Luận văn: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước

108 895 4
Luận văn: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố công trình khác LỜI CẢM ƠN Trên thực tế thành công mà hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian, từ bắt đầu hoàn thành luận văn, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý thầy Đặc biệt giúp đỡ Thầy TS Cao Văn Hoàng, giảng viên phụ trách hướng dẫn luận văn tốt nghiệp Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gởi đến Thầy TS.Cao Văn Hoàng, Đặng Thị Tố Nữ hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường Đại Học Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, thầy giảng dạy giúp đỡ em suốt năm học tập vừa qua Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian kinh nghiệm, kiến thức nên tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thông cảm góp ý quý thầy để luận văn hoàn thiện MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AdSV ASV CA CE CSV DMS O DP DS DSC DTA ESN NIPS SB SQW SV TGA :Phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ :Phương pháp von-ampe hòa tan anot :Xenlulozơ axetat :Xenlulozơ :Phương pháp von-ampe hòa tan catot :Dimethyl sulfoxide :Kĩ thuật von-ampe xung vi phân :Độ thay :Phương pháp phân tích quét nhiệt vi sai :Phương pháp phân tích nhiệt vi sai :Electrospinning :Kĩ thuật phân tích pha không dung môi :Bã mía :Kĩ thuật von-ampe sóng vuông :Phương pháp von-ampe hòa tan :Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hoá học bã mía 1.2 Cấu trúc tinh thể MnO2 2.1 Tên hóa chất, nguồn gốc xuất xứ 28 3.1 Thành phần hóa học vật liệu δ-MnO2 52 3.2 Kết đánh giá vật liệu xenlulozơ axetat 55 3.3 Kết độ thấm ướt màng CA-MnO2 5% 65 3.4 Tốc độ chảy qua màng màng CA-MnO2 5% Casting 65 3.5 Tốc độ chảy qua màng màng CA-MnO2 5% - ES 66 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cd(II) 66 3.7 Kết khảo sát thời gian hấp phụ Cd(II) 68 3.8 Kết khảo sát nồng độ ban đầu Cd(II) 69 3.9 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ Pb(II) 70 3.10 Kết khảo sát thời gian hấp phụ Pb(II) 71 3.11 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Pb(II) đến hấp phụ 72 3.12 Kết khảo sát theo Langmuir Cd(II) 74 3.13 Các thông số Langmuir dạng tuyến tính 75 3.14 Kết khảo sát theo Langmuir Pb(II) 75 3.15 Các thông số Langmuir dạng tuyến tính 76 3.16 Kết khảo sát theo Freundlich Cd(II) 77 3.17 Các thông số Freundlich dạng tuyến tính 78 3.18 Kết khảo sát theo Freundlich Pb(II) 78 3.19 Các thông số Freundlich dạng tuyến tính 79 3.20 Kết khảo sát khả tái hấp phụ Pb(II) màng CA-MnO2 5% casting 80 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Cấu trúc phân tử xenlulozơ 1.2 Cấu trúc không đồng phân tử xenlulozơ Cấu trúc tinh thể α, β, γ, δ, λ-MnO2 1.4 Giới hạn tách loại màng lọc dùng động lực áp suất 17 1.5 Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu dùng màng lọc 22 1.6 Mô cho hệ thống electrospinning 25 2.1 Mô hình tán xạ lượng tia X 43 2.2 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân loại IUPAC 44 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu MnO nung nhiệt độ khác 50 3.2 Ảnh SEM vật liệu δ-MnO2 51 3.3 Phổ EDS vật liệu δ-MnO2 51 3.4 Phổ XPS MnO2 52 3.5 Phổ FT-IR bã mía ban đầu SB xenlulozơ 54 3.6 Phổ IR xenlulozơ bã mía (a) CA tổng hợp (b) 56 3.7 Giản đồ XRD SB xenlulozơ xenlulozơ axetat (CA-14h) 57 3.8 Phổ phân tích nhiệt DSC-TGA mẫu CA-14h 58 3.9 Phổ IR CA-MnO2 5% 59 3.10 Ảnh SEM màng casting CA-MnO2 5%: hình thái bề mặt (a) mặt cắt (b, c, d) 60 3.11 Ảnh SEM màng ES CA tinh khiết (a) CA-MnO 5% (b) 61 3.12 Giản đồ DTA-TG-DTG màng CA tinh khiết 62 3.13 Giản đồ DTA-TG-DTG màng CA-MnO2 5% 63 3.