi trường trầm trọng trong thời gian dài

Nước mặt tại làng nghề Vạn Phúc, Hà Đông chủ yếu là ao hồ và kênh thoát nước, chứa nước thải từ các hộ gia đình sản xuất thủ công Nước mặt của làng đều bị ô nhiễm nồng độ BOD5, NH4+ đều cao trên mức cho phép Nguyên nhân ô nhiễm là do các cơ sở dệt nhuộm của làng đều chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung, hoặc có nhưng chưa được xử lí triệt để trước khi đổ ra hệ thống thoát nước của quận, gây nên tình trạng ô nhiễm tại các kênh, mương tiếp nhận nước thải Nguồn nước chảy ra từ các

cơ sở dệt nhuộm làng Vạn Phúc cũng chứa các chất độc hại như H2S, Na2S cao hơn tiêu chuẩn 3-8 lần [20]

1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu Diatomite phủ Chitosan trong nước

và trên thế giới

1.2.1 Tổng quan về Diatomite và Chitosan

Diatomite là đá trầm tích có nguồn gốc sinh học được hình thành ở những vùng nước ngọt hoặc nước mặn do quá trình phân hủy tảo cát Nó còn có tên là kizengua hay đất tảo silic Thành phần dạng opal và vô định hình (SiO2.nH2O), ngoài ra còn có các

khoáng thuộc họ kaolinite và các tạp chất khác Cấu trúc bề mặt của diatomie đặc trưng bởi silanol (Si-OH) và siloxan (Si-O-Si)

Hình 1 1: Diatomite Phú Yên, Việt Nam

Diatomite có thể tạo nên tập hợp hạt có độ xốp khá lớn (80-85%) Mặt khác, nhờ tính đa dạng của các phần tử có cấu trúc rỗng, chất hấp phụ chế tạo từ vật liệu diatomite có thể lưu trữ một lượng khá lớn chất khí, chất lỏng Hơn nữa, nhờ tính trơ

về phương diện hóa học nên có thể được sử dụng làm chất xúc tác, làm chất mang xúc tác và chất độn cho vật liệu composite nhằm tăng độ bền cơ học, bền hóa học và bền nhiệt cho loại vật liệu này [15]

Chitosan – một sản phẩm deaxetyl hóa (DD) quan trọng của chitin, vì tan tốt trong các dung dịch axit loãng, cũng như có một số hoạt tính sinh học đáng quan tâm khác ngoài khả năng phân hủy, tương hợp sinh học và không độc giống như chitin

Trong tự nhiên, chitosan thường có màu sắc biến đổi từ vàng nhạt đến, không mùi vị, chất rắn vô định hình, nhẹ, xốp, ở điều kiện thường có dạng vảy và có thể nghiền thành bột với các kích cỡ khác nhau tan trong axit loãng (pH=6) như axit acetic, axit citric, axit clo hiđric, không tan trong xút, nước, cồn hoặc các dung môi hữu cơ khác Chitosan là chất xơ giống như cellulose, nhưng khác với chất xơ thực vật là chúng có khả năng tạo màng, có tính chất quang học

Về mặt cấu trúc hóa học, chitosan là một copolymer của hai monomer acetamino-2-deoxy-D-glucose (N-acety glucosamine) và 2-amino-2-deoxy-D-glucose (glucosamine) liên kết với nhau thông qua liên kết β(1 4) glycoside Trong phân tử chitin/chitosan, trong các mắt xích D-glucozamin chứa các nhóm chức như –OH, –NHCOCH3 và còn mắt xích D-glucozamin có chứa nhóm –OH, nhóm –NH2 nên chúng không chỉ mang tính chất của poliancol mà còn thể hiện tính chất của amin Phản ứng hóa học xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế N, dẫn xuất thế O, hoặc dẫn xuất thế cả O và N Khi pH môi trường giảm thấp, chitosan tồn tại ở dạng proton

