ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ NGỌC THU NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH XENLULOZƠ TRONG THÂN CÂY ĐAY ĐỂ LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Ngọc Thu NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH XENLULOZƠ TRONG THÂN CÂY ĐAY ĐỂ LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã ngành: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ QUANG HUY HÀ NỘI – 2016 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, với lòng biết ơn kính sâu sắc, xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Đỗ Quang Huy, Bộ môn Công nghệ Môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giao đề tài trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ suốt trình thực luận văn Cảm ơn Thầy tâm huyết dẫn góp ý để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy cô thuộc Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để học tập làm việc suốt thời gian nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Lê Văn Trọng, Trung tâm Phân tích Giám định thực phẩm Quốc gia, Viện Công nghiệp thực phẩm, Bộ Công Thương cử nhân Trịnh Thị Tân cộng tác, triển khai thực nghiên cứu Tôi xin gửi làm cảm ơn tới gia đình, bạn bè quan tâm động viên đóng góp ý kiến giúp đỡ suốt trình hoàn thiện luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2016 Học viên Vũ Thị Ngọc Thu i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đay 1.1.1 Đặc điểm nguồn gốc 1.1.2 Tình hình sản xuất đay giới 1.1.3 Xenlulozơ thân đay 1.1.4 Nghiên cứu biến tính đay giới 1.2 Phản ứng đồng trùng hợp ghép 1.2.1 Cơ chế chung 1.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình đồng trùng hợp ghép 1.2.3 Cơ chế phản ứng đồng trùng hợp ghép lên bột thân đay 10 1.3 Tổng quan monome chất khơi mào 12 1.3.1 Giới thiệu axit acrylic .12 1.3.2 Giới thiệu acrylamit 12 1.3.3 Tác nhân khơi mào amonipesunphat (APS) 13 1.3.4 Tác nhân khơi mào natribisunphat/amonipesunphat (SB/APS) 15 1.4 Giới thiệu sơ lƣợc số kim loại nặng 16 1.4.1 Khát quát chung .16 1.4.2 Giới thiệu sơ lƣợc số kim loại nặng điển hình 17 1.5 Lý thuyết sử dụng nghiên cứu hấp phụ 19 Chƣơng 22 ii ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu .22 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .22 2.2.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 22 2.2.2 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu thô 23 2.2.3 Phƣơng pháp biến tính vật liệu 23 2.2.4 Quy trình biến tính vật liệu 25 2.2.4.1 Quy trình ghép AA lên xenlulozơ bột thân đay amoni hóa 25 2.2.4.2 Quy trình ghép AM lên xenlulozơ bột thân đay 26 2.2.5 Xác định đặc tính vật liệu 27 2.2.6 Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại nặng vật liệu biến tính 29 Chƣơng 30 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Đặc tính bột thân đay 30 3.1.1 Đặc điểm hình thái bề mặt bột thân đay 30 3.1.2 Đặc điểm cấu trúc bột thân đay 30 3.2 Biến tính xenlulozơ bột thân đay 31 3.2.1 Xử lý NaOH 31 3.2.2 Phản ứng đồng trùng hợp ghép AA lên bột thân đay 34 3.2.2 Phản ứng đồng trùng hợp ghép AM lên bột thân đay 39 3.3 Khả xử lý kim loại nặng (Cu2+, Zn2+, Cd2+) vật liệu biến tính 41 3.3.1 Xác định hệ số hấp phụ vật liệu thô với ion KLN 42 3.3.2 Xác định hệ số hấp phụ vật liệu biến tính với ion KLN 43 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 62 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học thân đay Bảng 2: Các nƣớc đứng đầu sản lƣợng đay giới .2 Bảng 3: Diện tích, suất sản lƣợng đay tỉnh Long An .3 Bảng 4: Tiêu chuẩn giới hạn cho phép hàm lƣợng kim loại nặng .16 nƣớc ăn uống 16 Bảng 5: Phƣơng pháp xác định số tính chất vật lý, hóa học vật liệu nồng độ kim loại nặng 28 Bảng 6: Xác định dung lƣợng hấp phụ Cu2+, Zn2+, Cd2+ bột thân đay thô 42 Bảng 7: Xác định dung lƣợng hấp phụ Cu2+, Zn2+, Cd2+ xenlulozơ bột thân đay