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp nitơ CAMnO2 5% 64 1.3 3.15 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cd(II) 67 3.16 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cd(II) 68 3.17 Ảnh hưởng nồng độ đến cân hấp phụ Cd(II) 69 3.18 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Pb(II) 70 3.19 Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Pb(II) 72 3.20 Ảnh hưởng nồng độ đến cân hấp phụ Pb(II) 73 3.21 Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng Langmuir 74 3.22 Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng Langmuir 76 3.23 Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng Freundlich 77 3.24 Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng Freundlich 79 3.25 Hiệu suất hấp phụ Pb(II) vật liệu màng CA-MnO2 5% casting ban đầu sau ba lần giải hấp 81 MỞ ĐẦU chọn đề tài Cùng với phát triển mạnh mẽ khu công nghiệp tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng nguồn nước thải làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người hệ sinh thái Vấn đề loại bỏ kim loại nặng từ nước thải nước thải công nghiệp trở thành vấn đề quan trọng để trì chất lượng nước nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học… Trong phương pháp hấp phụ - sử dụng màng lọc hấp phụ chế tạo từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp bã mía, vỏ trấu, bã đậu,… để tách loại thu hồi kim loại nặng từ dung dịch nước số tác giả giới nước nghiên cứu Phương pháp sử dụng màng lọc nhiều ưu việt so với phương pháp khác tách loại đồng thời nhiều kim loại dung dịch, khả tái sử dụng cao Ở nước ta, với nguồn phụ phẩm dồi ngành công nghiệp đường mía nguồn nguyên liệu tiềm để chế tạo màng hấp phụ ứng dụng để hấp phụ số kim loại nặng môi trường nước thải Việt Nam chưa công trình nghiên cứu vấn đề Xuất phát từ trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nguồn gốc tự nhiên để xử nước” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO để xử kim loại nặng Cd(II) Pb(II) nước 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: bã mía, MnO2, dung dịch chứa Cd(II) Pb(II) - Phạm vi nghiên cứu: • • Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2 Khảo sát khả hấp phụ ion Cd(II) Pb(II) vật liệu tổng hợp • dung dịch nước Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ ion kim loại Phương pháp nghiên cứu 4.1 Điều tra khảo sát - Thu thập, xử lí tài liệu, liệu liên quan - Nghiên cứu công trình công bố, định hướng bước thực 4.2 Phương pháp thực - Tổng hợp vật liệu MnO2 phương pháp nung - Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía - Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2 - Nghiên cứu khả hấp phụ Cd(II) Pb(II) vật liệu tổng hợp 4.3 Phương pháp phân tích, đánh giá - Phân tích sản phẩm thu phương pháp: nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử truyền qua, phổ hồng ngoại, phổ tán sắc lượng tia X, phương pháp quang điện tử tia X, phương pháp hấp phụ giải hấp phụ N 77K, phương pháp phân tích nhiệt - Đánh giá khả hấp phụ Cd(II), Pb(II) sản phẩm thu phương pháp von-ampe hòa tan Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Kết thực nghiệm độ tin cậy cao, sử dụng phương pháp đặc trưng vật liệu đại 94 [33] Marcos A Cheney, Pradip K Bhowmik, Shizhi Qian, SangW Joo, Wensheng Hou, and Joseph M Okoh (2008), “A New Method of Synthesizing Black Birnessite Nanoparticles: From Brown to Black Birnessite with Nanostructures”, Journal of Nanomaterials, Article ID 763706, pp [34] Menut P., SuY.S., Chipa W., Pochat-Bohatier C., Deratani A., WangD.M., Huguet P., KuoC.Y., LaiJ.Y., Dupuy C (2008), “A top surface liquid layer during membrane formation using vapor-induced phase separation (VIPS)-Evidence and mechanism of formation,J Membr Sci”, J Membr Sci, 310, pp 278-288 [35] Miller J.C., Miller J.N (2010), Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry, Ed 6th, Pearson Education Limited, England [36] Ming Sun, Bang Lan, Lin Yun, Fei Ye,Wei Song, Jun He, Guiqiang Diao, Yuying Zheng (2012), “Manganese oxides with different crystalline structures: Facile hydrothermal synthesis and catalytic activities”, MaterialsLetters [37] Niculae Olaru, Liliana Olaru, Cornelia Vasile, Paul Ander (2011), “Surface modified cellulose obtained by acetylation without solvents of bleached and unbleached kraft pulps”, Polimery, 56, pp 11-12 [38] Rodrigues Filho G., Monteiro D.S., MeirelesC.S.,Assunção R.M N, Cerqueira D.A.,Barud H.S., Ribeiro S.J.L., Younes M., “Synthesis and characterization of cellulose acetate produced from recycled newspaper”, Carbohydrate Polymers, 73, 74–82, (2008) [39] Singh Lalia