2-mang điện tích dương ở nhiều vị trí, giúp nó tan dễ dàng Còn khi pH lớn hơn 6, các mắt xích glucosamine của chitosan bị mất điện tích dương do phân li hoàn toàn proton làm cho polyme không tan Khi đó, chitosan tạo dung dịch keo trong, dễ dàng tạo màng bọc Chitosan có hai đặc điểm cơ bản là độ dài mạch phân tử và mức DD quyết định độ kết tinh, độ tan, độ bền nhiệt, độ nhớt cũng như hoạt tính sinh học chitosan [4]

Hình 1 2: Cấu trúc hóa học của chitin và chitosan

Ngày nay, chitin và chitosan đang ngày càng được sử dụng phổ biến khắp nơi trên thế giới bởi các đặc tính quý báu của chúng như tính chất cơ học tốt, có khả năng phân hủy sinh học, không độc, dễ tạo màng, hòa hợp sinh học không những đối với động vật mà còn đối với các mô thực vật, làm mau liền vết thương, thân thiện với môi trường hơn các loại polyme tổng hợp Chitosan được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành như: y học, nông nghiệp, môi trường, thực phẩm…

Chitosan cũng được ứng dụng để hấp phụ chất màu của nước thải dệt nhuộm Chiou và cộng sự đã nghiên cứu và chỉ ra rằng chitosan khâu mạch có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm bản chất kiềm cao hơn nhiều so với chitosan không khâu mạch Nguyên nhân là nhóm (NH2) trong phân tử chitosan khâu mạch dễ bị proton hóa bởi acid môi trường hơn và là tâm hấp phụ với thuốc nhuộm kiềm Dung lượng hấp phụ của chitosan khâu mạch có thể đạt mức 1800 g/kg chất hấp phụ và dung lượng hấp phụ ban đầu phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của chất ô nhiễm Ngoài độ pH, thời gian hấp phụ và tốc độ dòng cũng ảnh hưởng tới tới động học quá trình hấp phụ thuốc nhuộm [14]

So với chitin, chitosan có tính chất linh hoạt hơn về mặt hoá học do các tính chất đặc trưng của nó, bao gồm khả năng phân huỷ sinh học, khả năng tương thích sinh học, khả năng tạo màng, tính kết dính sinh học, đa chức năng, khả năng hấp phụ chọn lọc cao Tuy nhiên, chitosan dạng bột có diện tích bề mặt tiếp xúc riêng nhỏ và kích

thước rất nhỏ và tạo gel ở pH thấp, nên cản trở quá trình lọc và gây hiện tượng cặn lơ lửng cao trong nước sau xử lí, đồng thời làm giảm khả năng hấp phụ [14] Việc sử dụng chitosan đơn thuần trong việc xây dựng các bộ lọc sẽ tốn kém hơn vì cần một lượng chất hấp phụ lớn Chitosan được cố định trên diatomite làm giảm chi phí cho vật liệu, tăng khả năng liên kết của chitosan với các kim loại và ổn định về hóa học, cơ học Bên cạnh đó, đặc tính hấp phụ của chitosan có thể được sửa đổi thông qua sự thay đổi vật lí (chuyển đổi chitosan nguyên chất thành hạt, màng và màng) hoặc sự thay đổi hóa học (khâu mạch, ngâm tẩm)

Bên cạnh đó, khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính của chitosan được cải thiện đáng kể sau khi khâu mạch với GLA thông qua một số nghiên cứu mới đây Khi chitosan khâu mạch được dùng để bọc diatomite, nó liên kết vào nhóm silanol (SiOH) của diatomite và phủ lên bề mặt của nó Việc đó tạo ra một loại vật liệu hấp phụ mới có diện tích bề mặt riêng cao hơn và khả năng hấp phụ anionic mạnh, cải thiện tính bền cơ học một cách đáng kể, hạ thấp chi phí sản xuất vật liệu đem lại hiệu quả kinh tế