biến tính axit acrylic 44 Bảng 8: Xác định dung lƣợng hấp phụ Cu2+, Zn2+, Cd2+ xenlulozơ bột thân đay biến tính acrylamit 47 Bảng 9: Xác định thông số phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich vật liệu với Cu2+, Zn2+ Cd2+ 51 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Cây đay Hình 2: Cấu trúc phân tử xenlulozơ .3 Hình 3: Các nhóm chức ghép nối vào xenlulozơ tạo vật liệu có đặc tính tốt 11 Hình 4: Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào Cf 20 Hình 5: Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc log q vào log 21 Hình 6: Quy trình ghép AA lên xenlulozơ bột thân đay amoni hóa 26 Hình 7: Quy trình ghép AM lên xenlulozơ bột thân đay 27 Hình 8: Ảnh SEM bề mặt bột thân đay .30 Hình 9: Phổ hấp thụ hồng ngoại bột thân đay 31 Hình 10: Ảnh SEM bề mặt bột thân đay sau xử lý NaOH 15% 32 Hình 11: Ảnh hƣởng nồng độ NaOH đến khối lƣợng lại 33 iv hàm lƣợng xenlulozơ thu đƣợc từ bột thân đay 33 Hình 12 Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay sau xử lý NaOH 15% .34 Hình 13: Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay sau 35 ghép axit acrylic hoạt hóa hệ SB/APS .35 Hình 14 Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay sau 36 ghép axit acrylic hoạt hóa APS .36 Hình 15 Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay ghép .37 axit acrylic đƣợc amoni hóa với hệ hoạt hóa SB/APS 37 Hình 16 Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay ghép 38 axit acrylic đƣợc amoni hóa hoạt hóa APS 38 Hình 17 Phản ứng tạo thành sản phẩm ghép axit acrylic 39 amoni hóa xenlulozơ bột thân đay .39 Hình 18 Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay 40 sau ghép acrylamit hoạt hóa hệ SB/APS 40 Hình 19: Phổ hấp thụ hồng ngoại xenlulozơ bột thân đay 41 sau ghép acrylamit hoạt hóa hệ APS 41 Hình 20 Phản ứng tạo thành sản phẩm ghép acrylamit 41 lên xenlulozơ bột thân đay 41 Hình 21: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a) Langmuir (b) hấp phụ Cu2+, Zn2+,Cd2+ xenlulozơ bột thân đay thô 43 Hình 22: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a) Langmuir (b) 45 hấp phụ Cu2+, Zn2+,Cd2+ xenlulozơ bột thân đay biến tính 45 axit acrylic với hệ khơi mào SB/APS .45 Hình 23: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a) Langmuir (b) 46 hấp phụ Cu2+, Zn2+,Cd2+ xenlulozơ bột thân đay biến tính 46 axit acrylic với hệ khơi mào APS 46 Hình 24: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a) Langmuir (b) 48 v hấp phụ Cu2+, Zn2+,Cd2+ xenlulozơ bột thân đay biến tính 48 acrylamit với hệ khơi mào SB/APS 48 Hình 25: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a) Langmuir (b) 49 hấp phụ Cu2+, Zn2+,Cd2+ xenlulozơ bột thân đay biến tính 49 acrylamit với hệ khơi mào APS 49 Hình 26: Phản ứng tạo phức vật liệu biến tính với kim loại nặng (a, c); phản ứng tạo phức vật liệu biến tính đƣợc amoni hóa với kim loại nặng (b) .54 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AA : Axit acrylic AM : Acrylamit FTIR : Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ICP : Phƣơng pháp phổ phát xạ plasma PAA : Axit polyacrylic R/L : Tỷ lệ rắn/lỏng SEM : Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét KPS : Kali pesunphat KLN : Kim loại nặng TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam v/p : vòng/ phút CAN : Ceri amoninitrat vii MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm nguồn nƣớc trở thành vấn nạn nhiều quốc gia giới Ở nƣớc ta, trình phát triển khu công nghiệp, khu chế xuất đẩy nhanh tốc độ tăng trƣởng kinh tế, thúc đẩy đầu tƣ sản xuất công nghiệp, góp phần hình thành khu đô thị mới, giảm khoảng cách kinh tế vùng Tuy nhiên, nhiều nhà máy khu công nghiệp hàng ngày thải trực tiếp nƣớc thải có chứa ion kim loại nặng với hàm lƣợng vƣợt giới hạn cho phép thải môi trƣờng Vì vậy, việc xử lý môi trƣờng nƣớc trở