B., Kochkodan V., Hilal R.H.N (2013), “A riview on membrane fabrication: structure, properties relationship”, Desalination, 326, pp 77-95 and performance 95 [40] Steinmeier H (2004), technology,Macromolecular “Acetate manufacturing, Symposia Special process Issue: and Cellulose Acetates”, PropertiesandApplications, 208, pp 49-60 [41] Sun X., Lu C., Zhang W., Tian D and Zhang X (2013), “Acetonesoluble celluloseacetate extracted from waste blended fabrics via ionic liquid catalyzedacetylation”, Carbohydrate Polymers, 98, pp 405-411 [42] Wang S., Sapustra E., Zhang H., Liu Q., Sun H (2016), “Egg-shaped core/shell α-Mn2O3@α-MnO2 as heterogeneous catalysts for decomposition of phenolics in aqueous solutions”, Chemosphere , 159, 351-358 [43] Yan, L., Li, W., Qi, Z., Liu, S (2006), “Solvent-free synthesis of cellulose acetate by solid super acid catalysis”, Journal of Polymer Research, 13, 375–378 [44] Zhu Y., Xiao S., Li M., Chang Z., Wang F., Gao J.,et al (2015), “natural macromolecule based carboxymethyl cellulose as a gel polymer electrolyte with adjustable porosity for lithium ion batteries”, Journal of Power Source, 28, pp 368-375 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Giãn đồ XRD MnO2 to = 400 oC Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - MnO2 1000 900 800 Lin (Cps) 700 600 500 400 300 200 100 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: PhanQNU MnO2Aprl.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° 80 Phụ lục 2: Giãn đố XRD MnO2 to = 500 oC Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - MnO2 2000 1900 1800 1700 d=7.198 1600 1500 1400 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 d=3.592 400 300 d=2.427 Lin (Cps) 1300 200 100 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: ThuyenQNU MnO2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 00-043-1456 (*) - Birnessite, syn - Na0.55Mn2O4·1.5H2O - Y: 33.80 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.17500 - b 2.84900 - c 7.33800 - alpha 90.000 - beta 103.190 - gamma 90.000 - Base-centered - C2/m (12) - 70 Phụ lục 3: Giãn đố XRD MnO2 to = 550 oC Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - MnO2 a 500 d=7.241 300 d=1.419 d=1.728 d=2.030 d=2.458 100 d=2.322 200 d=3.620 Lin (Cps) 400 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: ThuyenQNU MnO2a.raw - Type: 2Th/Th locked - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Generator kV: 40 kV - Generator mA: 40 mA - Creation: 15/06/2017 8:09:34 AM 00-023-1239 (I) - Manganese Oxide Hydrate - Mn7O13·5H2O - Y: 1.14 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 8.52000 - b 14.76000 - c 17.54000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - - 2205.75 - F13= 1( 80 Phụ lục 4: Phổ IR bã mía ban đầu Phụ lục 5: Phổ IR SB xenlulozơ Phụ lục 6: Phổ IR xenlulozơ axetat Phụ lục 7: Giãn đố XRD SB xenlulozơ Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - CE 200 190 180 170 160 150 140 130 110 100 90 80 70 50 d=4.021 60 d=5.758 Lin (Cps) 120 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: NuQNU CE.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm 00-050-2241 (Q) - Cellulose - (C6H10O5)n - WL: 1.5406 - 70 Phụ lục 8: Giãn đố XRD xenlulozơ axetat Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M2-CA14 200 190 180 170 160 150 140 130 d=11.366 110 100 90 d=23.220 Lin (Cps) 120 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: NuQNU M2-CA14.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 70 Phụ lục 9: PhổIR CA-MnO2 5% Phụ lục 10: Kết phân tích bề mặt vật liệu ... xuất nhiều khuyết tật vị trí mangan, ta có cấu trúc dạng ε-MnO2 [19] δ-MnO2 Khác với dạng -, -, -, MnO có cấu trúc kiểu đường hầm, δ-MnO2 (birnessite) oxit có cấu trúc lớp với khoảng cách lớp... 3.9 Phổ IR CA-MnO2 5% 59 3.10 Ảnh SEM màng casting CA-MnO2 5%: hình thái bề mặt (a) mặt cắt (b, c, d) 60 3.11 Ảnh SEM màng ES CA tinh khiết (a) CA-MnO 5% (b) 61 3.12 Giản đồ DTA-TG-DTG màng CA... mía - Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2 - Nghiên cứu khả hấp phụ Cd(II) Pb(II) vật liệu tổng hợp 4.3 Phương pháp phân tích, đánh giá - Phân