1.2.2 Tình hình sử dụng DM/CSKM trong xử lí môi trường trong nước và trên thế giới

Vật liệu DM/CSKM có nhiều ưu điểm đặc biệt khả năng hấp phụ tốt nhiều chất

và có thể tái sử dụng nhiều lần đang nhận được sự quan tâm đặc biệt, trong nước và trên thế giới, nhằm tìm ra vật liệu mới thân thiện với môi trường, hứa hẹn đem lại hiệu quả kinh tế để xử lí tốt nước thải

Ở Việt Nam, đề tài này vẫn còn khá mới mẻ, mới chỉ dừng lại ở việc phủ chitosan lên bề mặt diatomite, hoặc sử dụng chitosan đã khâu mạch để xử lí môi trường Cụ thể như:

Tác giả Đặng Lê Minh Trí (năm 2012) đã nghiên cứu và và chỉ ra rằng chitosan được tạo ra từ phế thải vỏ tôm, sau đó hạt chitosan khâu mạch dạng hạt được sử dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ thuốc nhuộm Drimaren Red CL-5B khỏi nước thải dệt Nhiều loại vật liệu chitosan khâu mạch khác nhau được tạo ra, trong đó dung dịch TPP 2% mang lại hiệu quả cao nhất để tạo hạt chitosan khâu mạch ion, và TAIC 1,5% cho

tỉ lệ chất khâu mạch thích hợp để tạo hạt chitosan khâu mạch bức xạ Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiệu suất hấp phụ Drimaren Red CL-5B 0,2 g/L của hạt chitosan khâu mạch đạt được với là 1 g/L, tối ưu là pH = 6, nhiệt độ 300C, tốc độ hấp phụ tăng theo thời gian và đạt cân bằng sau 72 giờ xử lí Các thí nghiệm về giải hấp phụ cho thấy hạt

chitosan khâu mạch có thể được tái sử dụng sau 60 phút giải hấp phụ Tuy lượng thuốc nhuộm giải hấp giảm nhanh xuống dưới 50% sau 4 chu kỳ giải hấp, vật liệu hấp phụ này có thể được tái sử dụng ít nhất 3 chu kỳ hấp phụ - tái hấp phụ [17]

Mới đây nhất tác giả Nguyễn Thị Thanh Mai (2017) đã tổng hợp thành công vật liệu DM/CS với cấu trúc lỗ rỗng Nghiên cứu đã chỉ ra khả năng hấp phụ MO trong nước bằng vật liệu này lên đến 97,0% Giá trị pH của quá trình hấp phụ 50 mL dung dịch MO 200 mg/L bởi 0,35g DM/CS khoảng 4,0 và cân bằng hấp phụ đạt được sau 60 phút hấp phụ Sự hấp phụ MO của DM/CS tuân theo cả hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và Langmuir trong khoảng 30÷60oC với dung lượng hấp phụ cực đại là 52,6 mg/g Cũng trong khoảng nhiệt độ trên, quá trình hấp phụ MO của DM phù hợp với mô hình động học bậc 2 (R2=1) với giá trị năng lượng hoạt hóa Ea=36,3 kJ; ∆Go<0;

∆So< 0; ∆Ho=33896,18 (J/moL) Quá trình hấp phụ MO bằng DM là quá trình hấp phụ vật lí tự diễn biến Vật liệu DM/CS sau 10 lần tái sử dụng vẫn cho hiệu suất cao lên tới 82,0% [7]

Từ những kết quả trên, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu khả năng và các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ RO122 bằng vật liệu diatomite phủ chitosan khâu mạch bởi GLA

Trên thế giới chitosan được nghiên cứu rộng rãi và được phủ lên một số khoáng sét như bentonite, DM, đá cẩm thạch… Nhóm tác giả Necmettin Caner (2015) đã hấp phụ Hg (II) trong nước thải bằng vật liệu DM/CS, thu được một số kết quả như khả năng hấp phụ đơn lớp của DM ban đầu và DM/CS lần lượt là 68,1 và 116,2 mg/g Năng lượng hấp phụ trung bình là 8,2 kJ/ moL Vật liệu này có khả năng giải hấp phụ tốt bằng dung dịch HCl 0,5M với khả năng tái sử dụng lên tới 10 lần [26]