thành vấn đề đƣợc quan tâm Việt Nam Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trƣờng nƣớc nhƣ: phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp vật lí, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi ion, phƣơng pháp hấp phụ sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn tự nhiên nhƣ vỏ trấu, bã mía, xơ dừa, đƣợc nghiên cứu nƣớc giới Hƣớng nghiên cứu sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên có ý nghĩa khoa học thực tiễn, loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm, dễ phân hủy, có dung lƣợng hấp phụ kim loại nặng nƣớc lớn Những năm gần đây, việc tái chế phụ phẩm nông nghiệp nhằm mục đích xử lý môi trƣờng đƣợc quan tâm, vật liệu từ rơm, vỏ chuối, mùn cƣa, xơ dừa, bã mía…đã đƣợc nghiên cứu nhiều [2] Phụ phẩm từ đay nguồn nguyên liệu phổ biến Việt Nam Hƣớng nghiên cứu tái chế phụ phẩm thân đay sau tách vỏ để xử lý kim loại nặng nƣớc bắt đầu vài năm gần Việt Nam Để đóng góp vào hƣớng nghiên cứu tiềm này, chọn thực đề tài “Nghiên cứu biến tính xenlulozơ thân đay để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng nƣớc” Đề tài đƣợc thực với mục đích biến tính phụ phẩm từ đay để xử lý số ion KLN, gồm Cu2+, Cd2+, Zn2+ nƣớc Nội dung nghiên cứu tập trung vào số vấn đề sau: - Xác định thành phần, cấu trúc hóa học bột thân đay - Khảo sát biến tính bột thân đay số hóa chất nâng cao khả liên kết với ion KLN xenlulozơ ban đầu, khả liên kết phụ thuộc vào ion kim loại đặc tính vật liệu ghép Quá trình đồng trùng hợp ghép diễn môi trƣờng không đồng nhất, phản ứng đƣợc tiến hành tác nhân hoạt hóa phù hợp [35] 1.3 Tổng quan monome chất khơi mào 1.3.1 Giới thiệu axit acrylic Axit acrylic hợp chất hữu với công thức hóa học CH2=CHCOOH Nó axit cacboxylic không no đơn giản nhất, chứa nhóm vinyl liên kết trực tiếp với nhóm –COOH [43] - Axit acrylic CH2=CH-COOH chất lỏng không màu, mùi chua - Nhiệt độ nóng chảy: 13,50C; nhiệt độ sôi: 1410C; khối lƣợng riêng: 1,045 g/ml (250C), tỷ trọng: 1,051 g/cm3 - Có khả hòa tan số dung môi nhƣ: nƣớc, metanol, benzen, hexan,… Axit acrylic có đầy đủ tính chất axit cacboxylic (phản ứng làm đứt liên kết -O-H): tác dụng với thị, với bazơ, oxit bazơ, kim loại hoạt động, muối axit yếu ; phản ứng tạo este, tạo clorua axit, tạo anhidrit axit, tạo amit (phản ứng đứt liên kết – CO – OH) Trong giới hạn đề tài quan tâm chủ yếu đến phản ứng nối đôi, cụ thể phản ứng trùng hợp Axit acrylic dẫn xuất dễ tham gia phản ứng cộng (cộng hydro, halogen, HX ), dễ tham gia phản ứng trùng hợp tạo polime Một số phản ứng ta quan tâm phản ứng cộng hợp với rƣợu: ROH + CH2 = CHCOOR/ → ROCH2CH2COOR/ Axit acrylic có khả tham gia phản ứng đồng trùng hợp ghép với polysaccarit nhƣ xenlulozơ, chitin hay tinh bột 1.3.2 Giới thiệu acrylamit Acrylamit tên gọi khác acrylic amit hay propenamit, có công thức phân tử (C3H5NO) Công thức cấu tạo: 12 Acrylamit đƣợc kết tinh dung dịch nƣớc dƣới dạng tinh thể màu trắng, không mùi Acrylamit tan tốt nƣớc, metanol, etanol, dimetylete axeton Acrylamit không tan benzen, clorofom hexan Acrylamit có độ hoạt động hóa học cao Có hai loại phản ứng tác dụng lên phân tử, nhóm amin nối đôi Hợp chất có số tính chất hóa học nhƣ: phản ứng thủy phân thành axit cacboxylic, phản ứng khử thành amin, phản ứng tách thành nitril, phản ứng thoái biến Hoffman Acrylamit có liên kết hydro phân tử, thể tính bazơ yếu tính axit yếu Acrylamit dạng monome dễ dàng polyme hóa điểm nóng chảy dƣới chiếu sáng tia cực tím Tinh thể acrylamit bền nhiệt độ phòng, nhƣng polyme hóa xảy mạnh mẽ nóng chảy tiếp xúc với tác nhân oxi hóa nhƣ clo brom Khi nhiệt phân hủy acrylamit sinh khí độc, khói cay (NOx) Acrylamit đƣợc sử dụng nhƣ hợp chất hóa học trung gian tổng hợp polyacrylamit Acrylamit tự trùng hợp trùng hợp với monome chứa nhóm vinyl khác nhƣ axit acrylic điều kiện có gốc tự