Ngày đăng: 07/09/2017, 18:19

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Cấu trúc tinh thể của MnO2

  • 2. Mục đích nghiên cứu

  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • 4. Phương pháp nghiên cứu

  • 4.1. Điều tra khảo sát

  • 4.2. Phương pháp thực hiện

  • 4.3 . Phương pháp phân tích, đánh giá

  • 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

  • 5.1. Ý nghĩa khoa học

  • Kết quả thực nghiệm có độ tin cậy cao, sử dụng các phương pháp đặc trưng vật liệu hiện đại.

  • 5.2. Ý nghĩa thực tiễn

  • 6. Cấu trúc luận

  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Giới thiệu về bã mía

  • 1.2. Tính chất và đặc trưng cấu trúc của xenlulozơ

  • 1.3. Xenlulozơ Axetat

  • 1.4. Giới thiệu về MnO2

  • 1.5. Sơ lược về một số kim loại nặng

  • 1.5.1. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

  • 1.5.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường

  • 1.5.3. Tính chất độc hại của các kim loại nặng cadimi và chì

  • 1.5.3.1. Tính chất độc hại của cadimi

  • 1.5.3.2. Tính chất độc hại của chì

  • Chì là kim loại nặng có màu xám, rất mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Chì thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất pin, ắc quy, sản xuất đạn và tấm bảo vệ phóng xạ,...Chì và các hợp chất của chì đều độc. Chì xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu là theo con đường tiêu hóa, hô hấp. Khi bị nhiễm độc chì sẽ gây ra nhiều bệnh như: rối loạn bộ phận tạo huyết, bệnh về máu, thận, bệnh ung thư,... và tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến, nếu nặng có thể gây tử vong. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ [5].