Nhóm tác giả YongFu (2017), XiaoxuXu, YueHuang, JiansheHu, QifanChen và YaoqingWu đã bước đầu chế tạo thành công vật liệu chitosan phủ diatomite khâu mạch bởi glutaraldehyde Với pH tối ưu là 3, sau 3h hấp phụ, hiệu suất loại bỏ Hg (II) đạt 77% Khả năng hấp phụ Hg (II) nhanh trong 50 phút đầu và đạt cân bằng sau 1h xử lí, quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học bậc hai Các kết quả nghiên cứu quá trình đẳng nhiệt hấp phụ cho thấy sự hấp thụ Hg (II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, và dung lượng hấp phụ tối đa đạt 195,7 mg/g Ngoài ra, vật liệu này cũng có khả năng tái sử dụng tới bốn lần [27]

1.3 Tổng quan về xử lí nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hấp phụ

Đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm là chứa tổng hàm lượng chất rắn chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao Chọn phương án xử lí thích hợp phải dựa vào nhiều yếu tố như lưu lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải, xử lí nước thải tập trung hay cục bộ Nhiều biện pháp hóa lí và sinh học khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng nhằm loại bỏ thuốc nhuộm tồn dư trong nước thải như đông tụ, kết bông, tuyển nổi, lắng đọng, kết tủa hóa học, oxi hóa khử, hấp phụ, trao đổi ion, quang xúc tác Tuy nhiên, do kích thước nhỏ, hòa tan tốt, chúng hầu như không bị giữ lại bởi

xử lí vật lí Trong các biện pháp xử lí, hấp phụ là một phương pháp hiệu quả, đơn giản

và chi phí hợp lí Phương pháp hấp phụ có khả năng dùng để xử lí các chất không có khả năng phân hủy sinh học hoặc các chất hữu cơ khó xử lí bằng phương pháp sinh học

1.3.1 Hiện tượng hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (lỏng–lỏng, khí–lỏng, lỏng–rắn, khí–rắn) Chất bị hấp phụ là chất được tích lũy trên bề mặt chất khác Còn chất hấp phụ là chất xảy ra sự hấp phụ trên bề mặt của nó Ngược lại là quá trình giải phóng chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ

Hấp phụ vật lí: Các phân tử của chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân

như các nguyên tử, phân tử, ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi tương tác Van Der Walls yếu như: lực tĩnh điện, lực tán xạ, lực cảm ứng và lực định hướng

Trong hấp phụ vật lí, không xảy ra phản ứng hóa học giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ, nhiệt hấp phụ không lớn [12, 13]

Hấp phụ hóa học : Quá trình này xảy ra khi các phân tử chất bị hấp phụ phản

ứng với các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất mới Lực hấp phụ hóa học có bản chất là liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí hay liên kết ion Nhiệt hấp phụ hóa học lớn hơn

nhiệt hấp phụ vật lí, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol

Trong thực tế ranh giới giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lí không rõ rệt, đôi khi đồng thời xảy ra cả hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lí

Hấp phụ trong môi trường nước

Trong nước, thành phần tương tác tăng lên không chỉ có chất hấp phụ và chất bị hấp phụ nên quá trình hấp phụ xảy ra phức tạp hơn rất nhiều Khi quá trình cạnh tranh xảy ra ba thành phần tương tác, hấp phụ xảy ra giữa cặp nào có tương tác mạnh nhất Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ tan, tính ưa hoặc

kị nước của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ

Quá trình hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố sau: diện tích bề mặt chất hấp phụ, bản chất của sự hấp phụ, pH, nồng độ dung dịch, thời gian tiếp xúc, bản chất của hệ tiếp xúc (các chất có trung tính, tính bazơ hay axit yếu, yếu phân li khác nhau ở các giá trị pH khác nhau), gây ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ [12,13]

1.3.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Dựa trên cơ sở lí thuyết, kinh nghiệm hoặc cả hai tùy thuộc vào giả thiết, bản chất, tiền đề và kinh nghiệm xử lí số liệu thực nghiệm, người ta xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ, tại thời điểm cân bằng:

Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường biểu diễn q thông qua vào C hoặc p (q = f(t, p hoặc C)), ở nhiệt độ không đổi (t = const) [8]

1.3.2.1 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Đây là mô hình đơn giản nhất, sử dụng cho sự hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ Các giả thuyết đưa ra khi xây dựng phương trình này là:

1) Các trung tâm hấp phụ xác định liên kết với tiểu phân bị hấp phụ

2) Năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là đồng nhất, không phụ thuộc vào sự

có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm xung quanh và bằng nhau tại mọi điểm trên bề mặt chất hấp phụ

3) Một tiểu phân chỉ bị hấp phụ bởi một trung tâm

Phương trình Langmuir biểu diễn sự hấp phụ chất tan trong dung dịch trên bề mặt chất hấp phụ rắn có dạng:

qe là dung lượng hấp phụ cân bằng của chất bị hấp phụ

qm là lượng chất bị hấp phụ cực đại đơn lớp trên một khối lượng chất bị hấp phụ

KL là hằng số hấp phụ Langmuir (phụ thuộc vào bản chất hệ hấp phụ và nhiệt độ)

Ce là nồng độ cân bằng của dung dịch

Từ phương trình (1.2) có thể chuyển thành dạng tuyến tính của phương trình Langmuir như sau:

1.3.2.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Dựa trên kinh nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich được xây dựng và có dạng sau

Trong đó:

qe: Là dung lượng cân bằng hấp phụ của chất bị hấp phụ

Ce: Là nồng độ cân bằng của dung dịch

KF: hằng số Freundlich đặc trưng dung lượng hấp phụ và cường độ (lực) hấp phụ n: là hằng số thực nghiệm

Chuyển phương trình (1.4) về dạng tuyến tính sau:

Các tham số KF và n có thể xác định được thông qua đồ thị tương quan giữa lgqe và lgCe từ các số liệu thực nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính

1.3.3 Cơ chế của quá trình hấp phụ

Cơ chế hấp phụ có thể theo nhiều hướng khác nhau, phụ thuộc lớn vào bản chất, cấu trúc của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ [12,13]

Cơ chế hấp phụ thường trải qua ba giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: xảy ra sự khuếch tán chất bị hấp phụ đến bề mặt vật liệu hấp phụ

Giai đoạn 2: xảy ra sự di chuyển chất đến mao quản của vật liệu hấp phụ

Giai đoạn 3: chất bị hấp phụ hình thành nên đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ

Các tác nhân gây ảnh hưởng tới hấp phụ như: Độ tan của chất bị hấp phụ trong dung môi càng lớn thì hiệu suất hấp phụ càng nhỏ Với các chất hữu cơ, khả năng hấp phụ tăng khi pH giảm Giá trị pH thay đổi cũng gây ra những ảnh hưởng tới điện tích

bề mặt của vật liệu cũng như của chất bị hấp phụ

1.3.4 Động học hấp phụ

Hấp phụ diễn ra trong môi trường nước là đi theo nhiều giai đoạn kế tiếp nhau: khuếch tán trong dung môi, khuếch tán màng, giai đoạn truyền chất, khuếch tán trong mao quản… Hấp phụ sẽ được quyết định bởi giai đoạn chậm Do hấp phụ còn chịu tác động của rất nhiều yếu tố như bản chất của chất bị hấp phụ, cấu trúc của vật liệu hấp phụ… nên động học hấp phụ là một quá trình rất phức tạp [ 8]

Quá trình hấp phụ được đơn giản hóa và mô tả bởi 2 phương trình động học biểu kiến là phương trình bậc 1 của Lagergren và phương trình bậc 2 có dạng như sau: Phương trình bậc 1 Phương trình bậc 2

qe: dung lượng hấp phụ lúc cân bằng (mg.g-1)

qt : dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg.g-1)

k1: hằng số tốc độ hấp phụ (phút-1)

Dạng vi phân:

dt = k2(qe − qt)2 (1.8) Dạng tích phân:

1.4 Kết quả nghiên cứu chương 1

Cung cấp các thông tin tổng quan về thuốc nhuộm, các thông số đặc trưng của nước ô nhiễm, ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường, đời sống con người và các phương pháp xử lí; tổng quan về vật liệu hấp phụ CS, DM, DM/CS, DM/CSKM và phương pháp hấp phụ áp dụng trong xử lí nước thải; tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu DM/CS trong nước và trên thế giới

Từ những kết quả trên, chúng tôi đã có cơ sở nhận định : Chitosan đã được sử dụng để phủ lên Diatomite - một vật liệu nguồn gốc thiên nhiên nhẹ, xốp, có nhiệt độ nóng chảy cao và bền hóa học với mong muốn vật liệu mới này có diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng hấp phụ các chất mang màu cao Và đưa ra giả thuyết khoa học: Vật liệu DM/CSKM với nhiều ưu điểm cấu trúc rỗng, nhẹ, xốp, diện tích bề mặt tiếp xúc riêng lớn, khả năng hấp phụ chất màu anion cao, cải thiện tính bền cơ học một cách đáng kể, hạ thấp chi phí sản xuất vật liệu đem lại hiệu quả kinh tế và nâng cao hiệu quả quá trình xử lí chất màu trong nước thải dệt nhuộm nói riêng và các ngành công nghiệp nói chung

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TRƯNG

CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ DIATOMITE PHỦ CHITOSAN

KHÂU MẠCH DẠNG BỘT 2.1 Cơ sở lý luận về chế tạo và đánh giá đặc trưng của vật liệu Diatomite phủ Chitosan khâu mạch (DM/CSKM)

2.1.1 Hóa chất và dụng cụ

Các dụng cụ, thiết bị được sử dụng là: máy đo pH (TOANhật Bản); thiết bị hiển vi điện tử quét phân giải cao Hitachi S–4800 (Nhật Bản); máy quang phổ hồng ngoại Prestige–21 (Shimadzu–Nhật Bản); máy lắc ngang Jeio tech (Hàn Quốc); bể ổn nhiệt Memmert; máy khuấy từ gia nhiệt (IKA); máy phá mẫu COD (HACH); máy li tâm (Thermo Fisher Scientific); cốc thủy tinh 10, 25, 50, 100 mL (Đức); phễu thủy tinh, bình tam giác, bình định mức 100, 200, 500, 1000 mL; micropipette 100-1000 µL; pipet 2,5,10 mL; ống phá mẫu COD

Các nguyên liệu, hóa chất và xuất xứ của chúng được chúng tôi sử dụng trong nghiên cứu thể hiện ở bảng 2.1

Bảng 2 1: Các hóa chất tinh khiết dùng trong nghiên cứu

1 Chitosan, độ deaxetyl hóa 97% Việt Nam

Chuẩn bị các dung dịch các hóa chất để xác định COD:

Dung dịch K2Cr2O7: Cân 5,1006g K2Cr2O7 với 16,6504g HgSO4 và 83,5 mL

H2SO4 hòa tan và định mức đến 500 mL

Dung dịch Ag2SO4: Thêm bột Ag2SO4 vào axit sunfuric theo tỉ lệ 5,5007 g

Ag2SO4/1 kg H2SO4 (để hòa tan hoàn toàn Ag2SO4 cần để 1 - 2 ngày trước khi dùng)

Pha các dung dịch bằng nước cất hai lần

Mẫu nước thải dệt nhuộm được lấy ở các hộ gia đình tại làng Vạn Phúc

2.1.2 Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu DM/CSKM

2.1.2.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Phương pháp SEM dựa trên việc sử dụng chùm tia điện tử mang năng lượng lớn

để tạo ảnh của những vật thể siêu nhỏ Ảnh thu được không chỉ phản ánh kích thước và hình dạng của hạt cấu trúc nên vật liệu mà còn cho biết kết cấu bề mặt, độ cứng của vật liệu; cho biết vật liệu tồn tại dạng tinh thể hay dạng vô định hình Mạng tinh thể sẽ quyết định tới tính dẫn điện, độ bền của vật liệu [3]