oxi Quá trình hình thành copolyme khối lƣợng phân tử khoảng 103 đến >107 g/mol Những polyme tổng hợp biến tính thành không ion, anionic cationic tùy mục đích sử dụng 1.3.3 Tác nhân khơi mào amonipesunphat (APS) Cơ chế trình khơi mào với tác nhân amonipesunphat - (NH4)2S2O8 : * Khơi mào [21, 42] - Ion pesunphat dƣới tác dụng nhiệt độ dung dịch nƣớc bị phân huỷ tạo thành gốc ion sunfat: S2O82─ → 2SO4● ─ - Gốc ion sau phản ứng với H2O để sinh gốc tự hydroxyl: SO4● ─ + HSO4─ H2 O → + HO● - Các gốc tự sunfat hydroxyl công vào tinh bột (X n -H) lấy H 13 tinh bột Nhƣ tạo gốc tự xenlulozơ có khả ghép với vinyl monome: Xn-H + Xn-H + SO4● ─ → Xn● + HSO4─ ● Xn● + H2 O OH → - Và sau gốc tự sinh xenlulozơ phản ứng với monome: Xn● CH2=CH → Xn-CH2-CH● + X X - Ngoài có phản ứng trùng hợp tạo homopolyme phản ứng đƣợc khơi mào gốc tự do: CH2=CH ● + OH → HO-CH2-HC● X X * Phát triển mạch Xn-CH2-CH● + nCH2=CH → Xn-(CH2-CH)n-CH2-CH● X X X X HO-CH2-CH● + nCH2=CH → HO-CH2-CH-(CH2-CH)n-1-CH2-CH● X X X X X * Ngắt mạch chuyển mạch Giai đoạn xảy gốc ngắt mạch hay chuyển mạch lên monome, dung môi lên xenlulozơ, gốc khơi mào Ngắt mạch gốc tự Xn-(CH2-CH)n-CH2-CH● + I● → X Xn-(CH2-CH)n-CH2-CH-I X X X HO-(CH2-CH)n-CH2-CH● + I● → HO-(CH2-CH)n-CH2-CH-I X X X 14 X Ngắt mạch cộng hợp Xn-(CH2-CH)n-CH2-CH● + ●CH-CH2-(CH-CH2)n-Xn → X X X X Xn-(CH2-CH)n+1-(CH2-CH)n+1-Xn X X Ngắt mạch phân ly Xn-(CH2-CH)n-CH2-CH● + Xn-(CH2-CH)m-CH2-CH● → X X X X Xn-(CH2-CH)n-CH2-CH2 + Xn-(CH2-CH)m-CH=CH X X X X 1.3.4 Tác nhân khơi mào natribisunphat/amonipesunphat (SB/APS) Cơ chế trình khơi mào với tác nhân NaHSO3/(NH4)2S2O8 : Gốc tự SO4-● đƣợc tạo từ phản ứng natribisunphat amonipesunphat theo phƣơng trình dƣới [35]: H2O + HSO3- + S2O82-  3HSO4- + 2SO4SO4-● + H2O  HSO4- +HO● Gốc SO4-● tiếp tục phản ứng với nhóm hydroxyl mạch xenlulozơ để hình thành gốc cao phân tử xenlulozo (X-OH) gốc tự M● SO4-● + X-OH  HSO4- + X – O● M + SO4-●  M● + SO42Các gốc cao phân tử tiếp tục khởi xƣớng phản ứng đồng trùng hợp monome lên mạch xenlulozơ phản ứng hình thành poly-monome theo chế sau: X-O● + M  X-OM● X-OM● + M  X-OMM● X-OM●n-1 + M  X-OMn● X-OMn● + X – OMn●  sản phẩm ghép Phản ứng trùng hợp poly-monome diễn song song với phản ứng đồng trùng hợp ghép, chế phản ứng trùng hợp monome (M) nhƣ sau: 15 M● + M  MM● M●n-1 + M  Mn● Mn● + X-OH  X-O● + MnH Mn● + Mm●  Mn+m Quá trình khơi mào chất khơi mào hóa học, hiệu suất ghép tăng tăng nồng độ chất khơi mào nhƣng tới giới hạn định tiếp tục tăng nồng đồ chất khơi mào hiệu suất ghép giảm [28] 1.4 Giới thiệu sơ lƣợc số kim loại nặng 1.4.1 Khát quát chung Kim loại nặng hợp chất chúng đƣợc biết đến nhƣ chất độc tồn lâu dài môi trƣờng có khả tích lũy thể sinh vật Nguồn gốc phát thải kim loại nặng tự nhiên từ hoạt động ngƣời, chủ yếu từ công nghiệp (các chất thải công nghiệp), nông nghiệp,…[8] Có số hợp chất kim loại nặng bị thụ động đọng lại đất, song có số hợp chất hòa tan dƣới tác động nhiều yếu tố khác nhau, độ chua đất, nƣớc mƣa Điều tạo điều kiện để kim loại nặng phát tán rộng vào nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt gây ô nhiễm đất Tiêu chuẩn giới hạn cho phép hàm lƣợng kim loại nặng nƣớc ăn uống cho bảng Bảng 4: Tiêu chuẩn giới hạn cho phép hàm lượng kim loại nặng nước ăn uống [1] STT Chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn Amoni, tính theo NH4+ mg/l 3,0 Asen mg/l 0,01 Bari mg/l 0,7 Cadimi mg/l 0,003 Crom mg/l 0,05 Đồng mg/l 1,0 Kẽm mg/l 3,0 16 Sắt mg/l 0,3 Chì mg/l 0,01 10 Mangan mg/l 0,3 11 Thủy ngân mg/l 0,001 1.4.2 Giới thiệu sơ lược số kim loại nặng điển hình 1.4.2.1 Đồng Đồng (Cu= 63,54) kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm IB, chu kì 4, ô 29 bảng tuần hoàn Cấu hình electron nguyên tử đồng [Ar]3d104s1 Trong hợp chất, đồng có số oxi hóa +1 +2 Đồng có hai đồng vị bền Cu63 Cu65 Với axit