  • 1.6. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng [1]

    • 1.6.1. Phân loại màng lọc

    • 1.6.2. Một số đặc tính của màng

    • 1.6.3. Các quá trình màng dùng động lực áp suất

    • 1.6.4. Cơ chế tách qua màng

    • 1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng

    • 1.6.6. Một số ứng dụng màng lọc trong sản xuất nước sạch và xử lý nước ô nhiễm

      • Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc

  • 1.6.7. Một số kĩ thuật tạo màng

  • 1.6.7.1. Kỹ thuật tạo màng electrospinning

  • Hình 1.6. Mô phỏng cho hệ thống electrospinning

  • ES thu hút nhiều sự chú ý như một kỹ thuật đa năng, áp dụng cho nhiều lĩnh vực hữu cơ và vô cơ, kết quả là dẫn đến sự phân chia về kích thước của vật liệu nano [35]. Mỗi loại kích thước của vật liệu có một ứng dụng riêng trong các lĩnh vực khác nhau.

  • 1.6.7.2. Kỹ thuật tạo màng casting

  • CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM

  • 2.1. Tổng hợp vật liệu

  • 2.1.1. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ

  • 2.1.1.1. Thiết bị

  • 2.1.1.2. Dụngcụ

  • 2.1.1.3. Hóa chất

  • 2.1.2. Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía

  • 2.1.2.1. Xử lý với axit

  • 2.1.2.2. Xử lý với bazơ

  • 2.1.2.3. Tạo phức

  • 2.1.2.4. Tẩy trắng

  • 2.1.3. Tổng hợp CA từ xenlulozơ bã mía

  • 2.1.4. Điều chế MnO2

  • 2.1.5. Điều chế vật liệu màng xenlulozơ axetat-MnO2

  • 2.1.5.1 Theo phương pháp casting

  • 2.1.5.2. Theo phương pháp electrospinning

  • 2.1.6. Xác định hàm lượng Klason lignin và hemixenlulozơ

  • 2.1.6.1. Xác định hàm lượng Klason lignin

  • 2.1.6.2. Xác định hàm lượng hemixenlulozơ

  • 2.1.7. Xác định độ thay thế DS

  • 2.1.8. Xác định độ nhớt theo phương pháp điểm đơn

  • 2.1.9. Xác định độ thấm ướt và tốc độ chảy của màng

  • 2.1.10. Khảo sát khả năng hấp phụ Cd(II) của vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2 casting

  • 2.1.10.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ưu

  • 2.1.10.2. Khảo sát nồng độ chất bị hấp phụ

  • 2.1.10.3. Khảo sát pH hấp phụ tối ưu

  • 2.1.11. Khảo sát khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2 casting

  • 2.1.11.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ưu

  • 2.1.11.2. Khảo sát nồng độ chất bị hấp phụ

  • 2.1.11.3. Khảo sát pH hấp phụ tối ưu

  • 2.1.12. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu màng xenlulozơ axetat-MnO2 casting

  • 2.2. Tính toán quá trình hấp phụ

  • 2.2.1. Tính toán hiệu suất quá trình hấp phụ

  • 2.2.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấpphụ

  • 2.2.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

  • 2.2.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

  • 2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu

  • 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction)

  • 2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR)

  • 2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

    • Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, thường viết tắt là SEM) là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Nguyên lí hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM như sau: việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường. . .) sau đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn.Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này. Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua, nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật.

    • Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng. Một điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM.

  • 2.3.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)

  • 2.3.5. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)

  • 2.3.6. Phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ N2 ở 77K

    • Hình 2.2. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân loại IUPAC

    • Đường đẳng nhiệt kiểu I trong hình 2.2 tương ứng với vật liệu vi mao quản hoặc không có mao quản. Kiểu II và kiểu III là của vật liệu mao quản có mao quản lớn (d > 50 nm). Đường đẳng nhiệt kiểu IV và V tương ứng vật liệu có MQTB.Kiểu bậc thang VI ít gặp.

    • Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo phương pháp Brunauer – Emmolett - Teller (BET). Theo phương pháp này, diện tích bề mặt được tính dựa trên diện tích bề mặt bị chiếm giữ bởi các phân tử khí hấp phụ đơn lớp trên bề mặt vật liệu. Phân bố kích thước mao quản cũng có thể được tính bởi nhiều phương pháp khác nhau, nhưng thông dụng nhất là phương pháp Barret, Joyner and Halenda (BJH).

    • Thực nghiệm: Các mẫu được đặc trưng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ trên Micromeritics ASAP 2000ở 77K. Trước khi đo, các mẫu được xử lý chân không ở 150oC trong 5 giờ. Mẫu được đo tại Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

  • 2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)

  • 2.3.8. Phương pháp von-ampe hòa tan (SV)

  • CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Đặc trưng vật liệu MnO2

  • 3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

  • 3.1.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

  • 3.1.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)

  • 3.1.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)

  • 3.2. Đặc trưng Xenlulozơ

  • Hình 3.5. Phổ FT-IR của bã mía ban đầu và SB xenlulozơ

  • 3.3. Đặc trưng Xenlulozơ Axetat

  • 3.3.1. Độ thay thế DS, độ nhớt và hiệu suất phản ứng

  • 3.3.2. Phổ FT-IR

  • 3.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

  • 3.3.4. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA-TG)

  • 3.4. Đặc trưng vật liệu màng

  • 3.4.1 Phổ FT-IR

  • 3.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

  • 3.4.2.1. Màng CA-MnO2 casting

  • 3.4.2.2. Màng CA-MnO2 electrospinning

  • 3.4.3. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA-TG-DTG)

  • 3.4.4. Hấp phụ và khử hấp phụ Nitơ (BET)

  • 3.4.5. Độ thấm ướt và tốc độ chảy qua màngcủa màng CA-MnO2 5%

  • 3.4.5.1. Độ thấm ướt của màng

  • 3.4.5.2. Tốc độ lọc qua màng

  • 3.5. Kết quả khảo sát hấp phụ của màng CA-MnO2 5% casting

  • 3.5.1. Kết quả khảo sát hấp phụ Cd(II)

  • 3.5.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH

  • Hình 3.15. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II)

  • pH ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự hấp phụ ion Cd(II) trong dung dịch nước của vật liệu màng CA-MnO2. Qua Hình 3.15 và Bảng 3.6 ta thấy tại pH = 2,37 - 4,31 hiệu suất hấp phụ tăng, tới pH = 5,57 hiệu suất hấp phụ tăng mạnh và giảm nhẹ ở pH = 6,95. Điều này được giải thích là do trong môi trường axit mạnh (pH thấp), bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều tích điện dương bởi vậy lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh đó nồng độ H+ cao sẽ xảy ra sự cạnh tranh với cation kim loại trong quá trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ. Ngoài ra đối với vùng pH cao, Cd(II) tồn tại ở dạng kết tủa do đó sẽ làm ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Như vậy, quá trình hấp phụ diễn ra tối ưu ở pH = 5,57.

  • 3.5.1.2. Khảo sát thời gian hấp phụ

  • Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cd(II)

  • 3.5.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ

  • Hình 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ đến sự cân bằng hấp phụ Cd(II)

  • Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cd(II) đến khả năng hấp phụ của vật liệu được thể hiện qua Hình 3.17 và Bảng 3.8. Kết quả cho thấy, khi nồng độ Cd(II) tăng, hiệu suất hấp phụ giảm nhưng dung lượng hấp phụ tăng. Điều này hoàn toàn phù hợp với khuynh hướng hấp phụ bão hòa của bề mặt vật liệu khi nồng độ đầu của ion kim loại tăng.