Trong kính hiển vi điện tử quét, chùm tia sơ cấp được gia tốc bằng điện thế từ

10 đến 50kV giữa catot và anot rồi đi qua thấu kính hội tụ quét lên bề mặt mẫu đặt trong môi trường chân không Chùm điện tử có kích thước từ 110nm mang dòng điện

từ 10–12A lên bề mặt mẫu Tương tác của chùm điện tử đến bề mặt mẫu thường là chùm điện tử thứ cấp hoặc điện tử phản xạ ngược được thu lại và chuyển thành ảnh biểu thị bề mặt vật liệu Ảnh thu được cho biết mức độ lồi lõm bề mặt nhờ số hạt thứ cấp đập vào ống tia catot, số hạt này lại phụ thuộc vào góc bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu

Mẫu được chụp tại Viện Khoa học Vật liệu, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và

Công nghệ Việt Nam, bằng phương pháp hiển vi điện tử quét phát xạ trường gần (FESEM) trên máy kính hiển vi điện tử quét phân giải cao Hitachi S–4800

2.1.2.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)

Phổ hồng ngoại là phổ của các phân tử và nhóm phân tử xuất hiện dưới tác dụng của chùm sáng kích thích có năng lượng phù hợp (tương tác không đàn hồi) nằm trong vùng hồng ngoại (4002000 cm1), làm cho các điện tử hóa trị trong các liên kết  và liên kết σ của các nguyên tử trong phân tử bị kích thích, chuyển lên mức năng lượng cao và khi đó phân tử, các nhóm phân tử, nguyên tử sẽ quay cũng như sẽ dao động Ba quá trình kể trên sinh ra phổ hấp thụ hồng ngoại của chất dưới tác dụng của chùm sáng kích thích Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào chiều dài bước sóng kích thích gọi là phổ Mỗi cực đại trong phổ IR đặc trưng cho một dao động của một liên kết trong phân tử Do có độ nhạy cao, nên phổ IR được sử dụng rộng rãi trong

phân tích cấu trúc, phát hiện các nhóm chức bề mặt [3]

Trong nghiên cứu này, vật liệu DM/CSKM được khảo sát đặc trưng phổ hồng ngoại FTIR tại Bộ môn Hóa lí và Hóa lí thuyết, thuộc Khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, bằng máy Prestige21 (ShimadzuNhật)

Bước 4: hỗn hợp trên được lọc và rửa bằng nước cất tới khi pH = 7

Bước 5: hỗn hợp sau rửa đến pH trung tính sẽ được thêm vào 200 mL dung dịch GLA 1% và tiếp tục khuấy trong 12 h ở 60oC

Bước 6: lọc, rửa, sấy khô hỗn hợp thu được ở 100oC đến khối lượng không đổi Bước 7: nghiền mịn vật liệu, sàng qua rây với kích thước 0,315 mm Vật liệu DM/CSKM được bảo quản trong bình hút ẩm desicator

Để có thể đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu DM/CSKM so với vật liệu DM/CS (vật liệu diatomite phủ chitosan, không có sự khâu mạch bằng GLA), chúng tôi cũng tiến hành tổng hợp vật liệu DM/CS qua 6 bước (bỏ qua bước 5) như quy trình tổng hợp DM/CSKM ở trên

Hình 2 1: Vật liệu DM/CSCKM

2.3 Đánh giá các đặc trưng của vật liệu (DM/CSKM)

2.3.1 Dựa vào kết quả phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR)

Hình 2 2: Phổ hồng ngoại FT-IR của DM và DM/CSKM

Hình 2 3: Phổ hồng ngoại FT-IR của CS và DM/CSKM

Quan sát hình 2.2 xuất hiện một vài điểm khác biệt giữa phổ hồng ngoại của

DM và DM/CSKM Đỉnh hấp thụ tại 2880 cm-1và 1383 cm-1 lần lượt được quy kết là