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 LUẬN

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 – 2015

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

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

LỜI CẢM ƠN

Trướckhitrìnhbàynộidungchínhcủaluậnvăn,emxinbàytỏlòng

biếtơnsâusắctớiTS.CHU XUÂN QUANG và PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG, những ngườithầyđángkínhđãtrực tiếphướngdẫnvàtậntìnhchỉbảoemtrongsuốtthờigianqua Emxinphépđượcgửilờicảmơnđếnbanlãnhđạovàcácthầycôgiáo,

trongthờigianemhọctập,nghiêncứutạitrường

Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ nghiên cứu phòng Vật liệu và Công nghệ Môi trường – Trung tâm Công nghệ Vật liệu đã nhiệt tình giúp đỡ

em trong thời gian thực hiện các nội dung của đề tài luận án

Học Viên

Vũ Mai Phương

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Chitosan 2

1.1.1 Khái quát về chitosan 2

1.1.2 Tính chất của chitosan Error! Bookmark not defined 1.1.3 Ứng dụng của chitosan Error! Bookmark not defined 1.2 Oxit sắt từ Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 Error! Bookmark not defined 1.2.2 Tính chất Error! Bookmark not defined 1.2.3 Một số ứng dụng của oxit sắt Error! Bookmark not defined 1.3 Vật liệu từ tính ứng dụng xử lí nước thải Error! Bookmark not defined 1.4 Đặc tính và một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm Error!

Bookmark not defined

1.4.1 Đặc tính và các nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm Error! Bookmark not defined.

1.4.2.Cácloại thuốcnhuộm thông thường Error! Bookmark not defined 1.4.3 Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm Error! Bookmark not defined.

1.4.3.1 Phương pháp keo tụ Error! Bookmark not defined 1.4.3.2 Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOP Error! Bookmark not defined.

1.4.3.3 Phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined 1.5 Khái niệmchung về hợp chấtmàuazo Error! Bookmark not defined 1.5.1 Đặc điểm cấu tạo Error! Bookmark not defined 1.5.2 Tính chất Error! Bookmark not defined 1.5.3 Độc tính với môi trường Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.1 Hóa chất và Vật liệu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Thiết bị Error! Bookmark not defined.

2.3 Phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu trong dung dịch Error! Bookmark not defined 2.4 Tổng hợp vật liệu có từ tính có khả năng hấp phụ/ trao đổi ion Error!

Bookmark not defined

2.5 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệuError! Bookmark not defined

2.5.1 Phương pháp phổ hồng ngoại IR Error! Bookmark not defined 2.5.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM Error! Bookmark not defined 2.5.3 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) Error! Bookmark not defined.

2.5.4 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD– X–Rays Diffraction) Error! Bookmark not defined.

2.5.5 Phương pháp từ kế mẫu rung Error! Bookmark not defined 2.5.6 Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ cực đại Error! Bookmark not defined.

2.6 Khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu của các vật liệuError! Bookmark not

defined

2.6.1 Khảo sát thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ FMM-C31 đối với dung

dịch alizarin vàng G Error! Bookmark not defined.

2.6.2 Khảo sát thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ FMM-C31 đối với dung

dịch metyl đỏ Error! Bookmark not defined.

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật

liệu FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu

FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

2.6.5 Xác định dung lượng hấp phụ alizarin vàng cực đại của vật liệu FMM-C31

Error! Bookmark not defined.

2.6.6 Xác định dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31

Error! Bookmark not defined 2.6.7 Xác định thời gian lắng của vật liệu Error! Bookmark not defined.

2.6.8 So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của ba loại vật liệu C11,

FMM-C21 và FMM-C31 Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ERROR! BOOKMARK NOT

DEFINED

3.1 Các đặc trưng cơ bản của vật liệu Error! Bookmark not defined 3.1.1 Hình thái học của vật liệu Error! Bookmark not defined 3.1.2 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại Error! Bookmark not defined 3.1.3 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X Error! Bookmark not defined 3.1.4 Xác định đường cong từ hóa và từ độ bão hòa Error! Bookmark not defined.

3.1.5 Diện tích bề mặt riêng của vật liệu Error! Bookmark not defined 3.1.6 Đánh giá khả năng lắng của vật liệu Error! Bookmark not defined 3.1.7 So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu Error! Bookmark not defined 3.2 Khảo sát một số điều kiện hấp phụ cơ bản sử dụng vật liệu chitosan/oxit sắt từ FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

3.2.1 Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật liệu hấp

phụ FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

3.2.2 Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu

FMM-C31 Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 PHỤ LỤC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

1 Một số hợp chất azo thường gặp Error! Bookmark not defined.

2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu chitosan/Fe 3 O 4 Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính nướcthải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà NộiError! Bookmark not defined.

Bảng 1.2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may Error! Bookmark not defined.

Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ Error! Bookmark not defined.

Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Alizarin vàng G Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.1 Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.2 So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM-C11, FMM-C21

và FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.3 Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối với phẩm

màu metyl đỏ Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ vủa vật liệu

Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31

Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng GError! Bookmark not defined.

Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật

liệu FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.8 Khảo sát dung lượng hấp phụ alizarin vàng G cực đại của vật liệu

FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ

Hình 2.1 Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pHError! Bookmark not defined.

Hình 2.2 Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng G vào pH Error! Bookmark not defined.

Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng GError! Bookmark not defined.

Hình 2.5: Các kiểu đường hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt theo IUPACError! Bookmark not defined.

Hình 2.6: Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể Error! Bookmark not defined Hình 2.7: Sơ đồ khối từ kế mẫu rung Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Error! Bookmark not defined.

Hình 2.9 Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf Error! Bookmark not defined.

Hình 3.1: Kết quả chụp SEM của vật liệu a Fe3O4; b FMM-C11; c FMM-C21; d

FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.2: Phổ IR của vật liệu a Chitosan, b FMM-C11, c FMM-C21, d FMM-C31

Error! Bookmark not defined.

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 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d

FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a FMM-C11; b FMM-C21; c FMM-C31

Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệuError! Bookmark not defined.

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu Error! Bookmark not defined.

Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của metyl đỏ Error! Bookmark not defined.

Hình 3.9 : Đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu

Error! Bookmark not defined Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ct/qt vào Ct của alizarin vàngG Error! Bookmark not defined.

Hình 3.12: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.13: Phương trình đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu

FMM-C31 Error! Bookmark not defined.

1

MỞ ĐẦU

Hiệnnay,trướcsựpháttriểnngày cànglớnmạnhcủa đấtnướcvềkinh tế và xã hội,đặc

ảnhhưởngrấtlớnđếnmôitrườngsốngcủaconngười.Bêncạnhsự lớnmạnh củanềnkinhtếđấtnướclà hiệntrạngcáccơsởhạtầngxuốngcấptrầm trọng vàsựônhiễmmôitrườngđangởmứcbáođộng.Mộttrongnhữngngành côngnghiệp

côngty,nhàmáycòncóhàngngàncơsởnhỏlẻtừcáclàngnghềtruyền thống.Vớiquymôsản xuấtnhỏ, lẻ nênlượng nước thảisau sản xuất hầunhư không được xửlý,màđược thải trựctiếprahệ thốngcốngrãnhvà đổthẳng xuống hồao, sông, ngòigâyônhiễmnghiêmtrọngtầng nướcmặt,mạchnước ngầmvà ảnhhưởnglớnđếnsức khỏe conngười

Vớidâychuyềncôngnghệphứctạp,baogồm nhiềucôngđoạnsảnxuất khác nhaunênnước thải sausảnxuất dệtnhuộmchứanhiều loại hợpchấthữu cơđộchại,đặcbiệtlàcáccôngđoạntẩytrắngvànhuộmmàu.Việctẩy, nhuộm vảibằngcácloạithuốcnhuộm khácnhaunhưthuốcnhuộm hoạttính, thuốcnhuộm

khiếncholượngnướcthảichứanhiềuchấtônhiễm khácnhau(chấttạomàu, chấtlàm bềnmàu )[7,8].Bêncạnhnhữnglợiíchcủachấttạomàuhọazo trongcông nghiệpnhuộm,thìtác hạicủa nó khôngnhỏkhimàcácchấtnày được thảiramôitrường.Gầnđây,cácnhà nghiên cứuđã pháthiệnra tínhđộc hạivànguy hiểm củahợpchấthọazođốivớimôitrườngsinhtháivàcon người,đặc biệt là loại thuốc nhuộmnàycóthể gâyung thư cho người sửdụng sảnphẩm[19,30]

Nghiêncứu,xử lýnướcthảicóchứahợpchấtazolàmộtvấnđềrấtquan trọngnhằm loạibỏhếtcácchấtnày trướckhixảramôitrường,bảovệcon ngườivà môitrườngsinhthái Vớimụcđíchhiểurõhơnvềđặcđiểm quátrìnhxử lýcáchợpchấthữu cơđộchại,đặcbiệtlàhợpchấttạomàuhọazobằngvật liệu hấp phụ có từ tính,qua đó xác định được điều kiện thích hợpđểxửlý nước thải dệt nhuộm thựctếnênđềtàiluậnvăn

“Tổng hợp vật liệu hấp phụ có từ tính và khảo sát khả năng tách loại phẩm màu azo trong môi trường nước”đãđược thực hiện

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Chitosan

1.1.1 Khái quát về chitosan

Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong cặn dịch chiết từ một loại nấm Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xenlulozo

Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccarit, hình thái tự nhiên ở dạng rắn Do đó, các phương pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất, và phương pháp hoá học để biến tính chitin cũng như việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó khăn

Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau Chitosan được xem là polymer

tự nhiên quan trọng nhất Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm Giống như xenlulozo, chitosan là chất xơ, không giống chất xớ thực vật, chitosan

có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học Chitosan có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và acid mật

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

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

1 LêVănCát (2002),Hấpphụvàtraođổiiontrongkĩthuậtxửlínướcvànước

thải,NXBThốngkê,Hà Nội

2 CụcThẩm địnhvàĐánhgiá tácđộngmôitrường-Tổngcụcmôitrường (2009),

Hướngdẫn lập báocáo đánhgiátác độngmôitrường dựándệtnhuộm,Hà Nội

3 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 và công nghệ quốc gia, Hà Nội

4 TrầnTứHiếu (2003),PhântíchtrắcquangphổhấpthụUV-Vis,NXBĐạihọc QuốcgiaHà

Nội,Hà Nội

5 TrầnVănNhân,HồThịNga (2005),Giáotrìnhcôngnghệxửlínướcthải, NXB Khoahọcvà kĩthuật,Hà Nội

6 TrầnVănNhân,NguyễnThạcSửu,NguyễnVănTuế (1998),HóalítậpII,

NXBGiáodục,Hà Nội

7 ĐặngTrấnPhòng,TrầnHiếuNhuệ (2005),Xử lý nướccấp và nướcthảidệt nhuộm,NXB

Khoa họcvàkỹthuật, Hà Nội

8 ĐặngTrấnPhòng (2004),Sinhtháivàmôitrườngtrongdệtnhuộm,NXBKhoa học

vàkỹthuật, Hà Nội

9 LâmNgọcThụ (2000),CơsởHóaphântích-Cácphươngphápphântíchhóa học, NXB

Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội

10 CaoHữuTrượng,HoàngThịLĩnh (1995), Hóahọcthuốcnhuộm,NXBKhoa học vàKỹthuật, Hà Nội

12 Đặng Xuân Việt (2007),Nghiêncứuphươngphápthíchhợpđểkhửmàuthuốc

nhuộmhoạttínhtrongnướcthảidệtnhuộm,luận ántiếnsĩkỹthuật, Viện Khoa học và

Công nghệ Môi trường, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Tài liệu tiếng Anh

13 A.G.LiewAbdullah,MA,MohdSalled,M.K.SitiMazlina,M.JMegat MohdNoor,M.ROsman,R.Wagiran, andS.Sobri (2005),“Azodyeremovalby