HCl, H2SO4 loãng, đồng không tác dụng, nhƣng với có mặt oxi không khí nơi tiếp xúc đồng, dung dịch axit không khí, đồng bị oxi hóa thành muối đồng (II): 2Cu + HCl + O2  2CuCl2 + 2H2O Đồng bị oxi hóa dễ dàng H2SO4 đặc nóng HNO3 Những kim loại đứng sau đồng dãy điện hóa (Ag, Hg,…) dễ bị đồng đẩy khỏi muối [12] Đồng nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho loài động, thực vật bậc cao Đồng đƣợc tìm thấy số loại enzyme kim loại trung tâm chất chuyên chở oxi hemocyanin Máu cua móng ngựa Limulus polyphemus sử dụng đồng thay sắt để chuyên chở oxi Đồng đƣợc vận chuyển chủ yếu máu protein huyết tƣơng gọi ceruloplasmin Đồng đƣợc hấp phụ ruột non đƣợc vận chuyển tới gan liên kết albumin Tuy nhiên, hợp chất đồng với hàm lƣợng lớn chất độc, có khả gây chết ngƣời Đồng nƣớc với nồng độ lớn mg/lít tạo vết bẩn quần áo hay đồ vật đƣợc giặt nƣớc Nồng độ an toàn đồng nƣớc uống ngƣời dao động theo nguồn, nhƣng có xu hƣớng nằm khoảng 1,5 -2 mg/lít [13] 1.4.2.2 Kẽm Kẽm nguyên tố kim loại; kí hiệu Zn số hiệu hóa học 30 Nó nguyên tô nhóm 12 bảng tuần hoàn nguyên tố Kẽm, 17 phƣơng diện đó, có tính chất hóa học giống với magiê, ion chúng có kích thƣớc giống có trạng thái oxi hóa thông thƣờng +2 Kẽm thành phần tự nhiên thức ăn cần thiết cho đời sống ngƣời Một phần mẫu cung cấp hàng ngày từ 0,17 đến 0,25 mg Zn/kg thể trọng Nói chung, tất loại động vật chịu đựng đƣợc kẽm, kim loại mà gây độc hàm lƣợng thấp phần ăn chứa nhiều đồng, sắt chịu tác động tƣơng hỗ yếu tố khác [15] Do có giới hạn bảo đảm chắn nồng độ kẽm có phần ăn bình thƣờng hàng ngày, với liều lƣợng kẽm gây ngộ độc tích luỹ, với hàm lƣợng kẽm đƣợc quy định giới hạn thức ăn (từ đến 10 ppm) không ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời tiêu dùng Ngộ độc kẽm ngộ độc cấp tính, ăn nhầm phải lƣợng lớn kẽm (5-10g ZNSO4 3-5g ZnCl2) gây chết ngƣời với triệu chứng nhƣ có vị kim loại khó chịu dai dẳng miệng, nôn, ỉa chảy, mồ hôi lạnh, mạch đập khẽ, chết sau 10 đến 48 giây 1.4.2.3 Cadimi Trong bảng tuần hoàn, Cadimi (M= 112,41) ô 48, chu kì 5, nhóm IIB với kẽm thủy ngân Cấu hình electron nguyên tử cadimi [Kr]4d105s2 Cadimi bị hòa tan dung dịch axit HCl, H2SO4, HNO3 tạo thành muối tƣơng ứng Trạng thái oxi hóa +1 cadimi đạt đƣợc cách hòa tan cadimi hỗn hợp cadimi clorua nhôm clorua [15] Cd + CdCl2 + 2AlCl3 Cd2(AlCl4)2 Nguồn cadimi có môi trƣờng tăng đột biến bùng nổ ngành công nghiệp khai thác, luyện kim, làm pin, chạy lò phản ứng… gây nhiễm độc cho ngƣời dân sống địa phƣơng Theo nhà khoa học, cadimi gây ngộ độc phong bế số vi chất có tác dụng sinh học: Zn, Fe, Ca… dẫn đến đảo lộn nhiều trình sinh học thể, gây nhiều tình trạng bệnh lý khác gây tử vong [15] Tóm lại, cadimi tồn thể từ 10-30 năm nên gây bệnh âm thầm kéo dài Hiện chƣa có giải phát giải độc hữu hiệu, phòng ngừa nhiễm độc 18 cadimi chủ yếu, tránh việc tạo cadimi làm ô nhiễm môi trƣờng, khuyên ngƣời không nên ăn thực phẩm nghi ngờ có cadimi vƣợt ngƣỡng cho phếp phải tiếp xúc với cadimi cần có biện pháp phòng ngừa tích cực 1.5 Lý thuyết sử dụng nghiên cứu hấp phụ + Lý thuyết hấp phụ đơn phân tử Langmuir: Lý thyết hấp phụ đơn phân tử đƣợc Langmuir đƣa năm 1915 dựa quan điểm lực hấp phụ nhà bác học Nga Goodvich Trong thiết lập bày, Langmuir dựa giả thiết: - Sự hấp phụ lực hóa trị lực hóa trị dƣ gây - Sự hấp phụ phân tử chất bị hấp phụ xảy trung tâm hoạt động có bề mặt vật hấp phụ - Do lực hấp phụ có bán kính tác dụng nhỏ nhƣ lực có chất gần với lực hóa học có khả tiến đến bão hòa, nên trung tâm hoạt động hấp phụ phân tử chất bị hấp phụ khả hấp phụ thêm nữa, nghĩa bề mặt vật hấp phụ tạo nên lớp hấp phụ đơn phân tử - Phân tử chất bị hấp phụ đƣợc giữ bề mặt vật hấp phụ thời gian định, sau thăng giáng lƣợng, bị rứt – giải hấp phụ Khi tốc độ giải hấp phụ tốc độ hấp phụ hệ thiết lập cân hấp phụ Thời gian lƣu lại phân tử bị hấp phụ bề mặt vật hấp phụ đƣợc bỏ qua Xuất phát từ giả thiết trên, Langmuir đƣa phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt tổng quát đơn giản [37, 40] Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: =β= Trong đó: q: dung lượng hấp phụ cân thời điểm cân (mg/g), qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g), β: độ che phủ, Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/L), b: số Langmuir 19 Phƣơng trình Langmuir hai tính chất: + Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb >1 q =qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ bão hòa Khi nồng độ chất hấp phụ nằm hai giới hạn đƣờng đẳng nhiệt biễu diễn đoạn cong Để xác định số phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir ta đƣa phƣơng trình dạng đƣờng thẳng Xây dựng đồ thị biễu diễn phụ thuộc C cb/q vào Ccb xác định đƣợc số b, qmax phƣơng trình Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb tg α = 1/qmax ; ON = 1/b.qmax Hình 4: Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào Cf + Lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich: Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich phƣơng trình thực nghiệm mô tả hấp phụ khí chất tan lên 20 vật hấp phụ rắn phạm vi lớp Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich có dạng [18]: q = K Trong đó: q: dung lượng hấp phụ thời điểm cân (mg/g), K: số hấp phụ Freundlich, Ccb: Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l), n: số lớn Để xác định số đƣa phƣơng trình dạng đƣờng thẳng : lg q = lg k + lg Xây dựng đồ thị biễu diễn phụ thuộc lg q vào lg xác định đƣợc giá trị k, n Hình 5: Xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc log q vào log a) Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich; b) Sự phụ thuộc log q vào log 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Y tế (2009), QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống, ban hành theo thông tƣ số 04/2009/TT-BYT ngày 17 tháng năm 2009 Phạm Hoàng Giang, Đỗ Quang Huy (2016), “Nghiên cứu xử lý kim loại nặng nƣớc phƣơng pháp hấp phụ phụ phẩm nông nghiệp biến tính axit photphoric”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Vol.32, No.1S, pp.96-101 Trần Mạnh Lục (2011), “Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên Chitin khơi mào Fe2+/H2O2”, Tạp chí khoa học công nghệ, số 6[47], pp.62-70, Đại học Đà Nẵng Trần Mạnh Lục (2005), Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic dẫn xuất lên sợi xenlulozơ, Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, mã số B2004 -16-29, Đại học Đà Nẵng Đỗ Đình Rãng (2003), Hóa học hữu 3, Nhà xuất Giáo dục Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Thị Tại (1980), Cơ sở hóa học hữu tập II, nhà xuất Đại học Trung cấp chuyên nghiệp Hà Nội Trần Quốc Sơn (1982), Một số phản ứng hóa học hữu cơ, Nhà xuất Giáo dục Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học, môi trường sức khỏe người, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Trần Thị Hồng Thắm (2011), Nghiên cứu xây dựng quy trình canh tác đay phục vụ cho vùng nguyên liệu sản xuất bột giấy đồng tháp mười, Báo cáo tổng kết thực đề tài thuộc dự án khoa học công nghệ nông nghiệp vốn vay ADB, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn 10 Phạm Thị Thúy, Nguyễn Thị Thanh Mai, Nguyễn Mạnh Khải (2016), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý asen nƣớc từ bùn đỏ”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Vol.32, No.1S, pp.370-376 57 11 Lê Văn Trọng, Đỗ Thị Việt Hƣơng, Phạm Thị Dinh, Phạm Văn Quang (2016), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bột thân đay biến tính để loại bỏ kim loại nặng nƣớc, Phần I Đặc tính vật liệu bột thân đay biến tính”, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Vol.32, No.4, pp 12 Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình Rãng, Cao Thị Thặng (2008), Hóa học 12 – Nâng cao, NXB Giáo dục Tiếng Anh 13 Adriano D C (2001), Trace elements in terrestrial environments, biogeochemistry, bioavailability and risks of metal, 2nd Edition, Springer New York 14 Ahmed Zakaria, Nizam Asif Syed (2008), “Jute – Microbiological and Biochemical Research”, Plant Tissue Cult & Biotech 18(2), pp.197-220 15 Alkorta I, Hernandez – Allica Becerrie JM, Amezaga I, Albizu I, Garbisu C (2004), “Recent finding on the phytoremediation of soil contaminated with environmentally toxic heavy metals and metalloids such as zine, cadmium, lead and arsenic”, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology 3, pp.71-90 16 Arifuzzaman Khan G M, Saheruzzaman Md, Abdur Razzaque S M, Sakinul Islam Md & Shamsul Alam Md (2009), “Grafting of acrylonitrile monomer onto bleached okra bast fibre and its textile properties”, Indian Journal of Fibre & Textile Research, Vol 34, pp 82-90 17 Debasish Das, Rajiv Munshi (2009), “Finishing of jute using methacrylic acid in presece of tetrasodium pyrophosphate and potassium persulphate as catalysts under thermal treatment”, Indian Journal of Fibre & Textile Research, Vol 34, pp 82-90 18 Desta Mulu Berhe (2013), “Batch Sorption Experimants: Langmuir and Freundlich Isotherm Studies for the Adsorption of Textile Metal Ions onto Teff Straw (Eragrostis tef) Agricultural Waste”, Journal of Thermodynamics, Article ID 375830, pp.1-6 58 19 Eddy M.F.M Yusslee, Lutfor M.R., Dahon N.H., Arshad Sazmal E (2015), “Synthesis Of Chemically Modified Silica Gel With Amidoxime And Its Adsorption Performamce For The Removal Of Copper(II) And Lead(II) From Aqueous Phase” Journal of Applied Science and Agriculture, 10(5) Special 2015, pp.24-32 20 Ghosh Premamoy, Das Debasish (1998), “Modification of Jute by Acrylic Acid in the Presence of Na3PO4 and K2S2O8 as Catalysts Under Thermal Treatment”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 68, pp.63-74 21 Ibrahim H Mondal (2013), “Grafting of Methyl Acrylate and Methul Methacrylate onto Jute fiber: Physico-Chemical Characteristics of the Grafted Jute”, Journal of Engineer Fibers and Fabrics, Vol 8, pp 42-50 22 Janhan M.S., Rahman Halima, Samaddar Purabi Rani, Rahman Mostafizur (2015), “Ethylenediamine in alkaline cooking of jute stick for producing dissolving pulp”, Bangladesh Journal of Sciences and Industrial Research 50(1), pp.7-14 23 Kalia S., Sabaa M.W (2013), Polysaccharide Based Graft Copolymes, Verlag Berlin Heidelberg 24 Lee H.V., Hamid S B A., Zain S K (2014), “Conversion of Lignocellulosic Biomass to Nanocellulose: Structure and Chemical Process”, The Scientic World Journal, pp 1-20 25 Leonard Y.M (2009), “Alkalised jute fiber tensile properties”, BioResources 4(2), pp 566-588 26 Leonard Y.M., Martin P.Ansell (2001), “Chemical Modification of Hemp, Sisal, Jute, and Kapok Fibers by Alkalization”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 84, pp.2222-2234 27 Lutfor Rahman Md, Sarkar Shaheen M., Yusoff Mashitah M., Kulkarni Ajay Kumar D., Chowdhury Zaira Zaman, Eaqub Ali Md (2016), “Grafted Khaya cellulose,” BioResources 11(3), pp 6780-6800 28 Mondal Ibrahim H Md, Islam Khademul Md (2015), “Dyeing and thermal behavior of jute fibre grafted with nitrile monomer”, Fashion and Textiles, pp.1-12 59 29 Mahdavi Mahnaz, Ahmad Mansor B., Jelas Haron Md., Rahman Mohama Zaki Ab And Asma Fatehi (2011), “PAM-grafted rubberwood”, BioResources 6(4), pp 5110-5120 30 Maya Jacob John, Rajesh D Anandjiwala (2008), “Recent Developments in Chemical Modification and Characterization of Natural Fiber-Reinforced Composites”, Polymer composites, pp.187-207 31 Mehmet Emin ARGUN, Şükrü DURSUN (2006), “Removal of heavy metal ions using chemically modified adsorbents”, J Int Environmental Application & Science, Vol (1-2), pp 27-40 32 Mohammad Asadullah, Mohammad Asaduzzaman, Mohammad Shajahan Kabir, Mohammad Golam Mostafa, Tomohisa Miyazawa (2010), “ Chemical and structural evalution af activated carbon prepared from jute sticks for Brilliant Green dye removal from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials 174, pp 437443 33 Raij C and Anirudhan T S (1996), “Preparation and metal – adsorption properties of the polyacrylamide grafted sawdust having carboxylate functional group”, Indian Journal of Chemical Technology, Vol.3, pp.345-350 34 Rao Lei, Xu Jie, Xu Jun, Zhan Ruiyun (1994), “Structure and Properties of Polyvinyl Alcohol Amidoxime Chelate Fiber”, Journal of Applied Polymer Science, 53, pp 325-329 35 Román-Aguirr M., Márquez-Lucero A., Zaragoza-Contreras E.A (2004), “Elucidating the graft copolymeizatio of methyl methacrylate onto wood fiber”, Carbohydrate Polymes, 55, pp 201–210 36 Salam M.A (2005),“Graft Copolymerization of Methylacrylonitrile Monomer onto Sulfonated Jute – Cotton Blended Fabric”, Journal of Textile and Apparel, Technology and Management, Vol 4,pp 1-12 37 Samal Rajani K., Samantaray Himansu S., Samal Rabi (1986), “Graft Copolymerization with a New Class of Acidic Peroxo Salt, IV Grafting of Acrylamide onto Jute Fiber Using Potassium Monopersulphate: Catalyzed by Fe(II)”, Polymer Journal, Vol 18, No 6, pp 471-478 60 38 Saravanan R., Ravikumar L (2015), “The Use of New Chemically Modified Cellulose for Heavy Metal Ion Adsorption and Antimicrobial Activities”, Journal of Water Resource and Protaction, pp.530-545 39 Sanna Hokkanen (2014), Modified nano – and microcellulose based adsorption materials in water treatment, thesis for the degree of doctor of science to be presented with due permission for public examination and criticism in the chamber music Hall at the Mikaeli Concert and Congress Hall, Mikkeli, pp.54-70 40 Sreedhar M.K., Anirudhan T.S (2000), “Preparation of an adsorbent by graft polymerization of acrylamide onto coconut husk for mercury (II) removal from aqueous solution and chloralkali industry wastewater”, Journal of Applied Polymer Science, Vol.75, pp.1261-1269 41 Sulaiman Othman, Ghani Noor Syahidah, Rafatullah Mohd, Hashim Rokiah (2011), “Removal of Zinc (II) Ions from Aqueous Solution Using Surfactant Modified Bamboo Sawdust”, Separation Science and Technology, 46, pp 22752282 42 Taghizadeh, Mohammad Taghi, Mehrdad, Abbas (2006), “Kinetic Study of Graft Polymerization of Acrylic Acid and Ethyl Methacrylate onto Starch by Ceric Ammonium Nitrate”, Iran J Chem Chem Eng.,Vol 25, No.1, pp 1-11 43 Takashi Ohara, Takahisa Sato, Noboru Shimizu, Gunter Prescher Helmut Schwind, Otto Weiberg, Klaus Marten, Helmut Greim (2003), Acrylic Acid and Derivatives, Industrial Chemistry, Wiley- VCH, Weinheim 44 Wan Ngah W.S., Hanafiah M.A.K.M (2008), “Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A riew”, Bioresource Technology 99, pp.3935-3948 45 Ying Wang (2008), “Cellulose fiber dissolution in sodium hydroxide solution at low temperature: Dissolution kinetics and solubilit improvement”, Doctor of Philosophy thesis, Georgia Institute of Technology 61 ... hƣớng nghiên cứu tiềm này, chọn thực đề tài Nghiên cứu biến tính xenlulozơ thân đay để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng nƣớc” Đề tài đƣợc thực với mục đích biến tính phụ phẩm từ đay để xử... NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Ngọc Thu NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH XENLULOZƠ TRONG THÂN CÂY ĐAY ĐỂ LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã ngành:... tận dụng thân đay lại sau tách sợi làm vật liệu để xử lý nƣớc thải, loại bỏ kim loại nặng hợp chất hữu Đã có số nghiên cứu bột thân đay nhƣ nghiên cứu chế tạo bột thân đay thành than hoạt tính có