  • 3.5.2. Kết quả khảo sát hấp phụ Pb(II)

  • 3.5.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH

  • Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II)

  • pH ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự hấp phụ ion Pb(II) trong dung dịch nước của vật liệu màng CA-MnO2. Qua Hình 3.18 và Bảng 3.9 ta thấy tại pH = 2,25 - 4,52 hiệu suất hấp phụ tăng, tới pH = 5,51 hiệu suất hấp phụ tăng mạnh và giảm nhẹ ở pH = 6,32. Điều này được giải thích là do trong môi trường axit mạnh (pH thấp), bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều tích điện dương bởi vậy lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh đó nồng độ H+ cao sẽ xảy ra sự cạnh tranh với cation kim loại trong quá trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ. Ngoài ra đối với vùng pH cao, Pb(II) tồn tại ở dạng kết tủa do đó sẽ làm ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Như vậy, quá trình hấp phụ diễn ra tối ưu ở pH = 5,51.

  • 3.5.2.2. Khảo sát thời gian hấp phụ

  • Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Pb(II)

  • 3.5.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ

  • Hình 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ đến sự cân bằng hấp phụ Pb(II)

  • Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Pb(II) đến khả năng hấp phụ của vật liệu được thể hiện qua Hình 3.20 và Bảng 3.11. Kết quả cho thấy, khi nồng độ Pb(II) tăng, hiệu suất hấp phụ giảm nhưng dung lượng hấp phụ tăng. Điều này hoàn toàn phù hợp với khuynh hướng hấp phụ bão hòa của bề mặt vật liệu khi nồng độ đầu của ion kim loại tăng.

  • 3.6. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

  • 3.6.1. Mô hình Langmuir

  • 3.6.1.1. Đối với sự hấp phụ Cd(II)

  • Hình 3.21. Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng Langmuir

  • Mô hình đẳng nhiệt Langmuir được dùng để đánh giá khả năng hấp phụ tối đa trên bề mặt đơn lớp của vật liệu. Từ mô hình Langmuir, ta thấy dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Cd(II) đạt 47,85 mg/g, hằng số cân bằng hấp phụ KL = 1,73.

  • 3.6.1.2. Đối với sự hấp phụ Pb(II)

  • Hình 3.22. Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng Langmuir

  • Mô hình đẳng nhiệt Langmuir được dùng để đánh giá khả năng hấp phụ tối đa trên bề mặt đơn lớp của vật liệu. Từ mô hình Langmuir, ta thấy dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Pb(II) đạt 97,09 mg/g, hằng số cân bằng hấp phụ KL = 1,81.

  • 3.6.2. Mô hình Freundlich

  • 3.6.2.1. Đối với sự hấp phụ Cd(II)

  • Hình 3.23. Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng Freundlich

  • 3.6.2.2. Đối với sự hấp phụ Pb(II)

  • Hình 3.24. Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng Freundlich

  • 3.7. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu

    • Bảng 3.20. Kết quả khảo sát khả năng tái hấp phụ Pb(II) của màng CA-MnO2 5% casting

  • KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

  • DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

  • [11]. Archana M.D., Abdul A.A., Manash P.H. (2014), “Synthesis and characterization of cellulose acetate from rice husk: Eco-friendly condition”, Carbohydrate Polymers, 112, pp. 342–349.

  • [15]. Candido R.G., Gonçalves A.R. (2016), “Synthesis of cellulose acetate and carboxymethylcellulose from sugarcane straw”, Carbohydrate Polymers, 152, pp. 679–686.

  • [27]. Kono H., Numata Y., Nagai N., Erata T., Takai M. (1999), “CPMAS 13C NMR and X-ray studies of cellooligosaccharide acetates as a model for cellulose triacetate”, Journal of Polymer Science, Part A Polymer Chemistry, 37, pp. 4100–4107.

    • [33]. Marcos A. Cheney, Pradip K. Bhowmik, Shizhi Qian, SangW. Joo, Wensheng Hou, and Joseph M. Okoh (2008), “A New Method of Synthesizing Black Birnessite Nanoparticles: From Brown to Black Birnessite with Nanostructures”, Journal of Nanomaterials, Article ID 763706, pp. 8.

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan