NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+, Pb2+ CỦA VẬT LIỆU XƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG CHITOSAN

LUẬN VĂN SIÊU CẤP CHANNEL

vectorstock.com/1593604

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN DISSERTATION PHÁT TRIỂN NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+, Pb2+ CỦA VẬT LIỆU XƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG CHITOSAN TRONG DUNG DỊCH NƯỚC (2018) PDF VERSION | 2018 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA HỌC

TRẦN THỊ HẬU

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+, Pb2+ CỦA VẬT LIỆU XƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG CHITOSAN TRONG DUNG DỊCH NƢỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Đà Nẵng- Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+, Pb2+CỦA VẬT LIỆUXƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG CHITOSAN TRONG DUNG DỊCH NƢỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện

: Trần Thị Hậu

Lớp

: 14CHP

Giáo viên hướng dẫn : TS Trần Mạnh Lục

Đà Nẵng-Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Trần Thị Hậu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: TRẦN THỊ HẬU Lớp: 14 CHP 1. Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan trong dung dịch nước”.

2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ - Nguyên liệu: + Chitosan đƣợc điều chế từ vỏ tôm phế thải của công ty xuất nhập khẩu thủy sản Thọ Quang, quận Sơn Trà, Thành phố Đà Nẵng. + Xơ dừa đƣợc thu mua từ cơ sở Xuân Sang, lô số 10, đƣờng Nguyễn Tƣờng Phổ, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng.

- Hóa chất: HCl, CH3COOH, H2O2, Ni(NO3)2.6H2O, Pb(NO3)2, Na2CO3, NaCl, MgCl2, CaCl2, CaCO3, NaOH. - Dụng cụ: + Dụng cụ thủy tinh: bình tam giác, cốc có mỏ, pipet các loại, buret, đũa thủy tinh, bình định mức. + Thiết bị điện tử: Cân phân tích, tủ sấy, lò nung.

3. Nội dung nghiên cứu - Xác định một số chỉ tiêu vật lí của chitin, chitosan.

- Xác định tải trọng hấp phụ ion kim loại Ni2+, Pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng phƣơng pháp hấp phụ bể.

4. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục 5. Ngày giao đề tài: 10/9/2017 6. Ngày hoàn thành đề tài: 20/4/2018 Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hƣớng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

( Ký và ghi rõ họ tên)

PGS.TS.Lê Tự Hải

TS.Trần Mạnh Lục

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù nhiều hay ít, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng đến nay, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè.

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ở Khoa Hóa Học đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.

Em xin cảm ơn thầy giáo TS.Trần Mạnh Lục, ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn hành khóa luận. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 4 năm 2018 Sinh viên

Trần Thị Hậu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài..................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu............................................................................................... 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2 4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ...................................................................... 2 4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm................................................................. 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 3 6. Cấu trúc ................................................................................................................... 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................... 4 1.1. Giới thiệu về nguồn phế liệu vỏ tôm .................................................................... 4 1.2.Tổng quan về chitin và chitosan ........................................................................... 5 1.2.1. Lƣợc sử nghiên cứu chitin/ chitosan ................................................................. 5 1.2.2. Sự tồn tại của chitin ........................................................................................... 5 1.2.3. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan ........................................... 6 1.2.3.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitin ............................................... 6 1.2.3.2. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitosan........................................... 8 1.2.3.3. Tính chất hóa học của chitin ........................................................................... 9 1.2.3.4. Tính chất hóa học của chitosan..................................................................... 10 1.2.3.5. Tính chất sinh học của chitosan .................................................................... 10 1.2.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan trong nƣớc ........................ 10 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu chitin và chitosan trên thế giới .................................. 10 1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan trong nƣớc...................... 11 1.3. Giới thiệu về xơ dừa ........................................................................................... 12 1.3.1. Dừa và sợi xơ dừa............................................................................................ 12 1.3.2. Cấu trúc của sợi xơ dừa ................................................................................... 13 1.3.3. Tính chất của sợi xơ dừa ................................................................................. 14 1.3.4. Xử lí sợi xơ dừa ............................................................................................... 15 1.3.4.1. Lý thuyết chung về quá trình xử lí sợi .......................................................... 15

1.3.4.2. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính ................. 16 1.4. Phƣơng pháp hấp phụ ......................................................................................... 17 1.4.1. Giới thiệu chung về phƣơng pháp hấp phụ ..................................................... 17 1.4.2. Khái niệm về sự hấp phụ ................................................................................. 17 1.4.3. Nguyên lí của quá trình hấp phụ ..................................................................... 18 1.4.4. Phƣơng trình mô tả quá trình hấp phụ ............................................................. 19 1.4.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ .................................................. 22 1.4.6. Cơ chế hấp phụ ................................................................................................ 23 1.5. Tính chất và ảnh hƣởng của kim loại nặng trong nƣớc đối với sức khỏe con ngƣời và sinh vật ....................................................................................................... 24 1.5.1. Khái quát chung ............................................................................................... 24 1.5.2. Giới thiệu về niken và chì ............................................................................... 25 1.5.2.1. Niken............................................................................................................. 25 1.5.2.2. Chì................................................................................................................. 26 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 27 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất .......................................................................... 27 2.1.1. Nguyên liệu ..................................................................................................... 27 2.1.2. Hóa chất ........................................................................................................... 27 2.1.3. Dụng cụ và các thiết bị chính .......................................................................... 27 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 27 2.2.1. Quy trình tách chitin và điều chế chitosan ...................................................... 27 2.2.1.1. Quy trình tách chitin từ vỏ tôm .................................................................... 28 2.2.1.2. Qui trình điều chế chitosan ........................................................................... 29 2.2.2. Xác định một số chỉ tiêu hóa lí của chitin/chitosan......................................... 31 2.2.2.1. Xác định độ ẩm của chitin/ chitosan ............................................................. 31 2.2.2.2. Xác đinh hàm lƣợng tro của chitin/chitosan ................................................. 31 2.2.3. Nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính bằng chitosan ............................ 32 2.2.3.1. Quy trình xử lí sợi xơ dừa............................................................................. 32 2.2.3.2. Điều chế VLHP xơ dừa biến tính ................................................................. 32

2.2.3.3. Xác định đặc trƣng của cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ hồng ngoại .......................................................................................................... 33 2.2.3.4. Xác định đặc trƣng cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ phân tích nhiệt ........................................................................................................... 33 2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính bằng phƣơng pháp hấp phụ bể ........................................................................................... 34 2.3.1. Cách tiến hành ................................................................................................. 34 2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ ........................................ 36 2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ đến quá trình hấp phụ ......... 36 2.3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion lạ .................................................................. 37 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 38 3.1. Tách chitin từ vỏ tôm ......................................................................................... 38 3.1.1. Xác định hàm lƣợng chitin trong vỏ tôm ........................................................ 38 3.1.2. Xác định độ ẩm................................................................................................ 39 3.1.3. Xác định độ tro ................................................................................................ 39 3.2. Deaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan........................................................ 39 3.2.1. Xác định hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin .......................... 39 3.2.2. Xác định hàm lƣợng tro của chitosan .............................................................. 40 3.3. Kết quả nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính ......................................... 41 3.3.1. Xác định hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa ................................................. 41 3.3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn – rắn chitosan/xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính ......................................................................................................... 41 3.3.3. Hiệu suất của quá trình chế tạo VLHP xơ dừa biến tính ................................. 42 3.3.4. Phổ hồng ngoại của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính...................................... 43 3.3.5. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng TGA của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính .. 46 3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion M2+ bằng phƣơng pháp hấp phụ bể ............. 47 3.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH ............................................................................ 47 3.4.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ......................................................... 49 3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion M2+ ban đầu ........................................ 51 3.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion lạ .................................................................. 54

3.4.4.1. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl ........................................................................ 54 3.4.4.2. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 ................................................................... 55 3.4.4.3. Ảnh hƣởng của lực ion Na3PO4 .................................................................... 56 3.4.4.4. Ảnh hƣởng của lực ion CaCl2 ....................................................................... 57 3.4.4.5. Ảnh hƣởng của lực ion MgCl2 ...................................................................... 58 3.4.4.6. Ảnh hƣởng của các cation Na+, Ca2+, Mg2+.................................................. 59 3.4.4.7. Ảnh hƣởng các anion Cl-, CO32-, PO43- ........................................................ 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 63

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU – CÁC CHỮ VIÊT TẮT EDTA

: Etilendiamintetraaxetic acid

IR

: Hồng ngoại ( Infrared Radiation)

ET-OO

: Eriocrom T đen

VLHP

: Vật liệu hấp phụ

TGA

:Thermal Gravimetric Analysis

TA

: Theomogravimetric Analysis

DTA

: Differential Thermal Analysis

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Hàm lƣợng chitin có trong vỏ của các loài động vật giáp xác ...................6 Bảng 1.2. Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa............................................................... 14 Bảng 1.3. So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác ................15 Bảng 3.1. Kết quả thể hiện hàm lƣợng chitin có trong vỏ tôm.................................38 Bảng 3.2. Độ ẩm của chitin ......................................................................................39 Bảng 3.3. Độ tro của chỉtin .......................................................................................39 Bảng 3.4. Kết quả hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin .....................40 Bảng 3.5. Hàm lƣợng tro của chitosan .....................................................................40 Bảng 3.6. Hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa ........................................................41 Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính .............................................................................................42 Bảng 3.8. Kết quả hiệu suất của quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính ...........43 Bảng 3.9. Những dải hồng ngoại chính của mẫu xơ dừa và VLHP xơ dừa biến tính ...................................................................................................................................43 Bảng 3.10. Kết quả ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ.................................47 Bảng 3.11. Kết quả ảnh hƣởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ. .......................49 Bảng 3.12. Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ ......................................................................................................................51 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl đến quá trình hấp phụ .............................54 Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 đến quá trình hấp phụ .........................55 Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của lực ion Na3PO4 đến quá trình hấp phụ .........................56 Bảng 3.16. Ảnh hƣởng của lực ion CaCl2 đến quá trình hấp phụ .............................57 Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của lực ion MgCl2 đến quá trình hấp phụ ............................58

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Tôm thẻ chân trắng .....................................................................................4 Hình 1.2. Nguồn cung cấp chitin chủ yếu trong tự nhiên ..........................................6 Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của chitin.......................................................................7 Hình 1.4. Dừa và sợi xơ dừa.....................................................................................13 Hình 1.5. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ......................................................20 Hình 1.6. Đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich ..............................................21 Hình 1.7. Đƣờng cong hấp phụ dẳng nhiệt dạng hình chữ S ngƣợc. .......................21 Hình 2.1. Vỏ tôm ......................................................................................................27 Hình 2.2. Quy trình tách chitin .................................................................................28 Hình 2.3. Quy trình sản xuất chitosan ......................................................................30 Hình 2.4. Quy trình xử lí sợi xơ dừa ........................................................................32 Hình 2.5. Quy trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính .............................................33 Hình 3.1.Chitin tách từ vỏ tôm .................................................................................38 Hình 3.2. Chitosan thu đƣợc từ chitin ......................................................................40 Hình 3.3. Xơ dừa sau xử lí .......................................................................................41 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính .............................................................................................42 Hình 3.5. VLHP xơ dừa biến tính ............................................................................43 Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của xơ dừa ......................................................................44 Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của VLHP xơ dừa biến tính ............................................45 Hình 3.8. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng của xơ dừa ............................................46 Hình 3.9. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng TGA của VLHP xơ dừa biến tính.........46 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ .............................................48 Hình 3.11. Ảnh hƣởng của pH đến tải trọng hấp phụ ..............................................48 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ ....................................50 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian đến tải trọng hấp phụ .....................................50 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ .51 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến tải trọng hấp phụ ..52

Hình 3.16. Dạng tuyến tính của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Ni2+ ............................................................................................................................53 Hình 3.17. Dạng tuyến tính của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Pb2+ ............................................................................................................................53 Hình 3.18. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl đến hiệu suất hấp phụ Ni2+, Pb2+ .............55 Hình 3.19. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ .........................56 Hình 3.20. Ảnh hƣởng của Na3PO4 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ ........................57 Hình 3.21. Ảnh hƣởng củaCaCl2 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ ............................58 Hình 3.22. Ảnh hƣởng của MgCl2 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ ..........................59 Hình 3.23. Ảnh hƣởng các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ Ni2+ ......59 Hình 3.24. Ảnh hƣởng các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ Pb2+ ......60 Hình 3.25. Ảnh hƣởng của các anion Cl-, CO32-, PO43- đến hiệu suất hấp phụ Ni2+ 60 Hình 3.26. Ảnh hƣởng của các anion Cl-, CO32-, PO43- đến hiệu suất hấp phụ Pb2+ 61

1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhƣ chúng ta đã biết, nƣớc có vị trí và vai trò rất là quan trọng trong cuộc sống của con ngƣời, là một dạng tài nguyên đặc biệt, là thành phần thiết yếu của sự sống và môi trƣờng. Trong những năm gần đây, do sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số, môi trƣờng nƣớc ngày càng bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu là công nghiệp. Các kim loại nặng nói chung rất khó loại bỏ bằng các phƣơng pháp xử lí thông thƣờng và nếu chúng xâm nhập vào nguồn nƣớc sinh hoạt với mức cao hơn cho phép sẽ là nguồn gốc của nhiều bệnh hiểm nghèo đe dọa đến sức khỏe, sự phát triển của con ngƣời và cân bằng hệ sinh thái. Việc nghiên cứu loại trừ kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia và tổ chức trên thế giới.

Nhiều phƣơng pháp xử lí kim loại nặng trong nƣớc thải đã đƣợc nghiên cứu và áp dụng nhƣ: phƣơng pháp sinh hóa, phƣơng pháp hóa lí, phƣơng pháp hóa học,…

Trong đó, phƣơng pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp nhƣ: xơ dừa, vỏ tôm, bã mía, vỏ chuối, bã đậu nành,… để tách các kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc đƣợc nghiên cứu nhiều vì chúng có các ƣu điểm là nguồn nguyên liệu có sẵn, giá thành rẻ, vật liệu thân thiện với môi trƣờng. Nhiều nguyên liệu có nguồn gốc sinh học đã đƣợc nghiên cứu là chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc.

Xơ dừa là nguồn nguyên liệu phổ biến ở Việt Nam. Xơ dừa có khả năng tách các kim loại hòa tan trong nƣớc nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nhƣ xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, pectin và protein. Các polymer này có thể hấp phụ đƣợc nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim loại rất thích hợp cho việc nghiên cứu biến tính các vật liệu hấp phụ để tách loại các ion kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc. Đặc biệt chitosan, dẫn xuất N-decacetylation của chitin – một polysaccharide tự nhiên có nhiều trong phế liệu thủy sản nhƣ vỏ tôm, vỏ cua ghẹ, tăm mực,… đã

2 đƣợc nghiên cứu có khả năng hấp phụ kim loại nặng nhƣ: chì, nikel, cadimi, crom, đồng,…

Hiện nay, ở Việt Nam, tôm đông lạnh chiếm một phần khá lớn trong ngành xuất khẩu thủy sản. Nhƣ vậy, hằng năm các nhà máy này thải ra hàng nghìn tấn vỏ tôm phế liệu. Vỏ tôm phế liệu phần lớn dùng làm thức ăn gia súc, tuy nhiên do chƣa sử dụng hết, vỏ tôm bị thối gây lãng phí và ô nhiễm môi trƣờng.

Chính vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài:“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan trong dung dịch nước”.

2. Mục đích nghiên cứu - Tách chitin từ vỏ tôm phế liệu và điều chế chitosan từ chitin thu đƣợc.

- Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) xơ dừa biến tính.

- Ứng dụng VLHP xơ dừa biến tính để xử lí ion Ni2+, Pb2+ trong nƣớc.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Xơ dừa - Chitin/ chitosan đƣợc điều chế từ vỏ tôm phế liệu đƣợc cung cấp bởi Công ty xuất nhập khẩu thủy sản hải sản thọ Quang, quận Sơn Trà, TP. Đà Nẵng.

- Khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tƣ liệu, sách báo trong và ngoài nƣớc liên quan đến đề tài.

- Xử lí các thông tin về lí thuyết để đƣa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm.

4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp hóa lí: Các đặc trƣng hóa lí của vật liệu đƣợc khảo sát bằng phƣơng pháp ghi phổ hồng ngoại (IR), phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai (TGA).

- Phƣơng pháp hóa học: Khả năng hấp phụ đƣợc xác định xử lí bằng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Sự thành công của đề tài sẽ góp phần tạo ra một loại vật liệu có khả năng hấp phụ các ion kim loại, ứng dụng trong tách làm giàu kim loại quý và xử lí ô nhiễm môi trƣờng.

6. Cấu trúc Luận văn gồm 64 trang, trong đó có 20 bảng và 38 hình. Phần mở đầu gồm 3 trang, kết luận và kiến nghị gồm 1 trang, sử dụng 27 tài liệu tham khảo. Nội dung luận văn chia làm 3 chƣơng: Chƣơng 1 – Tổng quan, 24 trang Chƣơng 2 – Nguyên liệu và phƣơng pháp nghiên cứu, 11 trang Chƣơng 3 – kết quả và thảo luận, 24 trang

4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguồn phế liệu vỏ tôm Đối với hầu hết các nƣớc, ngành thủy sản có vai trò quan trọng trong ngành kinh tế, đặc biệt đối với những nƣớc có vùng biển và vùng nƣớc nội địa phong phú.

Nói về kinh tế biển không thể không nhắc đến vai trò, vị trí của ngành chế biến thủy sản.

Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của ngành thủy sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh. Theo báo cáo của bộ thủy sản năm 2016, tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, sản lƣợng tôm sú ƣớc đạt 260 nghìn tấn, sản lƣợng tôm thẻ ƣớc đạt 390 nghìn tấn [15]. Tùy thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể lên tới 40-70% khối lƣơng nguyên liệu. Trong thành phần phế liệu tôm, phần đầu thƣờng chiếm khoảng 35-45% trọng lƣợng tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm 10 -15%, còn lại là các phế liệu khác. Các thành phần chiếm tỉ lệ đáng kể trong đầu, vỏ tôm là chitin, protein, canxi cacbonat, lipit, sắc tố [5],…

Trong những năm gần đây, nghề nuôi tôm thẻ chân trắng thƣơng phẩm phát triển mạnh, sản lƣợng chế biến ngày càng lớn nên nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất chitin, chitosan, nhất là các tỉnh miền trung. Vì vậy, nguồn phế liệu tôm thẻ đƣợc chúng tôi sử dụng trong đề tài nghiên cứu này.

Tôm thẻ chân trắng có tên tiếng Anh: White Leg shrimp, tên khoa học: Penaeus vannamei, ngành: Arthropoda, lớp: Crustacea, bộ: Decapoda, họ: Fabricius, giống: Penaeus [19].

Hình 1.1. Tôm thẻ chân trắng

5 Phân bố chủ yếu ở Châu Mỹ La Tinh, Hawaii, hiện nay đƣợc nuôi ở rất nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Đài Loan, Trung Quốc, Việt Nam [19],…

1.2.Tổng quan về chitin và chitosan 1.2.1. Lược sử nghiên cứu chitin/ chitosan Năm 1811, chitin lần đầu tiên đƣợc phát hiện bởi Henri Braconnot – một nhà khoa học tự nhiên ngƣời Pháp, khi ông phân lập đƣợc từ một loại nấm [9]. Cho đến năm 1830, trên một bài báo về côn trùng học, tác giả của bài báo cũng ghi nhận chất này có trong lớp vỏ côn trùng và cái tên chitin lần đầu tiên đƣợc công bố. Tên gọi chitin theo tiếng Hi Lạp có nghĩa là lớp vỏ hay màng bao. Chitin là polysaccharide đầu tiên đƣợc con ngƣời tìm ra và nghiên cứu, thậm chí trƣớc cellulose 30 năm.

Năm 1843, Lasaigne tìm ra sự hiện diện của nguyên tố nitơ trong chitin. Năm 1859, C. Rouget làm thí nghiệm cho chitin vào môi trƣờng kiềm, ông thu đƣợc chất có tính chất khác với chitin là khả năng hòa tan trong axit. Và tên chitosan đƣợc đặt tên cho sản phẩm deacetyl bởi Hoppe – Seiler.

Trong một thời gian dài, nguồn chitin tự nhiên không đƣợc sử dụng cho đến gần đây, khi ngƣời ta càng phát hiện ra nhiều ứng dụng của các loại polymer là dẫn xuất của chitin nhƣ chitosan. Chitin và chitosan đƣợc các nhà khoa học đi sâu nghiên cứu từ những năm 1970, Nhật Bản cũng nhƣ một số nƣớc Châu Âu đƣa chúng vào lĩnh vực thƣơng mại từ những năm 1990.

1.2.2. Sự tồn tại của chitin Chitin là một polysacharit tồn tại trong tự nhiên với sản lƣợng rất lớn (đứng thứ hai sau xellulose). Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật.Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số động vật không xƣơng sống nhƣ: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn.Trong động vật bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thƣơng ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ Zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo…[26].

Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua ghẹ,… hàm lƣợng chitin chiếm tỉ lệ cao, dao động từ 14-35% so với lƣợng khô [13]. Vì vậy, hiện nay vỏ tôm, cua ghẹ là nguồn chính để sản xuất chitin – chitosan.

6

Hình 1.2. Nguồn cung cấp chitin chủ yếu trong tự nhiên Từ kết quả nghiên cứu trƣớc đây, ta có thể biết đƣợc hàm lƣợng chitin trong vỏ của các loài động vật giáp xác đƣợc thể hiện trong bảng 1.1 [13].

Bảng 1.1. Hàm lƣợng chitin có trong vỏ của các loài động vật giáp xác Hàm lƣợng

% CaCO3

% Protein

% Chitin

Vỏ tôm

40,26

32,02

27,72

Nang mực

88,44

6,12

5,40

Tăm mực ống

4,74

46,23

49,00

Vỏ cua

66,58

16,60

16,73

Vỏ loài tép nhỏ

63,94

15,46

20,06

Nguồn

Từ bảng 1.1, ta thấy hàm lƣợng chitin trong tăm mực ống là nhiều nhất. Bên cạnh đó, vỏ tôm chứa một lƣợng α – chitin khá lớn (27,72%) do đó để sản xuất α – chitin ngƣời ta thƣờng chọn vỏ tôm, tăm mực làm nguyên liệu.

Chiotosan đƣợc xem là polymer tự nhiên quan trọng nhất vì nó có hoạt tính sinh học cao và có nhiều ứng dụng đa dạng nhất trong thực tế. Việc sản xuất chitosan cũng đơn giản, không cần dùng hóa chất độc hại đắt tiền. Chitosan thu đƣợc bằng cách deaxyl hóa chitin, trong đó nhóm ( -NH2) thay thế nhóm ( -NHCOCH3) Ở VỊ TRÍ C(2).

1.2.3. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan 1.2.3.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitin

7 Đặc điểm cấu tạo phân tử và cấu trúc: Chitin có công thức phân tử: (C8H13O5N)n; phân tử lƣợng: M

chitin

= (203,09)n;

( giá trị n trong tôm thẻ từ 400 đến 500), đây là một loại polysaccharide mạch thẳng, nếu xem chitn là dẫn xuất của cellulose, thì trong nhóm –OH ở nguyên tử C(2) của cellulose đƣợc thay thế bằng nhóm –NHCOCH3. Nhƣ vậy chitin là poly ( N-acetyl2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose), các mắt xích liên kết với nhau bởi các liên kết β-( 1,4) glucopyzit:

Phân loại chitin: Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn. Bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X, ngƣời ta đã chứng minh đƣợc chitin tồn tại ở ba dạng cấu trúc hình: α, β, γchitin. Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hƣớng của mỗi mắt xích trong mạch. Nếu biểu diễn mỗi mắt xích này bằng một mũi tên sao cho phần đầu mũi tên chỉ nhóm –CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm –NHCOCH3 thì các cấu trúc α, β, γ –chitin đƣợc mô tả nhƣ hình 1.3 [4].

Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của chitin + Ở α –chitin ngoài ngoài liên kết hidro trong một lớp và chuỗi hệ nó còn có kết hidro giữa các lớp do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất bền vững. α-chitin là dạng phổ biến nhất trong tự nhiên, nó có mặt trong dây cơ chằng, trong các loài nhuyễn thể, vỏ của cua và tôm, biểu bì của các loài côn trùng,…

8 + Ở β, γ –chitin, giữa các lớp không có loại liên kết hidro, do vậy β, γ –chitin có liên kết lỏng lẻo hơn α-chitin. Dạng β-chitin cũng có thể chuyển sang dạng α-chitin nhờ quá trình acetyl hoá cho cấu trúc tinh thể bền vững hơn, β-chitin hiếm gặp hơn α-chitin.

- Tính chất vật lí Chitin là chất rắn màu trắng hoặc ngà, có cấu trúc lỗ xốp, cứng không đàn hồi, không mùi vị, và không tan trong hầu hết các dung môi, Chitin chỉ tan trong một số ít dung môi nhƣ N-N-dimetylacetamid có chứa 5–10% LiCl hay một số dung môi đã đƣợc flo hóa nhƣ hexafloacetone hay hexaflo-2-propanol với mức tan phụ thuộc vào nguồn gốc điều chế. Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có bƣớc sóng 890-884 cm-1 [4].

Ngoài ra, do chitin có khối lƣợng phân tử lớn nên nó dễ bị cắt mạch làm giảm khối lƣợng trong phản ứng với kiềm đặc ở nhiệt độ cao, có khả năng phân hủy sinh học bởi nhiều loài sinh vật.

1.2.3.2. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitosan - Đặc điểm cấu tạo phân tử và cấu trúc: Khi thực hiện phản ứng deacetyl hóa chitin thu đƣợc chitosan, công thức phân tử của chotosan ứng với deacetyl hóa hoàn toàn: (C6H11O4N)n , khối lƣợng phân tử: Mchitosan = (161,07)n ( khoảng 10.000-500.000 đvc).

Chitosan đƣợc cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi các liên kết β-(1,4)-glycpzit, do vậy chitosan có thể gọi là poly-β-(1,4)-2-amino-2desoxy-D-glucose hoặc β-(1,4)-D-glucosamine [21].

Công thức cấu tạo của chitosan:

Do chitosan đƣợc điều chế từ sự khử nhóm acetyl trên các mắt xích của chitin, nên khối lƣợng phân tử của nó phụ thộc vào giá trị n, tỷ lệ phần trăm nhóm acetyl và cả điều kiện điều chế nó. Để phân biệt chitin với chitosan, ta dựa vào khái niệm

9 độ deacetyl hóa: DDA ( degree of acetylation), là mức độ tách nhóm acetyl khỏi phân tử chitin và đƣợc tính bằng tỉ lệ phần trăm của số mắt xích chitosan sau phản ứng deacetyl với số mắt xích chitin ban đầu. Thông thƣờng khi đại phân tử có DDA < 50% gọi là chitin, DDA ≥ 50% gọi là chitosan [24].

Chất lƣợng của chitosan đƣợc đánh giá thông qua chất lƣợng chitosan của công ty Protan-Biopolymer là một trong những công ty lớn trên thế giới, các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng thấp nhất là: + Độ ẩm: 10% + Chất không hòa tan: 20% + Độ deacetyl: 70% + Hàm lƣợng tro: 1,5% + Độ nhớt: 200 cps Tính tan của chitosan trong dung dịch axit loãng tăng dần theo chiều tăng của tần số xuất hiện nhóm amin trong đại phân tử, nên cũng có khi ngƣời ta sử dụng đặc điểm này để phân biệt chitin với chitosan. Độ nhớt của chitosan cũng liên quan đến cấu trúc phân tử, nếu đọ nhớt thấp chứng tỏ chitosan có kích thƣớc nhỏ do bị cắt mạch trong quá trình deacetyl hóa [1].

- Tính chất vật lí Chitosan là chất rắn hình vẩy, màu trắng hoặc vàng nhạt, xốp, nhẹ, không mùi, không vị, tồn tại ở hai dạng: dạng tinh thể (50-60%) và dạng vô định hình. Nhiệt độ nóng chảy 309-3110C. Chitosan không tan trong nƣớc, dung dịch kiềm và axit đặc nhƣng tan trong môi axit loãng tạo dung dịch keo trong và có khả năng tạo màng tốt, tính tan của chitosan phụ thuộc nguồn gốc chitosan, và nồng độ và loại axit, một số axit ức chế tính tan của chitosan nhƣ axit sunfuric, axit photphoric, axit citric,…

1.2.3.3. Tính chất hóa học của chitin Chitin ổn định với các chất oxi hóa mạnh nhƣ thuốc tím (KMnO4); oxy già (H2O2); nƣớc javen ( NaOCl-NaCl)… Lợi dụng tính chất đó mà ngƣời ta sử dụng các chất oxy hóa trên để khử màu cho chitin. Khi đun nóng trong dung dich NaOH đậm đặc (40-50%), ở nhiệt độ khoảng 70-1000C thì chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan ( tuy nhiên ở nhiệt độ cao thì quá trình deacetyl sẽ kèm sự cắt mạch),

10 tùy các điều kiện khác nhau mà quá trình deacetyl cho những sản phẩm chitosan có độ deacetyl khác nhau dao động từ 50-100%. Ngoài ra còn có một số phản ứng este hóa, nhƣ tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat, tác dụng với anhydrite sunfuric trong pyridin, dioxin và N-N-dimetylanilin cho sản phẩm sunfonat…[8], [23].

1.2.3.4. Tính chất hóa học của chitosan Chitosan tan trong môi tƣờng axit loãng, khi đó nhóm –NH2 trong phân tử nhận proton tạo thành cation cho khả năng tạo màng trên catot khi tại đây nó giải phóng H+ dƣới dạng H2. Khi đun nóng trong axit HCl đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì chitosan sẽ bị cắt mạch thu đƣợc glucosamine hidroclorua [4].

Chitosan có phản ứng ankyl hóa, phản ứng axyl hóa, có thể tác dụng với benzensunfonyl clorua C6H5SO3Cl tạo thành dẫn xuất N-benzensunfonyl. Quy ƣớc chitosan đƣợc kí hiệu là R-NH2 [9].

R-NH2 + C6H5SO3Cl → R-NH-SO2C6H5 + HCl Ngoài ra, chitosan còn là một poliamin, nó đƣợc xem nhƣ một polyme cationit có khả năng bám dính vào các bề mặt điện tích âm có khả năng tạo phức với nhiều kim loại [4].

1.2.3.5. Tính chất sinh học của chitosan Chitosan không độc dùng an toàn cho ngƣời, chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học.

Chitosan có nhiều tác dụng sinh học nhƣ: tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dƣỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dƣỡng, tác dụng cầm máu, chống sƣng u.

Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng giảm cholesterol và lipit máu, hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [3].

1.2.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan trong nước 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu chitin và chitosan trên thế giới Việc phát hiện ra chitin/chitosan đƣợc công bố từ những thập niên của đầu thế kỉ XIX, các nhà khoa học trên thế giới khi phát hiện ra những đặc tính quý của

11 chitin/chitosan đã dày công nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lí hóa và các ứng dụng chitin/chitosan và công bố từ những năm 30 của thế kỉ này. Hiện nay hai nƣớc phát triển nhất trong lĩnh vực này là Nhật Bản, Mỹ rồi đến các nƣớc Nauy, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp, Thái Lan,…[5].

Một số nhà khoa học Nga nhƣ: V. Krasavtsev, G. Maslora, E. Degtyareva, V. Bykoda, L. Noudga đã nghiên cứu ứng dụng màng chitosan làm bao gói để bảo quản cá và các sản phẩm từ cá, thì thấy sản phẩm giữ nƣớc rất tốt và giữ đƣợc các đặc tính tự nhiên.

Năm 2011, một nhóm các nhà khoa học thuộc trƣờng Đại học Alexandria – Hi Lạp ( Mohamed E. I. Badawy và Entsar I. Rabea và các cộng sự) nghiên cứu phát hiện một cách tổng hợp các đặc tính lí hóa và hoạt tính sinh học. Theo đó các nhà khoa học nhận thấy có thể sử dụng chitosan để giảm mức độ bệnh thực vật, ngăn chặn sự phát triển và lây lan của các tác nhân gây bệnh, do đó bảo tồn đƣợc năng suất cây trồng và chất lƣợng.

1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan trong nước Với những ứng dụng rộng rãi của chitin/chitosan trong các ngành công nghiệp cũng nhƣ nhiều lĩnh vực của đời sống, từ những thập niên 90 của thế kỉ XX nhiều nhà khoa học thuộc các trƣờng đại học , các trung tâm nghiên cứu của nƣớc ta cũng bắt đầu đi sâu nghiên cứu sản xuất chitin/chitosan cũng nhƣ những ứng dụng của chúng một cách cụ thể. Về điều chế chitin/chitosan có nhiều quy trình công nghệ, điển hình có: Tác giả Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh ( Khoa công nghệ thực phẩm trƣờngĐại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh) đã nghiên cứu ứng dụng chitosan tạo màng để bao gói thực phẩm. Màng chitosan có tính kháng khuẩn, tính giữ nƣớc dùng bao gói các loại thực phẩm tƣơi sống giàu đạm nhƣ: cá, thịt,… Đồng thời, bổ sung phụ gia là các chất hóa dẻo ( Etylin Glyco–EG, polyetylen Glyco-PEG) để tăng tính dẻo dai và đàn hồi của màng.

Một số đề tài nghiên cứu từ Đại học Huế nhƣ năm 2005, PGS.TS. Trần Thái Hòa “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình deacetyl và cắt mạch chitin để điều chế glucosamine”, Nguyễn Thị Ái Nhung trong luận văn thạc sĩ năm 2007:

12 “Nghiên cứu điều chế chitin/chitosan tan trong nước và khảo sát khả năng hấp phụ Cd2+ của chitosan”. Đại học Đà Nẵng cũng có nhiều công trình nghiên cứu đƣợc công bố cũng nhƣ trình bày trong các luận văn thạc sĩ khoa học nhƣ Nguyễn Bá Trung năm 2008 trong bài báo khoa học công bố công trình “Nghiên cứu tách chitin/chitosan từ vỏ tôm, nang mực và ứng dụng trong xử lí ô nhiếm kim loại nặng trong nước”. Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thùy Trang năm 2011 với đề tài “Nghiên cứu sử dụng chitosan chiết tách từ vỏ tôm làm tác nhân hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước”.

Năm 2004, PGS.TS. Trần Thị Luyến - trƣờng Đại học Thủy sản Nha Trang báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ“Sản xuất chitin/chitosan từ phế liệu thủy sản ( vỏ tôm, vỏ ghẹ)”.

Từ năm 1998, một nhóm cán bộ nghiên cứu thuộc phòng Polymer Dƣợc phẩm, Viện Hóa học thuộc Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và chế tạo thành công công nghệ sản xuất chất phụ gia thực phẩm Chitofood có nguồn gốc từ chitosan có thể thay thế hoàn toàn hàn the trong chế biến, bảo quản thực phẩm, ngoài ra còn nhiều ƣu điểm hơn về tính không độc hại với cơ thể, thải loại hoàn toàn và chi phí rẻ hơn hàn the.

1.3. Giới thiệu về xơ dừa 1.3.1. Dừa và sợi xơ dừa Dừa ( danh pháp khoa học: Cocos nucifera) thuộc giới thực vật, bộ Arecales, họ Arecacee, phân họ Arecoideae, tông Cocoeae, chỉ Cocos, loài C, nucifera.

Về mặt thực vật học, dừa là loại quả khô đơn độc đƣợc biết đến nhƣ quả hạch có xơ. Vỏ quả ngoài thƣờng cứng, nhẵn, nổi rõ ba gờ, lớp vỏ quả giữa là các sợi xơ gọi là xơ dừa và bên trong nó là lớp vỏ quả trong hay gáo dừa hoặc sọ dừa, lớp vỏ quả trong hóa gỗ, khá cứng, có ba lỗ mầm có thể nhìn thấy rất rõ từ phía mặt ngoài khi bóc hết lớp vỏ ngoài và vỏ giữa ( gọi là các mắt dừa).

Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn tốt cũng nhƣ nó ƣa thích các nơi sinh sống có nhiều nắng và lƣợng mƣa bình thƣờng ( 750-2000

13 mm hàng năm), điều này giúp nó trở thành loại cây định cƣ bên các bờ biển nhiệt đới một cách tƣơng đối dễ dàng [18]. Ở Việt Nam ta có rất nhiều loại dừa nhƣ: dừa ta, dừa sọc, dừa dứa, dừa sáp, dừa giấy, dừa Tam Quan, dừa Xiêm, dừa lùn cao sản,…

Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa và đƣợc sử dụng trong các sản phẩm nhƣ nệm, dây thừng, chão, thảm, bàn chải, khảm thuyền cũng nhƣ vật liệu lèn; nó còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong nghề làm vƣờn để làm chất độn trong phân bón [22].

Vỏ và xơ dừa có thể làm nguồn nhiên liệu hay để sản xuất than củi. Một loại dừa hiếm tại Nam Bộ có xơ dừa tƣơi cho nƣớc khá ngọt khi nhai, trong khi các loài khác có vị chát.

Hình 1.4.Dừa và sợi xơ dừa 1.3.2. Cấu trúc của sợi xơ dừa Các sợi xơ dừa có các tế bào sợi cá nhân đƣợc thu hẹp và rỗng, với những bức tƣờng dày đƣợc làm từ xenlulozo. Chúng có màu nhạt khi chƣa trƣởng thành nhƣng sau đó trở thành cứng và có màu vàng của một lớp lignin đƣợc lắng đọng trên các xenlulozo. Mỗi tế bào dài khoảng 1mm (0.04 in) và đƣờng kính thƣờng từ 10 đến 20 micromet ( 0.0004 đến 0.0008 in). Sợi xơ dừa có chiều dài thƣờng là từ 10 đến 30 cm. Có hai loại xơ dừa. Xơ dừa nâu đƣợc thu hoạch từ dừa chín hoàn toàn.

Chúng dày, chắc và có khả năng chống mài mòn cao. Chúng thƣờng đƣợc sử dụng trong chiếu, bàn chải…Sợi xơ dừa nâu trƣởng thành có chứa lignin và xenlulozo ít hơn so với những sợi khác nhƣ lanh, bông và vì nó mạnh mẽ nhƣng ít linh hoạt hơn.

14 Sợi xơ dừa trắng đƣợc tu hoạch từ các quả dừa trƣớc khi chín. Những sợi này có màu trắng hoặc ánh sáng màu nâu và mƣợt mà và mịn hơn, nhứng cũng yếu hơn.

Chúng thƣờng đƣợc quay thành sợi để sử dụng trong chiếu thảm chùi chân hoặc dây thừng [20].

Các sợi xơ dừa tƣơng đối không thấm nƣớc và là một trong những loại sợi tự nhiên có khả năng chịu đƣợc sự phá hủy của nƣớc muối. Nƣớc ngọt đƣợc xử dụng để xử lý xơ dừa nâu, trong khi nƣớc biển và nƣớc ngọt đều đƣợc sử dụng để xử lí xơ dừa trắng.

1.3.3. Tính chất của sợi xơ dừa Xơ dừa đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa. Chiều dài sợi khác nhau, từ 10-30cm. Sợi xơ dừa mạnh, đàn hồi, có một độ bền màu thấp và độ bền cao ( vì thành phần xenlulozo 35-45%, 40-45% lignin và pectin 2,7-4% và hemixenlulozo 0,15-0,25%) [20]. Xơ dừa, cũng nhƣ các sợi thiên nhiên khác, số lƣợng đáng kể của đƣờng kính đi kèm với chiều dài riêng biệt của các sợi. Chất lƣợng sợi đƣợc tính dựa trên nhiều nhân tố khác nhau nhƣ kích cỡ, cƣờng độ trƣởng thành và tất nhiên là còn tùy vào các loại cây dừa khác nhau cũng nhƣ là các quá trình, phƣơng pháp nuôi dƣỡng.

Những nghiên cứu về độ mạnh của sợi xơ dừa đƣợc lấy từ những vùng khác nhau ở Kerala đã đƣợc đƣa ra bởi MathaiPrabhu đã nghiên cứu những tính chất cơ học của sợi xơ dừa nhƣ mô đun Young độ bền kéo, độ giãn dài, độ dẫn điện…và so sánh với các loại sơi tự nhiên khác nhau nhƣ dứa, chuối, đay,…Các kết quả đƣợc đƣa ra dƣới các bảng 1.2 và 1.3 [20].

Bảng 1.2. Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa Giá trị

Đơn vị

Mô đun Young

4000-5000

Mpa

Độ bền kéo

140-150

Mpa

Độ dẫn điện

0,047

W/mK

Tỷ trọng

1.15-1.33

g/cm3

Độ thấm nƣớc

10

%

15 Bảng 1.3. So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác Dừa

Chuối

Dừa

Đay

Đƣờng kính

100-460

80-250

20-80

-

Tỷ trọng

1.15

1.35

1.44

1.45

Suất điện trở riêng tại 100V

9-14

6.5 - 7

0.7-0.8

-

Góc hình sợi

30-49

11

14 - 18

8.1

Tỷ lệ xenlulozo/lignin

43/45

65/5

81/12

63/12

Mô đun đàn hồi

4-6

8-20

34-81

20-22

Độ bền

131-175

529-759

413-1627

533

Độ giãn

15-40

1.0-3.5

0.8-1.6

1-1.2

1.3.4. Xử lí sợi xơ dừa 1.3.4.1. Lý thuyết chung về quá trình xử lí sợi Thành phần của sợi thực vật gồm: xenlulozo, hemixenlulozo, lignin, và các chất khác. Thực chất của quá trình xử lí sợi là dùng hóa chất để tách những thành phần không cần thiết có trong sợi thực vật nhƣ: lignin, pectin, chất trích ly,…đó là những thành phần vô định hình, kém ổn định, làm giảm tính chất cơ lý, hóa lý của sợi thực vật. Để phản ứng xảy ra, hóa chất cần xâm nhập vào hình thái cấu trúc này. Để tăng cƣờng khả năng tiếp cận và khả năng phản ứng, xenlulozo cần đƣợc gây trƣơng và loai bỏ hemixenlulozo, lignin. Một số tác nhân gây trƣơng thƣờng đƣợc sử dụng là H2SO4, NaOH, ZnCl2… [26]. * Ảnh hưởng của NaOH Dung dịch NaOH có nồng độ 5-30% có khả năng hòa tan các chất vô định hình.

Khi ngâm sợi thực vật trong dung dịch NaOH thì có hai quá trình đồng thời xảy ra đó là quá trình tách lignin, các phần vô định hình và quá trình NaOH tƣơng tác với các đại phân tử holoxenlulozo, chúng phụ thuộc vào nồng độ NaOH và thời gian xử lý. Khi nồng độ dung dịch NaOH thì nó hòa tan phần vô định hình, còn xenlulozo chỉ bị tác động nhẹ. Khi tăng nồng độ NaOH và tăng thời gian xử lý thì quá trình tách phần vô định hình tăng không đáng kể vì hàm lƣợng của chúng có trong sợi là

16 giới hạn, trong khi đó quá trình tƣơng tác giữa NaOH và các mạch đại phân tử holoxenlulozo lại tăng. * Ảnh hưởng của dung dịch axit Xenlulozo bị trƣơng nở trong dung dịch axit loãng. Trong môi trƣờng axit đậm đặc nhƣ H2SO4 72%, HCl 44%, H3PO4 85%,…xenlulozo sẽ bị hòa tan.

Dƣới tác dụng của axit, mối liên kết glucozit sẽ bị thủy phân làm cho mạch xenlulozo bị đứt. Tốc độ của quá trình thủy phân phụ thuộc vào độ mạnh yếu của axit. Ngoài ra, tốc độ thủy phân xenlulozo phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng. Đối với việc khảo sát ảnh hƣờng của dung dịch axit trong xử lý sợi xenlulozo thì thông thƣờng ngƣời ta khảo sát xử lý hai giai đoạn: giai đoạn 1 là giai đoạn xử lý với axit, giai đoạn 2 là giai đoạn xử lý với kiềm.

Khi thời gian ngâm trong dung dịch axit tăng thì hàm lƣợng tạp chất bị loại khỏi sợi cũng tăng. Dung dịch kiềm không chỉ có tác dụng hòa tan các chất sáp, vô cơ và các hemixenlulozo, lignin có độ trùng hợp thấp. Kiềm còn có tác dụng làm trƣơng nở mạch xenlulozo, tuy nhiên không phá hủy xenlulozo mà chỉ gây ra những biến đổi về hóa lý trong cấu trúc. Trong khi đó, axit có tác dụng làm đứt các liên kết axetal giữa nhóm chức lignin với nhóm hydroxyl của xenlulozo. Các sản phẩm lignin bị tách ra tuy chƣa hòa tan trong dung dịch này nhƣng ở giai đoạn xử lý kiềm chúng sẽ dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học và tạo nên các sản phẩm dễ tan trong dung dịch kiềm, thậm chí tan trong nƣớc. Trong môi trƣờng axit, hemixenlulozo dễ bị thủy phân và tăng khả năng phân tán trong nƣớc.

1.3.4.2. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính Khi sử dụng xenlulozo tự nhiên nhƣ: đay, tre, bột gỗ mềm, bột vỏ trấu, hạt bông…làm vật liệu nền thì trong hầu hết các trƣờng hợp, thông số ghép phụ thuộc vào hàm lƣợng lignin có mặt trong chất nền. Nói chung hàm lƣợng lignin càng cao thì hiệu suất tổ hợp càng thấp. Điều đó là do lignin hoạt động nhƣ một chất bắt gốc tốt, làm hạn chế quá trình tổ hợp. Chẳng hạn ta nhận thấy có sự giảm cƣờng độ tín hiệu của phổ ESR (phổ cộng hƣởng spin điện tử) liên quan đến việc tăng hàm lƣợng lignin của xenlulozo đƣợc chiếu xạ quang học [20].

17 Nhƣ đã nói ở trên, mặc dù lignin là một chất làm chậm quá trình tổ hợp, nhƣng đôi khi ở một số phƣơng pháp lại cho kết quả ngƣợc lại.

1.4. Phƣơng pháp hấp phụ 1.4.1. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp để xử lí ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc và nƣớc thải nhƣ: điện hóa, kết tủa, keo tụ, trao đổi ion, trích li, màng sinh học, hấp phụ, hấp thụ,… Mỗi phƣơng pháp có những ƣu và nhƣợc điểm riêng tùy thuộc vào đặc tính của nƣớc thải, yêu cầu xử lí và một số yêu cầu cụ thể mà ta lựa chọn phƣơng pháp hoặc kết hợp nhiều phƣơng pháp với nhau để xử lí hiệu quả.

Phƣơng pháp hấp phụ có nhiều ƣu điểm là xử lí hiệu quả kim loại nặng ở nồng độ thấp, đơn giản, dễ sử dụng, có thể tận dụng một số vật liệu hấp phụ là chất thải của các ngành khác, có thể giải hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ và thu lại một số kim loại quý. Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng có nhƣợc điểm là thƣờng chỉ áp dụng cho xử lí kim loại nặng ở nồng độ thấp và chi phí xử lí vẫn còn cao.

Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các yêu cầu: - Có khả năng hấp phụ cao - Phạm vi tác dụng rộng – tách đƣợc nhiều loại ion kim loại.

- Có độ bền cơ học cần thiết.

-Khả năng hoàn nguyên dễ dàng.

- Giá thành thấp [12].

1.4.2. Khái niệm về sự hấp phụ Hấp phụ là quá trình tụ tập ( chất chứa, thu hút,..) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của các chất tan lên bề mặt chia pha, có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng hay khí – rắn.

Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ (adsorbate), còn chất mà tụ tập trên bề mặt phân chia đƣợc gọi là chất bị hấp phụ ( adsorbent).

18 1.4.3. Nguyên lí của quá trình hấp phụ Lực liên kết trong quá trình hấp phụ có thể là lực hút tĩnh điện, lực định hƣớng, lực tán xạ, trong trƣờng hợp lực đủ mạnh có thể gây ra liên kết hóa học, tạo phức hay trao đổi ion.

Có hai quá trình hấp phụ: - Hấp phụ vật lí: Các phần tử bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết Van-der-Waals giữa các phần tử. Quá trình này có tỏa nhiệt, lƣợng nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào cƣờng dộ lực liên kết phân tử. Lƣợng nhiệt hấp phụ vào khoảng 2-10 kcal/mol, nghĩa là vào cỡ nhiệt lƣợng ngƣng tụ, trƣờng hợp này chất bị hấp phụ tạo thành nhiều lớp trên bề mặt chất hấp phụ. Quá trình này hoàn toàn thuận nghịch.

- Hấp phụ hóa học: Khi bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trong trƣờng hợp này mạnh hơn ở hấp phụ vật lí. Do vậy lƣợng nhiệt tỏa ra lớn hơn và cần nănglƣợng nhiều hơn. Nhiệt lƣợng hấp phụ loại này cỡ 10-200 kcal/mol. Quá trình này là bất thuận nghịch.

Giải hấp: Là quá trình ngƣợc lại với quá trình hấp phụ, nghĩa là quá trình các phân tử chất bị hấp phụ rời khỏi bề mặt chất hấp phụ. Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ.

Một số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: - Phƣơng pháp nhiệt: đƣợc sử dụng cho các trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.

- Phƣơng pháp hóa lí: có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ nên tiết kiệm đƣợc thời gian, công tháo dỡ, vận chuyển, không vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất bị hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn. Phƣơng pháp hóa lí có thể thực hiện theo cách: chiết với dụng môi, sử dụng phản ứng oxi hóa khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ.

- Phƣơng pháp vi sinh: là phƣơng pháp tái tạo khả năng hấp phụ của chất hấp phụ nhờ vi sinh vật.

Sử khử hấp phụ là giai đoạn quan trọng của chu trình hấp phụ, khẳng định tính kinh tế của quá trình làm sạch nƣớc thải. Quá trình này nhằm khôi phục lại hoạt tính vốn có của chất hấp phụ và chính là quá trình hấp phụ ngƣợc [13].

19 1.4.4. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Theo thuyết Langmuir nguyên nhân của sự hấp phụ là: - Sự có mặt những phần tử hóa trị không bão hòa trên bề mặt chất hấp phụ. Khi hấp phụ do tác dụng lực hóa trị mà sinh ra liên kết hóa học.

- Khoảng cách tác dụng của lực hóa trị rất ngắn không quá đƣờng kính phân tử do đó chỉ hấp phụ một lớp.

- Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên những điểm đặc biệt gọi là tâm hấp phụ chứ không xảy ra trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Hoạt tính chất hấp phụ phụ thuộc vào số lƣợng tâm hấp phụ.

Khi nghiên cứu về sự hấp phụ của chất khí trên bề mặt vật rắn. Langmuir đã đƣa ra lí thuyết về sự hấp phụ vật lí học đơn phân tử dựa trên các giả thiết sau: - Sự hấp phụ do lực hóa trị gây ra.

- Sự hấp phụ xảy ra trên các hóa trị tự do của các nguyên tử hay phân tử trên bề mặt vật hấp phụ.

- Vì bán kính tác dụng của lực hóa trị bé nên mõi hóa trị tự do chỉ hấp phụ một phân tử - nghĩa là trên bề mặt vật hấp phụ chỉ hình thành một lớp hấp phụ đơn phân tử.

- Phân tử bị hấp phụ chỉ bị giữ trên bề măt vật hấp phụ một thời gian nhất định: sau đó do thăng giáng về năng lƣợng, nó bị rứt ra - đó là sự giải hấp phụ. Khi tốc độ giải hấp phụ bằng tốc độ hấp phụ, khi đó trong hệ thiết lập một cân bằng hấp phụ.

- Lực tƣơng tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt vật hấp phụ bị bỏ qua.

Tại thời điểm t, áp suất chất bị hấp phụ trong pha rắn là P. Xét một đơn vị diện tích bề mặt vật hấp phụ, phần bề mặt ( đã bị che phủ bởi V thể tích chất bị hấp phụ ở điều kiện tiêu chuẩn) là thì (1 – θ) sẽ là phần bề mặt tự do. Gọi amax là đại lƣợng hấp phụ cực đại khi 100% bề mặt bị che phủ ( thể tích đơn lớp) thì θ = a/ amax . Vì tốc đọ hấp phụ tỉ lệ với áp suát và phần bề mặt tự do nên ta có tốc độ quá trình hấp phụ là: Vhp = kP. (1 – θ ) ; còn tốc độ giải hấp tỷ lệ với phần bề mặt bị che phủ trên: Vhp = k’.

20 Ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp, ta có Vhp = Vphp : kP.( 1 – θ ) = k’ ( ở đây k và k’ tƣơng ứng là hằng số hấp phụ và giải hấp)

Hình 1.5. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phương trình hấp phụ Frenlich Frendrich nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ ( áp suất của chất khí) đến đại lƣợng hấp phụ ở nhiệt độ không đổi là quan trọng nhất. Sự phụ thuộc này đƣợc gọi là sự hấp phụ đẳng nhiệt. Nhận thấy rằng: các đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt có giống với một nhánh của đƣờng parapol nên ông đã đề nghị công thức thực nghiệm sau: - Với chất khí: a = x/m = k.Pl/n (1.1) - Với chất tan trong dung dịch: a = x/m = k.C l/n (1.2) Trong đó: + x là số mol chất bị hấp phụ. + m là khối lƣợng vật hấp phụ ( gam). + P là áp suất cân bằng của khí ( C là nồng độ cân bằng của chất tan) quanh chất hấp phụ. + k và n là các hằng số đặc trƣng cho khả năng hấp phụ của từng chất.

Tại vùng có P hay C thấp thì a tỷ lệ bậc nhất với P, C. Tại vùng có p hay C cao thì a = amax không phụ thuộc vào P, C nữa vì quá trình hấp phụ đã đạt bão hòa, đƣờng biểu diễn gần nhƣ song song với trục hoành.

21

a

C Hình 1.6. Đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich Có thể tìm các hằng số trong phƣơng trình Frendlich từ đồ thị bằng cách lấy logarit 2 vế để chuyển vế dạng đƣờng thẳng: lga = lgk + l/n.lgP. ( Phƣơng trình bậc nhất dạng y = ax + b).

Thuyết hấp phụ đa phân tử BET Ở một số trƣờng hợp, đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt không tiệm cận với đƣờng nằm ngang mà có dạng hình chữ S ngƣợc.

C Hình 1.7. Đƣờng cong hấp phụ dẳng nhiệt dạng hình chữ S ngƣợc.

Có hai khả năng cho trƣờng hợp này: Một là: với các vật hấp phụ xốp, các phân tử chất bị hấp phụ có thể bị ngƣng tụ trong các lỗ xốp mao quản của vật hấp phụ, ở đó áp suất hơi bão hòa bé hơn áp suất bão hòa của nó ở trên bề mặt thoáng. Đây là sự ngƣng tụ mao quản.

22 Hai là: Theo Poliani, trong một số trƣờng hợp, bán kính tác dụng của lực phân tử lớn hơn bán kính tác dụng của lực hóa trị dƣ trong thuyết Langmuir, khi đó sự hấp phụ không chỉ tạo lớp hấp phụ đơn phân tử mà thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau ( lớp đa phân tử).

Brunaoe, Emet và Tele đã khái quát hóa các lí luận của Langmuir và Poliani và đƣa ra phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt cho quá trình nhƣ sau: =

+

Trong đó: + P0 là áp suất hơi bão hòa. + V là thể tích khí bị hấp phụ ở áp suất đã cho. + Vm là thể tích khí bị hấp phụ ỏ lớp đơn phân tử. + C là thừa số năng lƣợng với C = e As/ R. Theo các tác giả này thì miền tạo lớp đơn phân tử là từ gốc tọa độ đến điểm uốn, còn sau đó là sự hấp phụ lớp đa phân tử.

1.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ: Với nồng độ loãng, các ion chuyển động tự do, có khảnăng hấp phụ tốt. Ở nồng độ cao, có sự va chạm, cản trở chuyển động lẫn nhau, hạn chế khả năng hấp phụ. Sự phụ thuộc này có thể mô tả bằng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich hay phƣơng trình Langmuir [3]. Ảnh hƣởng của dung môi: Giữa môi trƣờng và chất tan thƣờng xảy ra sự cố cạnh tranh trong quá trình hấp phụ lên bề mặt vật rắn. Về mặt nhiệt động học, chất nào có ϭ nhỏ hơn sẽ bị hấp phụ mạnh hơn. Ảnh hưởng của bản chất vật hấp phụ: Bản chất và đọ xốp của vật hấp phụ ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng hấp phụ của nó. Vật hấp phụ càng xốp thì khả năng hấp phụ càng cao và ngƣợc lại. Chất hấp phụ phân cực sẽ hấp phụ tốt chất phân cực và ngƣợc lại. Ảnh hưởng của bản chất bị hấp phụ: Theo Rebidia, nếu sự có mặt của chất bị hấp phụ có tác dụng làm giảm càng nhiều sự khác biệt về độ phân cực trên bề mặt phân cách pha thì khả năng bị hấp phụ của nó càng cao.

23 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ: Trong quá trình hấp phụ, năng lƣợng tự do bề mặt hệ giảm, nghĩa là ΔG < 0. Đông thời độ hỗn độn của hệ giảm ( do các tiểu phân của chất bị hấp phụ lên trên bề mặt chất hấp phụ đƣợc sắp xếp một cách có trật tự), nghĩa là ΔS < 0. Từ đó suy ra: ΔG = ΔH – T. ΔS < 0, do đó ΔH < 0. Vậy quá trình hấp phụ là tỏa nhiệt. Điều này phù hợp với thực nghiệm: hấp phụ vật lí hay hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt [3]. Ảnh hưởng của pH: Quá trình hấp phụ bị ảnh hƣởng rất nhiều bởi pH của môi trƣờng. Sự thay đổi pH của môi trƣờng dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất bị hấp phụ, các nhóm chức bề mặt, thế oxi hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất đó ( đặc biệt đối với hợp chất có độ phân cực cao, các chất có tính lƣỡng tính, chất có tính axit yếu, bazơ yếu). Đối với chất hấp phụ rắn: hiện tƣợng hấp phụ xảy ra do lực tƣơng tác giữa các nguyên tử trên bề mặt chất rắn với các chất tan, trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực định hƣớng và lực tán xạ. Trong trƣờng hợp lực tƣơng tác đủ mạnh có thể gây ra liên kết hóa học hoặc tạo phức trao đổi ion. Lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ càng mạnh thì khả năng hấp phụ càng lớn, khả năng giữ các chất trên bề mặt vật rắn càng cao [7]. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt vật rắn: Diện tích bề mặt vất rắn đóng vai trò quan trọng đối với khả năng hấp phụ của một hệ, diện tích càng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao. Diện tích bề mặt của một chất rắn đƣợc định nghĩa là tổng toàn bộ diện tích của chất rắn đó trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ ( m2/g). Đối với các chất rắn có nguồn gốc khác nhau thì diện tích bề mặt đó là khác nhau.

1.4.6. Cơ chế hấp phụ Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc là quá trình hấp phụ hỗn hợp tức là trong hệ chứa nhiều chất bị hấp phụ, hay ngay cả khi trong môi trƣờng đó chỉ chứa duy nhất một chất tan, do sự có mặt của nƣớc. Khi đó xảy ra ít nhất ba cặp trong tƣơng tác là chất hấp phụ - chất bị hấp phụ, chất hấp phụ - dung môi nƣớc, chất bị hấp phụ dung môi nƣớc. Có thể coi đây là một sự cạnh tranh tƣơng tác của lực các phân tử, lực nào tƣơng tác mạnh hơn sẽ đóng vai trò quyết định. Nƣớc là chất phân cực mạnh. Nếu chất hấp phụ và chất bị hấp phụ không phân cực thì hệ có lực tƣơng tác cao do chúng trái dấu nên đẩy nhau là lƣợng chất bị hấp phụ ít nên bị chèn ép.

24 Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc tuân theo cơ chế hấp phụ cạnh tranh và chọn lọc: cặp chất hấp phụ - chất hấp phụ - bị hấp phụ có tƣơng tác lớn, độ bền cao ( năng lƣợng thấp) chiếm ƣu thế về thành phần so với cặp có tƣơng tác yếu. Do ƣu thế về số lƣợng, khi vừa tiếp xúc với chất hấp phụ, các phân tử nƣớc lập tức chiếm chỗ hầu nhƣ toàn bộ diện tích bề mặt chất rắn, khi các chất bị hấp phụ chỉ có thể tìm đƣợc chỗ cho nó, khi tƣơng tác giữa nó với chất hấp phụ đủ mạnh để đẩy các phân tử nƣớc ra khỏi vị trí mà nó cần.

Trong trƣờng hợp tổng quát quá trình hấp phụ gồm ba giai đoạn: - Di chuyển chất cần hấp phụ từ nƣớc thải tới bề mặt chất hấp phụ ( khuếch tán ngoài).

- Thực hiện quá trình hấp phụ.

- Di chuyển chất tan bên trong hay hấp phụ.

Quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh, giai đoạn quyết định tốc độ quá trình có thể là khuếch tán ngoài hoặc khuếch tán trong. Trong vùng khuếch tán ngoài hấp phụ phụ thuộc vào tốc độ dòng chất lỏng. Trong khi vùng khuếch tán trong, cƣờng độ chuyển khối phụ thuộc vào loại, kích thƣớc mao quản các chất hấp phụ, hình dạng và kích thƣớc hạt của phân tử chất bị hấp phụ, kích thƣớc phân tử của chất bị hấp phụ, hệ số dẫn khối…

1.5. Tính chất và ảnh hƣởng của kim loại nặng trong nƣớc đối với sức khỏe con ngƣời và sinh vật 1.5.1. Khái quát chung Kim loai nặng là những kim loại có khối lƣợng riêng lớn hơn 5g/cm3.

Trong môi trƣờng nƣớc thì kim loại nặng tồn tại dƣới 3 dạng khác nhau và đều có thể ảnh hƣởng tới sinh vật, đó là: (1) hòa tan, (2) bị hấp phụ bởi các thành phần vô sinh hoặc hữu sinh và lơ lửng trong nguồn nƣớc hoặc lắng tụ xuống đáy và (3) tích tụ trong cơ thể sinh vật. Các chất hòa tan trong nguồn nƣớc dễ bị các sinh vật hấp phụ. Các độc chất kị nƣớc có thể lắng xuống bùn đáy, ở dạng keo, khó bị sinh vật hấp phụ [2].

Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trƣờng nƣớc nƣớc thải công nghiệp và nƣớc thải độc hại không xử lí hoặc xử lí

25 không đạt yêu cầu. Ô nhiễm nƣớc bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trƣờng sống của sinh vật và con ngƣời.

1.5.2. Giới thiệu về niken và chì 1.5.2.1. Niken Niken là kim loại đã đƣơc sử dụng từ rất lâu, có thể từ năm 3500 trƣớc Công Nguyên. Quặng đồng đƣợc tìm thấy ở Syria có chứa niken đến 2%. Ngoài ra có nhiều văn bản cổ Trung Quốc nói rằng loại “đồng trắng” này đã đƣợc sử dụng ở phƣơng Đông từ những năm 1700 đến 1400 trƣớc Công Nguyên.

Nguyên tố Niken kí hiệu hóa học là Ni, có số hiệu nguyên tử là 28, thuộc nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Niken là kim loại màu trắng bạc, bề mặt láng bóng. Đặc tính cơ học của kim loại này là: cứng, dễ dát mỏng, dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lƣu huỳnh trong khoáng chất millerit, với Asen trong khoáng chất niccolit, và với Asen cùng lƣu huỳnh trong quặng Niken.

Niken thƣờng có mặt trong các chất sa lắng, trầm tích, trong thủy hải sản và trong một số thực vật.

Niken có hai dạng thù hình: α-Ni lục phƣơng bền ở dƣới 2500C và β-Ni lập phƣơng tâm diện bền ở trên 2500C. Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trƣờng nƣớc, có khả năng tạo phức bền với các chất hữu cơ [10].

Khoảng 65% lƣợng niken đƣợc tiêu thụ ở phƣơng Tây đƣợc dùng để sản xuất thép không gỉ. 12% đƣợc dùng làm “siêu hợp kim” và 23% còn lại đƣợc dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc tiền, sản phẩm đúc, và bảng kim loại.

Niken có thể gây các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ung thƣ đƣờng hô hấp… Khi bị nhiễm độc Niken, các enzim mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể. Cơ thể bị nhiễm Niken chủ yếu qua đƣờng hô hấp, gây các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hƣởng đến phổi, hệ thần kinh trung ƣơng, gan, thận và có thể sẽ gây ra các chứng bệnh kinh niên. Nếu da tiếp xúc lâu dài với Niken sẽ gây ra hiện tƣợng viêm da, xuất hiện dị ứng ở một số ngƣời [6].

26 1.5.2.2. Chì Chì có kí hiệu hóa học là Pb, khối lƣợng riêng d = 11,35 g/cm3, khối lƣợng nguyên tử 207,2. Chì tƣơng đối bền, có độc tính cao, có ái lực mạnh nên có thể thế chỗ kim loại khác trong cấu trúc của enzym. Nguồn nƣớc bị nhiễm các kim loại nặng đặc biệt là chì có ảnh hƣởng rất lớn đến sức khỏe của con ngƣời.

Chì xâm nhập vào cơ thể con ngƣời thông qua nguồn nƣớc, không khí bị ô nhiễm, thức ăn là động thực vật bị nhiễm chì. Khi đi vào cơ thể, nó đƣợc tích tụ lại đến mức độ nhất định mới bắt đầu gây độc hại cho sức khỏe con ngƣời. Chì ảnh hƣởng đến hệ sinh sản dẫn đến vô sinh hoặc sẩy thai. Đặc biệt đối với phụ nữ đang mang thai và trẻ em là những đối tƣợng mẫn cảm nguy hại với chì nhất. Chì gây ảnh hƣởng đến hệ thần kinh đặc biệt đối với trẻ sơ sinh và trẻ đang ở tuổi phát triển hệ thần kinh. Một số nghiên cứu cho thấy nhiễm độc chì làm giảm chỉ số thông minh ( IQ) của trẻ. Nhiễm độc chì làm hệ thần kinh luôn căng thẳng và rối loạn tập trung chú ý ở trẻ em từ 7-11 tuổi. Chì tích tụ ở xƣơng, cản trở chuyển hóa canxi bằng cách trực tiếp hay gián tiếp thông qua kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D. Ở tuổi trung niên, nhiễm độc chì sẽ làm huyết áp tăng gây nhiều rủi ro về các bệnh tim mạch. Ngộ độc cấp tính do chì thƣờng ít gặp. Ngộ độc thƣờng diễn ra do ăn phải thức ăn có chứa một lƣợng chì, tuy ít nhƣng liên tục hằng ngày. Chỉ cần hằng ngày cơ thể hấp thu từ 1 mg chì trở lên thì sau một vài năm sẽ có triệu chứng nhƣ hơi thở có mùi hôi thối, sƣng lợi với viền đen ở lợi, da vàng, đau bụng dữ dội, táo bón, đau khớp xƣơng, bại liệt chi trên ( tay bị biến dạng), mạch yếu [6].

Theo WHO, nồng độ chì tối đa cho phép trong nƣớc uống là 0,05mg/l.

27 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất 2.1.1. Nguyên liệu Vỏ tôm phế liệu ( chủ yếu vỏ tôm thẻ chân trắng) đƣợc cung bởi Công ty xuất nhập khẩu thủy hải sản Thọ Quang, quận Sơn Trà, Tp. Đà Nẵng.

Hình 2.1. Vỏ tôm Xơ dừa đƣợc thu mua từ cơ sở Xuân Sang, lô số 10, đƣờng Nguyễn Trƣờng Phổ, quận Liên Chiểu, Tp. Đà Nẵng.

2.1.2. Hóa chất - Dung dịch: HCl, H2O2 -Ni(NO3)2.6H2O, Pb(NO3)2, Na2CO3, NaCl, MgCl2, CaCl2, CaCO3, NaOH. Tất cả các hóa chất trên đều có xuất xứ Trung Quốc và đạt mức độ tinh khiết tiêu chuẩn.

2.1.3. Dụng cụ và các thiết bị chính - Tủ sấy - Cân phân tích - Bếp cách thủy - Lò nung - Một số dụng cụ khác nhƣ: cốc ( 250 ml, 500 ml), phễu lọc, pipet, buret, đũa thủy tinh, giấy lọc, chén nung, bình định mức ( 500 ml, 1000 ml), bình tam giác,…

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Quy trình tách chitin và điều chế chitosan

28 2.2.1.1. Quy trình tách chitin từ vỏ tôm Chitin trong tự nhiên thƣờng không tồn tại ở dạng tự do mà kết hợp với những chất khác nhƣ protein, khoáng chất, lipit, màu,… Do đó, cần phải dùng những tác nhân mạnh để tách các chất này ra khỏi chitin.

Nhƣ vậy, nguyên tắc chung để điều chế chitin là loại bỏ muối khoáng (chủ yếu là muối cacbonat), protein và chất màu, phần còn lại là chitin. Hai bƣớc loại khoáng và loại protein có thể hoán đổi cho nhau tùy phƣơng pháp nghiên cứu.

Qua tham khảo một số tài liệu, tôi chọn quy trình tách chiết chitin từ vỏ tôm nhƣ hình 2.2 sau:

Vỏ tôm Rửa sạch, phơi khô.

Nghiền nhỏ qua rây có kích thƣớc lỗ 0,04 mm.

Vỏ tôm mịn Ngâm trong dung dịch HCl 1N, tỉ lệ w/v = 1/5, t = 5 giờ, ở nhiệt độ phòng, gạn và lọc. Thực hiện 3 lần.

Rửa tới trung tính.

Sản phẩm Ngâm trong dung dịch NaOH 1N, tỉ lệ w/v = 1/5, t = 5 giờ, ở nhiệt độ phòng, gạn và lọc. Thực hiện 3 lần.

Rửa tới trung tính, sấy khô.

Chitin sạch Hình 2.2. Quy trình tách chitin - Xử lí nguyên liệu: vỏ tôm rửa sạch, phơi khô, nghiền nhỏ, bảo quản ở nơi khô ráo.

- Loại protein: rất nhiều tác nhân đƣợc sử dụng để loại protein nhƣ NaOH, NaHCO3, KOH, K2CO3,…Tác nhân ƣa chuộng nhiều nhất là NaOH do tính phổ biến và hiệu quả loại protein của nó.

29 Ngoài phản ứng thủy phân protein, dƣới tác dụng của NaOH, còn có phản ứng thủy phân lipit tạo xà phòng. Xà phòng tạo thành có tác dụng tẩy rửa và hấp phụ các chất màu trong nguyên liệu.

- Loại khoáng: trong vỏ tôm, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3 và rất ít Ca3(PO4)2. Để loại khoáng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng rất nhiều các tác nhân nhƣ HCl, H2SO4, HNO3, CH3COOH, … để khử khoáng. Nhƣng HCl đƣợc sử dụng nhiều nhất do loại khoáng gần nhƣ triệt để và không gây phản ứng phụ đáng kể.

Nếu dùng H2SO4 sẽ tạo muối khó tan khi lƣu chuyển nƣớc ngâm chậm. Phản ứng của HCl để khử khoáng canxi photphat, canxi cacbonat nhƣ sau: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O Ca3(PO4)2 + 6HCl → 3CaCl2 + 2H3PO4 Trong quá trình rửa thì muối CaCl2 tạo thành đƣợc rửa trôi, nồng độ HCl ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng của chitosan thành phẩm, đồng thời nó ảnh hƣởng lớn tới thời gian và hiệu quả khử khoáng. Nồng độ HCl cao sẽ rút ngắn đƣợc thời gian khử khoáng nhƣng độ nhớt chitin/chitosan giảm, nó sẽ làm cắt mạch polysaccharide ( mạch này bị phân hủy thủy phân) dẫn đến chất lƣợng của chitin/chitosan sau này bị giảm. Ngƣợc lại nếu nồng độ HCl thấp thì thời gian khử khoáng sẽ tăng nhƣng ít bị ảnh hƣởng, song nếu nhƣ nồng độ HCl quá thấp thì khử khoáng sẽ không triệt để và thời gian xử lí kéo dài ảnh hƣởng tới chất lƣợng của chitin/chitosan, đồng thời phải kéo dài chu kì sản xuất.

Nhiệt độ cũng ảnh hƣởng đến tốc độ khử khoáng. Nhiệt độ càng cao thì rút nắng thời gian khử khoáng.

Tỷ lệ nguyên liệu và dung dịch HCl (%) cũng ảnh hƣởng tới hiệu quả khử khoáng. Nếu tỷ lệ này cao thì hiệu quả khử khoáng thấp do không đủ lƣợng HCl cần để phản ứng hết lƣợng khoáng có trong nguyên liệu. Nếu tỷ lệ này nhỏ có nghĩa là lƣợng dung dich HCl sử dụng cao khả năng cắt mạch polime lớn làm giảm chất lƣợng chitosan sau này.

2.2.1.2. Qui trình điều chế chitosan Có thể dùng các tác nhân hóa học là NaOH đậm đặc hoặc tác nhân sinh học enzim deaxetylaza vi khuẩn để khử gốc axetyl của chitin để tạo thành chitosan.

30 Phƣơng pháp hóa học: dùng NaOH đậm đặc ( 35-50%) để deaxetyl hóa [14].

Chitin→

Chitosan

Qua nghiên cứu tài liệu, trong luận văn này tôi chọn quy trình chuyển hóa chitin thành chitosan đƣợc thực hiện theo hình 2.3 nhƣ sau:

Chitin Ngâm trong dung dịch NaOH 46%, tỉ lệ w/v = 1/10, t = 24 giờ, ở nhiệt độ phòng, gạn và lọc. Thực hiện 3 lần.

Rửa tới trung tính, sấy khô.

Chitosan sạch Hình 2.3. Quy trình sản xuất chitosan Deaxetyl hóa chitin thành chitosan: Cân chính xác a gam chitin điều chế ra đƣợc ở trên cho vào cốc, sau đó cho dung dịch NaOH 35% vào đến ngập, đậy kín.Sau đó lọc, rửa bằng nƣớc cất nhiều lần cho đến khi nƣớc rửa ở môi trƣờng trung tính, sấy khô sản phẩm thu đƣợc chitosan thô.

Hiệu suất của quá trình deaxetyl hóa đƣợc tính bằng công thức: H(%) =

x 100%

Trong đó: m0 : khối lƣợng chitin ban đầu (g) m1: khối lƣợng chitosan thu đƣợc (g)

(2.1)

31 2.2.2. Xác định một số chỉ tiêu hóa lí của chitin/chitosan 2.2.2.1. Xác định độ ẩm của chitin/ chitosan - Nguyên tắc: Sấy khô sản phẩm đến khối lƣợng không đổi.

- Cách tiến hành: Cốc sạch đƣợc sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C đến trọng lƣợng không đổi, dùng cân phân tích cân xác định trọng lƣợng lƣợng cốc cân m0 (g). Bỏ vào cốc khoảng 1g chitin/ chitosan, đem cân phân tích, ghi nhận khối lƣợng, khi đó tổng lƣợng cốc cân và mẫu là m1 (g). Đặt cốc vào tủ sấy đang ở nhiệt độ 1000C, sấy khoảng 4 giờ thì lấy cốc mẫu ra để nguội khoảng 15 phút trong bình hút ẩm có chất hút ẩm. Cân cốc mẫu đã sấy Cân xong để cốc vào sấy tiếp khoảng 2 giờ thì cân lại lần nữa cho đến khi trọng lƣợng cốc mẫu giữa các lần sấy không thay đổi. Ghi nhận khối lƣợng m2 (g).

Công thức tính độ ẩm: (W) W = (m1 - m2) x 100/( m1 - m0 ) %

(2.2)

Trong đó: m0: khối lƣợng cốc sau khi sấy đến khi khối lƣợng không đổi m1: khối lƣợng cốc và mẫu trƣớc khi sấy m2: khối lƣợng cốc và mẫu sau khi sấy đến khối lƣợng không đổi 2.2.2.2. Xác đinh hàm lượng tro của chitin/chitosan Nguyên tắc: Tro hóa mẫu bằng nhiệt, sau đó xác định hàm lƣợng tro bằng phƣơng pháp khối lƣợng.

Cách tiến hành: Lấy 2 mẫu vừa đƣợc xác định độ ẩm đem đi tro hóa. Đốt cẩn thận trên bếp điện đến than hóa. Nung nóng ở nhiệt độ 7000C cho đến khi thu đƣợc tro trắng ngà ( khi có mặt sắt sẽ có màu đỏ gạch, có mặt đồng và mangan có màu xanh nhạt). Làm nguội trong bình hút ẩm. Quá trình nung đƣợc lặp lại cho đến khi cốc nung có khối lƣợng không đổi m2. Để tăng nhanh quá trình tro hóa có thể cho vào cốc chứa tro ( đã nguội) 3-5 giọt hydroperoxyt 5% sau đó tiến hành nhƣ trên.

32 Hàm lƣợng tro (X) tính bằng % theo công thức X = [( m2 – m0) x 100]/ ( m1 – m0)

(2.3)

Trong đó: m0: khối lƣợng cốc nung m1: khối lƣợng cốc nung và mẫu ban đầu m2: khối lƣợng cốc nung và tro Kết quả là trung bình cộng kết quả 2 lần xác định song song. Chênh lệch kết quả giữa 2 lần xác định song song không đƣợc lớn hơn 0,02%.

2.2.3. Nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính bằng chitosan 2.2.3.1. Quy trình xử lí sợi xơ dừa Quá trình xử lí sợi xơ dừa là quá trình tách loại các tạp chất nhƣ: lignin, pectin,… Một số tác nhân thƣờng đƣợc dùng cho quá trình xử lí sợi là H2SO4, NaOH, ZnSO4,…

Xơ dừa Ngâm trong dung dịch HCl 0,5N, tỉ lệ w/v =6/100, t = 24 giờ, ở nhiệt độ phòng, gạn và lọc.

Sản phẩm Ngâm trong dung dịch NaOH 0,5N + H2O2 5%, tỉ lệ w/v =6/100, t = 24 giờ, ở nhiệt độ phòng, gạn và lọc.

Rửa tới trung tính, sấy khô.

Xơ dừa sau xử lí Hình 2.4. Quy trình xử lí sợi xơ dừa 2.2.3.2. Điều chế VLHP xơ dừa biến tính Điều kiện tiến hành: Cân a gam chitiosan, 3-a gam xơ dừa sau xử lí cho vào cốc, sau đó, cho 50 ml CH3COOH 2% vào khuấy trong 1 giờ. Sau đó, lọc, rửa cho đến khi nƣớc lọc trung tính, đem sấy khô đến khối lƣợng không đổi.

33 Quy trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính đƣợc tiến hành nhƣ sau: Chitosan + Xơ dừa Khuấy trong dung dịch CH3COOH 2%, tỉ lệ w/v = 6/100, t = 1 giờ, ở nhiệt độ phòng.

Ngâm trong dung dịch NaOH 5%, tỉ lệ w/v = 6/100,t = 1 giờ, ở nhiệt độ phòng.

Gạn, lọc và rửa tới trung tính, sấy khô.

Sản phẩm Hình 2.5. Quy trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính 2.2.3.3. Xác định đặc trưng của cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ hồng ngoại Nguyên tắc: Phƣơng pháp phổ hồng ngoại dựa trên cơ sở của sự tƣơng tác giữa chất cần phân tích với các tia đơn sắc có bƣớc sóng nằm trong miền hồng ngoại ( 400 – 4000 cm-1) [14]. Mỗi cực đại trong phổ IR đặc trƣng cho sự có mặt của một nhóm chức hoặc dao động của một liên kết. Do đó, có thể dựa vào tần số đặc trƣng này để dự đoán sự có mặt của các liên kết hoặc nhóm chức trong phân tử chất nghiên cứu.

Thực nghiệm: Phổ IR của các vật liệu đƣợc thực hiện bởi kĩ thuật đo phản xạ truyền quang. Phổ hồng ngoại đƣợc ghi trên máy Nicolet iS10 Ft – IR trong vùng bƣớc sóng 400 đến 4000 cm-1.

2.2.3.4. Xác định đặc trưng cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ phân tích nhiệt Nguyên tắc: Phân tích nhiệt là nhóm phƣơng pháp theo dõi sự thay đổi tính chất của vật liệu ( mẫu đo) theo sự thay đổi nhiệt độ. Khi cung cấp nhiệt năng thì làm cho nhiệt độ của mẫu tăng lên một giá trị xác định tùy thuộc vào nhiệt lƣợng cung cấp và nhiệt lƣợng của mẫu. Ở trạng thái vật lí bình thƣờng nhiệt độ của mẫu biến đổi chậm theo nhiệt lƣợng, nhƣng khi có sự chuyển pha ( bay hơi, nóng chảy,…) thì

34 sự biến đổi này bị gián đoạn hoặc thay đổi đột ngột. Các quá trình biến đổi này có thể ghi nhận bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt.

Phép phân tích nhiệt bao gồm nhiều phƣơng pháp khác nhau. Trong luận văn này, sử dụng phƣơng pháp phân tích TG ( Thermogravimetry) để đo sự biến đổi về khối lƣợng khi gia nhiệt và phép phân tích nhiệt vi sai quét ( Differential Thermal Analysis, DTA) xác định sự biến đổi của nhiệt lƣợng truyền qua mẫu.

Thực nghiệm: Trong luận văn này, phƣơng pháp phân tích nhiệt TG – DTA đƣợc dùng để xác định sự có mặt của các vật liệu có trên bề mặt của xơ dừa và VLHP xơ dừa biến tính nhờ sự biến đổi của vật liệu theo nhiệt độ và hiện tƣợng mất khối lƣợng của vật liệu. Các mẫu đƣợc đo trong dòng khí trơ nitơ từ nhiệt độ phòng đến 800oC với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Thông số của máy phân tích nhiệt là TGA/DSC model STA600 của hãng Perkin Elme – USA ở phòng thí nghiệm lọc dầu, khoa Hóa, trƣờng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.

2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính bằng phƣơng pháp hấp phụ bể 2.3.1. Cách tiến hành Chuẩn bị: Cân a gam VLHP xơ dừa biến tính cho mỗi lần thí nghiệm. Điều kiện tiến hành: Cho a gam VLHP xơ dừa biến tính cho vào 2 bình tam giác chứa 50 ml dung dịch ion kim loại Ni2+, Pb2+ nồng độ C (ppm), pH. Tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ phòng với thời gian t ( giờ).

Kết thúc thí nghiệm, lọc lấy dung dịch cho vào bình tam giác. Sau đó đem xác định nồng độ ion kim loại Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính theo phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức.

Với đặc điểm dễ tạo phức của các kim loại trên, chúng tôi chọn phƣơng pháp chuẩn độ complexon, với các chỉ thị phù hợp. Quá trình thực hiện nhƣ sau: * Chuẩn hóa nồng độ Trilon B bằng dung dịch MgSO4 chuẩn gốc: Dùng pipet bầu hút chính xác 10 ml dung dịch MgSO4 0,01N cho vào bình nón, thêm 2 ml dung dịch đệm NH4OH + NH4Cl ( pH = 10) lắc đều, thêm chỉ thị ET-OO để dung dịch có màu đỏ nho. Sau đó định phân dung dịch MgSO4 bằng dung dịch Trilon B ( định

35 phân chậm và lắc đều) cho đến dung dịch đổi từ màu đỏ nho sang màu xanh biếc ( không lẫn tím).

Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần, lấy kết quả trung bình: V0 (ml). Từ đó tính đƣợc nồng độ của Triolon B. * Chuẩn độ Ni2+ : Hút chính xác 10 ml dung dịch cho vào bình nón, thêm 1 ml dung dịch đệm NH4OH + NH4Cl ( pH = 10) lắc đều, thêm chỉ thị murexit để dung dịch có màu da cam. Sau đó định phân bằng dung dịch Trilon B đã biết trƣớc nồng độ ( định phân chậm và lắc đều) cho đến khi dung dịch chuyển sang màu tím hoa cà. * Chuẩn độ Pb2+ : Hút chính xác 10 ml dung dịch cho vào bình nón, thêm 2 – 3 giọt dung dịch HCl 0,1 M, rồi thêm 1 ml dung dịch đệm NH4OH + NH4Cl ( pH = 10) lắc đều, thêm chỉ thị ET-OO để dung dịch có màu đỏ nho. Sau đó định phân bằng dung dịch Trilon B đã biết trƣớc nồng độ ( định phân chậm và lắc đều) cho đến khi dung dịch chuyển sang màu xanh biếc ( không lẫn tím).

Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần, lấy kết quả thể tích Trilon B trung bình cần dùng.

Từ đó tính đƣợc nồng độ ban đầu hoặc nồng độ sau hấp phụ của mỗi kim loại.

Thay đổi các thông số thí nghiệm khác nhau: pH, thời gian, nồng độ ban đầu của ion kim loại để xác định điều kiện hấp phụ tối ƣu. Sau đó xây dựng phƣơng trình hấp phụ Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính theo phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir và đánh giá khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính. * Tải trọng hấp phụ là lƣợng chất bị hấp phụ bởi 1 gam chất hấp phụ rắn, đƣợc tính theo công thức:

q= * Hiệu suất hấp phụ ( H% ) đƣợc tính theo công thức:

H (%) =

00%

Trong đó: q : Tải trọng hấp phụ (ppm) H: Hiệu suất hấp phụ (%) Ci: Nồng độ của dung dịch trƣớc khi hấp phụ (ppm)

36 Cf: Nồng độ của dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l) V: Thể tích dung dịch đem đi hấp phụ (l) m: Khối lƣợng chất đem đi hấp phụ (g) 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Điều kiện tiến hành: Tiến hành ở điều kiện nhƣ trên, với: C = 50 ppm, t = 1 giờ; tỷ lệ rắn/lỏng = 1/100 (w/v), pH thay đổi từ 1 – 7.

Từ kết quả khảo sát, chọn pH tốt nhất cho các nghiên cứu tiếp theo.

2.3.3. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Điều kiện tiến hành: Tiến hành ở điều kiện nhƣ trên, với: C = 50 ppm, tỉ lệ rắn/lỏng = 1/100 (w/v), pH là giá trị tối ƣu, t thay đổi từ 1- 3 giờ.

Từ kết quả khảo sát, chọn thời gian tối ƣu ( tức là: thời gian đạt cân bằng hấp phụ) cho các nghiên cứu tiếp theo.

2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ đến quá trình hấp phụ Điều kiện tiến hành: Tiến hành ở điều kiện nhƣ trên, với: tỉ lệ rắn/lỏng = 1/100 (w/v), pH là giá trị tối ƣu, t là thời gian tối ƣu, C thay đổi từ 50-500 ppm.

Từ các kết quả thu đƣợc, tiến hành hồi qui các số liệu thực nghiệm bằng các phần mềm chuyên dụng để xác định các hằng số của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Qua đó xác định tải trọng hấp phụ cực đại của ion kim loại Ni2+, Pb2+.

Phƣơng trình đẳng nhiệt có dạng: q = qmax. q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng qmax: tải trọng hấp phụ cực đại b: hằng số đặc trƣng cho năng lƣợng tƣơng tác của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Để xác định các hằng số trong phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, có thể chuyển phƣơng trình trên thành phƣơng trình đƣờng thẳng.

=

+

37 Đây là phƣơng trình đƣờng thẳng biểu thị sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf. Từ phƣơng trình này, ta xác định đƣợc các hằng số qmax và b trong phƣơng trình từ độ dốc và đoạn cắt trục tung.

2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion lạ Chuẩn bị: Cân 0,5 g VLHP xơ dừa biến tính cho mỗi lần thí nghiệm, chuẩn bị các bình định mức 50 ml, chuẩn bị dãy dung dịch có thể tích 50 ml, chứa các muối cần khảo sát ảnh hƣởng ( NaCl, MgCl2, CaCl2, Na2CO3, Na3PO4) có nồng độ từ 20 ppm đến 100 ppm và dung dịch Ni2+ = 300 ppm, dung dịch Pb2+ = 300 ppm. Điều kiện tiến hành: Chuẩn bị dãy dung dịch có thể tích 50 ml, chứa các muối cần khảo sát ảnh hƣởng có nồng độ từ 20 ppm đến 100 ppm và nồng độ xác điịnh các ion kim loại cho vào mỗi bình chứa 0,5 VLHP. Lắc đều hỗn hợp, sau đó để trong 24 giờ. Dung dịch sau khi lắc đƣợc lọc bỏ phần rắn và xác định nồng độ các ion kim loại [17].

38 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tách chitin từ vỏ tôm Xử lí nguyên liệu: Vỏ tôm sau khi thu nhận về, rửa sạch, loại bỏ hết phần thịt, phơi khô, bảo quản trong túi nilon.

Quá trình tách chitin từ vỏ tôm đƣợc thực hiện theo quy trình ở hình 2.2.

3.1.1. Xác định hàm lượng chitin trong vỏ tôm Cách tiến hành: Cân 10g vỏ tôm và tiến hành tách chitin theo qui trình hình 2.2. Hàm lƣợng chitin có trong vỏ tôm đƣợc xác định theo công thức sau: Hàm lƣợng chitin (%)=

x 100%

Trong đó: m1: số gam vỏ tôm ban đầu (g) m2: số gam chitin thu đƣợc (g) Kết quả quá trình tách chitin trong vỏ tôm đƣợc thể hiên ở bảng 3.1 và hình 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả thể hiện hàm lƣợng chitin có trong vỏ tôm STT

Khối lƣợng vỏ tôm ban đầu (g)

Khối lƣợng chitin thu đƣợc (g)

Hàm lƣợng chitin (%)

1

10

2,72

27,2

2

10

2,68

26,8

3

10

2,65

26,5

4

10

2,75

27,5

5

10

2,70

27,0

Hàm lƣợng chitin trung bình

Hình 3.1. Chitin tách từ vỏ tôm

27

39 Nhận xét: Chitin tách từ vỏ tôm ở dạng hình vảy màu trắng phớt hồng, hàm lƣợng chitin trung bình trong vỏ tôm nghiên cứu là 27%.

3.1.2. Xác định độ ẩm Sấy khô chitin ở điều kiện 100oC trong 4 giờ. Kết quả xác định độ ẩm của chitin đƣợc trình bày ở bảng 3.2.

Bảng 3.2. Độ ẩm của chitin Khối lƣợng

Khối lƣợng

Khối lƣợng

cốc (m0)

cốc + mẫu (m1)

cốc + mẫu sau sấy (m2)

1

34,575

35,576

34,685

11,05

2

33,152

34,160

33,262

10,91

3

33,229

34,232

33,341

11,17

STT

Trung bình

Độ ẩm

11.043

3.1.3. Xác định độ tro Tro hóa 1 gam chitin ở điều kiện 700oC trong 4 giờ. Kết quả xác định độ tro của chitin đƣợc trình bày ở bảng 3.3.

Bảng 3.3. Độ tro của chỉtin Khối lƣợng

Khối lƣợng

Khối lƣợng

Độ tro

cốc (m0)

cốc + mẫu (m1)

cốc + mẫu sau sấy (m2)

(%)

1

32,795

33,809

32,808

1,282

2

31,718

32,725

31,730

1,191

3

33,132

34,139

33,143

1,290

STT

Trung bình

1,254

3.2. Deaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan Quá trình deaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan đƣợc thực hiện theo qui trình ở hình 2.3.

3.2.1. Xác định hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin Hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin đƣợc xác định theo công thức 2.1.

40 Kết quả của quá trình điều chế chitosan từ chitin đƣợc thể hiện ở bảng 3.4 và hình 3.2.

Bảng 3.4. Kết quả hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin STT 1 2 3

Khối lƣợng chitin Khối lƣợng chitosan ban đầu (g) thu đƣợc (g) 5 3,253 5 3,238 5 3,313 Trung bình

Hiệu suất (%) 65,06 64,76 66,26 65,36

Hình 3.2. Chitosan thu đƣợc từ chitin Nhận xét: Sau quá trình deaxetyl hóa và tinh chế chitosan, sản phẩm thu đƣợc là chitosan ở dạng vảy, hình kim, màu trắng đục. Có sự chuyển màu này là ở các quá trình khử khoáng, khử protein và deaxetyl đã làm mất đi một phần màu sắc.

3.2.2. Xác định hàm lượng tro của chitosan Tro hóa 1 gam chitosan ở điều kiện 700oC trong 4 giờ. Kết quả xác định hàm lƣợng tro của mẫu chitosan đƣợc trình bày ở bảng 3.5 Bảng 3.5. Hàm lƣợng tro của chitosan STT 1 2 3

Khối lƣợng cốc (m0) 33,480 33,152 34,575

Khối lƣợng cốc + mẫu(m1) 34,485 34,160 35,576 Trung bình

Khối lƣợng cốc + tro (m2) 33,491 33,164 34,588

Hàm lƣợng tro (%) 1,1 1,19 1,29 1,93

41 Nhận xét: Dƣới điều kiện nhiệt độ cao hầu hết các chất hữu cơ bị đốt cháy.

Hàm lƣợng tro thấp chứng tỏ quá trình khử khoáng vỏ tôm đƣợc thực hiện tƣơng đối triệt để.

3.3. Kết quả nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính 3.3.1. Xác định hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa Quá trình xử lí xơ dừa đƣợc thực hiện theo qui trình hình 2.4. Kết quả của quá trình xử lí đƣợc thể hiện ở bảng 3.6 và hình 3.3.

Bảng 3.6. Hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa Khối lƣợng xơ dừa

Khối lƣợng xơ dừa

ban đầu (g)

sau xử lí (g)

1

10

7,213

72,13

2

10

7,157

71,57

3

10

7,189

71,89

STT

Trung bình

Hiệu suất (%)

71,86

Hình 3.3. Xơ dừa sau xử lí Nhận xét: Xơ dừa sau xử lí có màu vàng khác với màu xơ dừa ban đầu là do đã loại các tạp chất nhƣ lignin, pectin, …

3.3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn – rắn chitosan/xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính

42 Điều kiện tiến hành: Cân a gam chitiosan, 3 - a gam xơ dừa sau xử lí cho vào cốc, sau đó, cho 50 ml CH3COOH 2% vào khuấy trong 1 giờ. Sau đó, lọc, rửa cho đến khi nƣớc lọc trung tính, đem sấy khô đến khối lƣợng không đổi. Kết quả thu đƣợc trình bày ở bảng 3.7 và hình 3.4.

Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính Khối lƣợng chitosan (g)

0,5

1,0

1,5

2.0

2,5

Khối lƣợng xơ dừa (g)

2,5

2.0

1,5

1,0

0,5

Hiệu suất (%)

73

76

79

81

78

82

Hiệu suất (%)

80 78 76 74 72

hiệu suất (%)

70 68 0.5 - 2.5

1.0 - 2.0

1.5 - 1.5

2.0 - 1.0

2.5 - 0.5

Khối lƣợng chitosan/xơ dừa (g/g)

Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính Dựa vào bảng 3.7 và hình 3.4, có thể thấy tỉ lệ rắn- rắn ảnh hƣởng đến hiệu suất hấp phụ chitosan/ xơ dừa. Tại tỉ lệ chitosan/ xơ dừa, quá trình đạt cân bằng. Vậy ta chọn tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa 2:1 cho quá trình nghiên cứu tiếp theo.

3.3.3. Hiệu suất của quá trình chế tạo VLHP xơ dừa biến tính Hiệu suất của quá trình chế tạo VLHP xơ dừa biến tínhđƣợc tính theo công thức: H (%) = Trong đó:

x 100 %

m1: tổng số gam chitosan/ xơ dừa ban đầu

43 m2: tổng số gam VLHP sau khi điều chế H: hiệu suất của quá trình Tiến hành điều chế VLHP xơ dừa biến tính nhƣ sơ đồ hình ở điều kiện khảo sát ở trên, kết quả đƣợc ghi ở bảng 3.8 và hình 3.5.

Bảng 3.8. Kết quả hiệu suất của quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính Tổng khối lƣợng

Khối lƣợng VLHP

chitosan/ xơ dừa (g)

thu dƣợc (g)

1

3

2,26

75,3

2

3

2,29

76,3

3

3

2.30

76,67

STT

Trung bình

Hiệu suất (%)

76,09

Hình 3.5. VLHP xơ dừa biến tính Nhận xét: VLHP xơ dừa biến tính có màu vàng nâu, gần giống với màu màu của xơ dừa sau xử lí.

3.3.4. Phổ hồng ngoại của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính Tiến hành đo phổ hồng ngoại của các mẫu trên máy Nicolet iS10 FT-IR tại khoa Hóa, trƣờng Đại Học Bách Khoa Đà nẵng. Mẫu đƣợc đo bằng kĩ thuật chụp phản xạ truyền quang trong vùng 400 – 4000cm-1. Kết quả đo đƣợc trình bày ở bảng 3.9, hình 3.6 và 3.7.

44 Bảng 3.9. Những dải hồng ngoại chính của mẫu xơ dừa và VLHP xơ dừa biến tính Dải tần số (cm-1) Xơ dừa

Xơ dừa biến tính

3420

3469

2839

2983

1511- 1623

1511- 1629

1076

1126

Nhóm chức liên kết Dao động hóa trị của liên kết O-H Dao động hóa trị của liên kết N-H Dao động hóa trị của liên kết C-H Dao động biến dạng của liên kết N-H Dao động hóa trị của liên kết C=C (thơm) Dao động hóa trị của liên kết C-O (ete) Dao động hóa trị của liên kết C-N

Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của xơ dừa

45

Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của VLHP xơ dừa biến tính Nhận xét: Vạch hấp phụ ở 3420 cm-1 của xơ dừa và 3469 cm-1 của VLHP xơ dừa biến tính là 1 pic đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm -OH trong ancol và dao động hóa trị của nhóm chức –NH trong amin bậc 1. Xuất hiện vạch hấp phụ ở 2839 cm-1 và 2983 cm-1 là một pic đặc trƣng của dao động hóa trị của liên kết –CH trong hợp chất ankan. Các dao động hóa trị của nhóm -CO trong nghiên cứu ở vạch 1076 cm-1 của xơ dừa và 1126 cm-1 của VLHP xơ dừa biến tính, nó đặc trƣng cho nhóm chức ete.

Từ số sóng ở 1511- 1629 cm-1xuất hiện những pic đặc trƣng của dao động biến dạng của nhóm chức –NH trong amin bậc 1, và dao động hóa trị của liên kết C=C trong hợp chất thơm.

Nhìn chung, Phổ IR của xơ dừa và xơ dừa biến tính khá giống nhau. Từ bƣớc sóng khoảng 1000 – 1650 cm-1, đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm chức -CO trong ancol, và dao động biến dạng của nhóm –NH trong amin bậc 1 trong phổ IR của VLHP xơ dừa biến tính xuất hiện nhiều pic với cƣờng độ mạnh hơn phổ IR của xơ dừa. Chứng tỏ các nhóm chức amin của chitosan đã phủ lên bề mặt xơ dừa.

46 3.3.5. Phổ phân tích nhiệt trọng lượng TGA của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính Giản đồ phân tích nhiệt ghi trong môi trƣờng khí trơ Nitơ, tốc độ gia nhiệt 10oC/ phút từ nhiệt độ phòng đến 800oC trên máy TGA/DSC model STA600 của hãng Perkin Elme-USA ở phòng thí nghiệm lọc dầu, khoa Hóa, trƣờng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.

Hình 3.8. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng của xơ dừa

Hình 3.9. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng TGA của VLHP xơ dừa biến tính Nhận xét: Từ giản đồ phân tích nhiệt TGA của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính hình 3.8 và hình 3.9, kết quả cho thấy: Ban đầu, ở điều kiện nhiệt độ bình thƣờng, chúng tôi thấy rằng ở vị trí bắt đầu phân tích, nhiệt độ khoảng 28oC, khối lƣợng mẫu là 100%.

Trong khoảng từ nhiệt 28oC đến 200oC có hiện tƣợng mất trọng lƣợng nhẹ, đây là

47 quá trình mất nƣớc vật lí. Phần trăm khối lƣợng mẫu giảm khi tăng nhiệt độ 200oC đến 500oC đối với cả hai vật liệu nhƣng ở mẫu VLHP xơ dừa biến tính thì cƣờng độ pic mạnh hơn chứng tỏ có sự hấp thu nhiệt nhiều hơn mẫu xơ dừa , có sự giảm về phần trăm khối lƣợng ở đây là do các quá trình phân hủy một phần cấu trúc nhƣ lignin, pectin, … bởi quá trình gia tăng nhiệt. Đến nhiệt độ khoảng 500oC đối với xơ dừa, 600oC đối với VLHP xơ dừa biến tính phần trăm khối lƣợng mẫu giảm mạnh do quá trình phân hủy toàn bộ cấu trúc vật liệu, ở VLHP xơ dừa biến tính có nhiệt độ cao hơn điều đó cho thấy chitosan đã bao phủ bề mặt xơ dừa sau xử lí.

3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion M2+ bằng phƣơng pháp hấp phụ bể 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH Điều kiện tiến hành: Chuẩn bị 1 dãy bình chứa 0,5 g vật liệu có thêm 50 ml các dung dịch M2+ 50 ppm, thời gian hấp phụ trong 0,5 giờ, ở nhiệt độ phòng thí nghiệm, với giá trị pH thay đổi từ 1 – 7.

Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.10 và hình 3.10, hình 3.11.

Bảng 3.10. Kết quả ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ

STT

pH

Ci (ppm)

Dung dịch Ni2+

Dung dịch Pb2+

Cf

H

q

Cf

H

Q

(ppm)

(%)

(mg/g)

(ppm)

(%)

(mg/g)

1

1

50

42,58

14,84

0,742

43,47

13,06

0,653

2

2

50

38,115

23,77

1,1885

41,4

17,2

0,86

3

3

50

32,285

35,43

1,7715

39,33

21,34

1,067

4

4

50

28,176 43,648 2,1824

35,19

29,62

1,481

5

5

50

22,983 54,034 2,7017

33,12

33,76

1,688

6

6

50

24,345

2,5655 35,675

28,65

1,4325

7

7

50

25,876 48,248 2,4124

24,04

1,202

52,31

37,98

48

Hiệu suất hấp phụ (%)

60 50 40 30 Ni(II)

20

Pb(II)

10 0 1

2

3

4 pH

5

6

7

Hình 3.10. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

3 2.5 2 1.5

Ni(II)

1

Pb(II)

0.5 0 1

2

3

4

5

6

7

pH Hình 3.11. Ảnh hƣởng của pH đến tải trọng hấp phụ Nhận xét: Khả năng hấp phụ ion M2+ của VLHP xơ dừa biến tính phụ thuộc rất lớn vào pH của dung dịch hấp phụ. Nhìn vào đồ thị hình và hình ta thấy khả năng hấp phụ tăng dần theo pH. Vậy nên chọn pH = 5 cho cả hai ion cho các quá trình nghiên cứu tiếp theo.

Giải thích: Đối với ion M2+, nhóm -NH2 trên mạch VLHP xơ dừa biến tính đóng vai trò là chất cho electron, các electron tự do ở nguyên tử nitơ của nhóm amine có thể tạo liên kết phối trí với các ion M2+, làm giảm hàm lƣợng ion M2+ trong dung dịch.

49 Ở pH thấp, khả năng hấp phụ của VLHP xơ dừa biến tính không đáng kể và khả năng đó tăng khi pH của dung dịch hấp phụ tăng từ 1-5. Nguyên nhân là do nhóm -NH2 của VLHP xơ dừa biến tính sẽ kết hợp với H+ và mang điện tích dƣơng. Nên các phần tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều tích điện dƣơng bởi vậy lực tƣơng tác là lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh đó nồng độ H+ cao sẽ cạnh tranh với cation kim loại trong quá trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ.

Tại pH = 5, khả năng hấp phụ của VLHP xơ dừa biến tính là lớn nhất. Nguyên nhân là do khi ở pH cao, các nhóm amino không bị proton hóa và ion kim loại dễ dàng liên kết với nhóm amino. Vì vậy, nồng độ ion M2+ còn lại sau hấp phụ càng thấp khi pH dung dịch hấp phụ càng cao.

Khi pH > 5, khả năng hấp phụ của VLHP xơ dừa biến tính giảm. Nguyên nhân là do các ion kim loại kết hợp với ion -OH tạo kết tủa bám lên trên bề mặt VLHP. 3.4.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Điều kiện tiến hành: Chuẩn bị 1 dãy bình chứa 0,5 g vật liệu có thêm 50 ml các dung dịch M2+ 50 ppm, giá trị pH = 5, ở nhiệt độ phòng thí nghiệm, với thời gian hấp phụ thay đổi từ 0,5 – 3,0 giờ.

Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.11 và hình 3.12, hình 3.13.

Bảng 3.11. Kết quả ảnh hƣởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ.

STT

Thời gian

Ci

( giờ)

(ppm)

Dung dịch Ni2+

Dung dịch Pb2+

Cf

H

q

Cf

H

Q

(ppm)

(%)

(mg/g)

(ppm)

(%)

(mg/g)

1

0,5

50

12,9

74,2

3,71

22,77

54,46

2,723

2

1,0

50

12,32

75,34

3,767

20,7

58,6

2,93

3

1,5

50

11,74

76,52

3,826

16,54

66,92

3,346

4

2,0

50

11,15

77,69

3,884

12,42

75,16

3,758

5

2,5

50

10,56

78,86

3,943

12,42

75,16

3,758

6

3,0

50

10,56

78,86

3,943

12,42

75,16

3,758

50

Hiệu suất hấp phụ (%)

100 80 60 Ni(II)

40

Pb(II)

20 0 0.5

1

1.5 2 2.5 Thời gian (giờ)

3

Hình 3.12.Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ

Tải trọng hấp phụ (mg/l)

4.5 4 3.5 3 2.5 2 Ni(II)

1.5

Pb(II)

1 0.5 0 0.5

1

1.5

2

2.5

3

Thời gian ( giờ) Hình3.13.Ảnh hƣởng của thời gian đến tải trọng hấp phụ Nhận xét: Nhìn vào đồ thị hình và hình ta thấy khả năng hấp phụ tăng dần theo thời gian, quá trình hấp phụ đạt cân bằng tại t = 2,5 giờ ( đối với Ni2+), t = 2 giờ ( đối với ion Pb2+) nên chọn t = 2,5 giờ ( đối với Ni2+), t = 2 giờ ( đối với ion Pb2+) cho các quá trình nghiên cứu tiếp theo.

Giải thích: Khi thời gian hấp phụ tăng thì ion kim loại Ni2+, Pb2+ đi vào các mao quản của VLHP nhiều hơn, do đó hiệu suất hấp phụ và tải trọng hấp phụ tăng lên. Khi đã đạt cân bằng hấp phụ thì các tâm hấp phụ trên chất hấp phụ đã bị chiếm chỗ tới mức tối đa nên thời gian hấp phụ tăng lên nhƣng hiệu suất hấp phụ và tải trọng tăng lên không đáng kể.

51 3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion M2+ ban đầu Điều kiện tiến hành: Chuẩn bị 1 dãy bình chứa 0,5 g vật liệu có thêm 50 ml các dung dịch M2+ có nồng độ thay đổi từ 50 – 500 ppm, giá trị pH = 5, thời gian hấp phụ 2,5 giờ đối với Ni2+, 2 giờ đối với Pb2+, ở nhiệt độ phòng thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.12 và hình 3.14, hình 3.15.

Bảng 3.12. Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Nồngđộ

Ci

(ppm)

(ppm)

1

50

2

STT

dung dịch Ni2+

dung dịch Pb2+

H

q

Cf

H

q

(ppm)

(%)

(mg/g)

(ppm)

(%)

(mg/g)

50

10.566

78.868

3.9434

12.42

75.16

3.758

100

100

26.41

73.59

7.359

35.19

64.81

6.481

3

200

200

109.18

45.409

9.0818

74.52

62.74

12.548

4

300

300

189.61

36.795

11.039

134.55

55.15

16.545

5

400

400

293.5

26.625

10.65

196.65

50.838 20.335

6

500

500

381.55

23.69

11.845

267.03

46.594 23.297

Hiệu suất hấp phụ (%)

Cf

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Ni(II) Pb(II)

50

100

200

300

400

500

Nồng độ (ppm) Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ

52

Tải trọng hấp phụ (mg/l)

25 20 15

Ni(II)

10

Pb(II)

5 0 50

100

200

300

400

500

Hình 3.15. Ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến tải trọng hấp phụ Nhận xét: Nhìn vào đồ thị hình, ta thấy tải trọng hấp phụ gần nhƣ tăng tuyến tính khi tăng nồng độ ion kim loại còn hiệu suất hấp phụ giảm khi tăng nồng độ ion kim loại. Cùng với một lƣợng VLHP, ở cùng một điều kiện thí nghiệm nhƣ nhau, nồng độ chất bị hấp phụ càng lớn thì khả năng hấp phụ của VLHP xơ dừa biến tính dừa càng tăng.

Giải thích: Cùng một lƣợng VLHP với nồng độ loãng, các ion kim loại chuyển động tự do, có khả năng hấp phụ tốt. Ở nồng độ cao, có sự va chạm, cản trở chuyển động lẫn nhau giữa các chất bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ. * Xác định tải trọng hấp phụ cực đại Từ các số liệu thu đƣợc khi khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ lên VLHP xơ dừa biến tính ta tính toán các giá trị q, Cf, Cf/q để xây dựng phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ cho phép đánh giá, mô tả bản chất quá trình hấp phụ, tìm ra đƣợc điều kiện tối ƣu cho việc sử dụng chất hấp phụ. Ở đây, phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmiur đƣợc sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ của VLHP xơ dừa biến tính trong dung dịch. Phƣơng trình này giả thiết rằng sự hấp phụ chỉ xảy ra đơn lớp trên bề mặt và tại những vị trí nhất định trên bề mặt VLHP. Ái lực hấp phụ của tất cả các tâm hấp phụ là nhƣ nhau. Từ đó xác định tải trọng hấp phụ cực đại.

53 Kết quả đƣợc trình bày ở hình 3.16 và hình 3.17 25

Cf/q

20 15

y = 0.0518x + 2.8244 R² = 0.9971

10 5 0 0

100

200

300

400

500

Cf

Hình 3.16. Dạng tuyến tính của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Ni2+ Từ phƣơng trình y = 0,051x + 2,824, ta xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ ion Ni2+ nhƣ sau: qmax =

= 19,6 (mg/g)

b=

= 0,018 (ppm)

14 12

Cf/q

10 8

y = 0.03x + 3.7216 R² = 0.9719

6 4 2 0 0

50

100

150

200

250

300

Cf

Hình 3.17. Dạng tuyến tính của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Pb2+

54 Từ phƣơng trình y = 0,03x + 3,721, ta xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ ion Pb2+ nhƣ sau: qmax =

= 33,33 ( mg/g) = 8,063.10-3 ( ppm)

b=

Nhận xét: Nhìn vào đồ thị hình cho thấy đại lƣợng hấp phụ (Cf/q) tăng dần theo chiều tăng của nồng độ của ion kim loại. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả khá chính xác sự hấp phụ Ni2+, Pb2+ lên VLHP xơ dừa biến tính ( thể hiện qua hệ số tƣơng quan R2 của phƣơng trình hồi quy). Từ phƣơng trình thu đƣợc, chúng tôi xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ của mỗi kim loại.

3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion lạ 3.4.4.1. Ảnh hưởng của lực ion NaCl Điều kiện tiến hành: VLHP xơ dừa biến tính: 0,5 g; thể tích dung dịch: 50 ml, nồng độ dung dịch NaCl thay đổi từ 20 ppm đến 100 ppm; khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Kết quả ảnh hƣởng của lực ion NaCl đƣợc trình bày ở bảng 3.13 và hình 3.18.

Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl đến quá trình hấp phụ dung dịch Ni2+ STT

nồng độ

Ci

(ppm)

(ppm)

dung dịch Pb2+

Cf

H

Cf

H

(ppm)

(%)

(ppm)

(%)

1

20

120

51,069

57,4425

12,432

89,64

2

40

120

54,004

54,99667

18,648

84,46

3

60

120

57,526

52,06167

26,936

77,55333

4

80

120

59,874

50,105

31,08

74,1

5

100

120

62,222

48,14833

37,297

68,91917

Hiệu suất hấp phụ ( %)

55

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Ni(II) Pb(II)

20

40

60

80

100

Nồng độ NaCl (ppm) Hình 3.18. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl đến hiệu suất hấp phụ Ni2+, Pb2+ Nhận xét: Lực ion của NaCl ảnh hƣởng nhiều đến hiệu suất hấp phụ. Hiệu suất hấp phụ ở VLHP giảm khi hàm lƣợng NaCl tăng từ 20 đến 100 ppm nhƣ trình bày ở hình. Trong trƣờng hợp này, lực ion tác động mạnh đến khả năng hấp phụ. Điều này cho thấy ion Cl- ít cạnh tranh với các anion của Ni2+, Pb2+.

3.4.4.2. Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 Điều kiện tiến hành: VLHP xơ dừa biến tính: 0,5 g; thể tích dung dịch: 50 ml, nồng độ dung dịch Na2CO3 thay đổi từ 20 ppm đến 100 ppm; khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Kết quả ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 đến quá trình hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.14 và hình 3.19.

Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 đến quá trình hấp phụ dung dịch Ni2+ STT

nồng độ

Ci

(ppm)

(ppm)

dung dịchPb2+

Cf

H

Cf

H

(ppm)

(%)

(ppm)

(%)

1

20

120

52,243

56,46417

103,5

13,75

2

40

120

45,786

61,845

82,8

31,00

3

60

120

40503

66,2475

72,45

39,625

4

80

120

35,22

70,65

51,75

56,875

5

100

120

29,35

75,54167

31,05

74,125

56

Hiệu suất hấp phụ (%)

80 70 60 50 40 30

Ni(II)

20

Pb(II)

10 0 20

40

60

80

100

Nồng độ Na2CO3 (ppm) Hình 3.19. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ Nhận xét: Lực ion Na2CO3 ảnh hƣởng đến chuyển hóa hấp phụ. Khi nồng độ Na2CO3 tăng từ 20 đến 100 ppm, có sự tăng nhẹ độ chuyển hóa hấp phụ ở VLHP đối với ion kim loại Ni2+ và có sự tăng mạnh độ chuyển hóa hấp phụ ở VLHP đối với ion kim loại Pb2+. Điều này cho thấy ion CO32- cạnh tranh ít với các anion của Ni2+, cạnh tranh nhiều với các anion của Pb2+.

3.4.4.3. Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 Điều kiện tiến hành: VLHP xơ dừa biến tính: 0,5 g; thể tích dung dịch: 50 ml, nồng độ dung dịch Na3PO4 thay đổi từ 20 ppm đến 100 ppm; khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Kết quả ảnh hƣởng của ion Na3PO4 đến quá trình hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.15 và hình 3.20.

Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của lực ion Na3PO4 đến quá trình hấp phụ

STT

Dung dịch Ni2+

nồng độ

Ci

(ppm)

(ppm)

dung dịch Pb2+

Cf

H

Cf

H

(ppm)

(%)

(ppm)

(%)

1

20

120

67,505 43,74583

31,08

74,1

2

40

120

61,635

48,6375

24,864

79,28

3

60

120

55,765 53,52917

20,72

82,73333

4

80

120

49,308

58,91

16,576 86,18667

5

100

120

44,025

63,3125

10,36

91,36667

Hiệu suất hấp phụ (%)

57

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Ni(II) Pb(II)

20

40

60

80

100

Nồng độ Na3PO4 (ppm) Hình 3.20. Ảnh hƣởng củaNa3PO4 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ Nhận xét: Lực ion Na3PO4 ảnh hƣởng đến độ chuyển hóa hấp phụ. Độ chuyển hóa của VLHP tăng nhẹ khi hàm lƣợng P043- tăng từ 20 đến 100 ppm đối với cả hai ion kim loại Ni2+, Pb2+.

3.4.4.4. Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 Điều kiện tiến hành: VLHP xơ dừa biến tính: 0,5 g; thể tích dung dịch: 50 ml, nồng độ dung dịch CaCl2 thay đổi từ 20 ppm đến 100 ppm; khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Kết quả ảnh hƣởng của lực ion CaCl2 đến quá trình hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.16 và hình 3.21.

Bảng 3.16. Ảnh hƣởng của lực ion CaCl2 đến quá trình hấp phụ nồng độ

Ci

(ppm)

(ppm)

1

20

2

STT

dung dịchNi2+

dung dịch Pb2+

Cf

H

Cf

H

(ppm)

(%)

(ppm)

(%)

120

69,853

41,78917

20,72

82,73333

40

120

72,788

39,34333

31,08

74,1

3

60

120

76,31

36,40833

43,512

63,74

4

80

120

79,245

33,9625

51,8

56,83333

5

100

120

82,767

31,0275

64,232

46,47333

Hiệu suất hấp phụ (%)

58

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Ni(II) Pb(II)

20

40

60

80

100

Nồng độ CaCl2 (ppm) Hình 3.21. Ảnh hƣởng của CaCl2 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ Nhận xét: Lực ion CaCl2 ảnh hƣởng đến chuyển hóa hấp phụ. Khi nồng độ CaCl2 tăng từ 20 đến 100 ppm, có sự giảm nhẹ độ chuyển hóa hấp phụ của VLHP đối với ion kim loại Ni2+ và có sự giảm mạnh độ chuyển hóa hấp phụ của VLHP đối với ion kim loại Pb2+. Điều này cho thấy ion Cl- cạnh tranh ít với các anion của Ni2+, cạnh tranh nhiều với các anion của Pb2+.

3.4.4.5. Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 Điều kiện tiến hành: VLHP xơ dừa biến tính: 0,5 g; thể tích dung dịch: 50 ml, nồng độ dung dịch MgCl2 thay đổi từ 20 ppm đến 100 ppm; khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Kết quả ảnh hƣởng của ion CaCl2 đến quá trình hấp phụ đƣợc trình bày ở bảng 3.17 và hình 3.22.

Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của lực ion MgCl2 đến quá trình hấp phụ STT

nồng độ (ppm)

Ci (ppm)

1 2 3 4 5

20 40 60 80 100

120 120 120 120 120

dung dịch Ni2+ Cf H (ppm) (%) 73,375 38,85417 80,419 32,98417 88,05 26,625 95,094 20,755 100,377 16,3525

dung dịch Pb2+ Cf H (ppm) (%) 24,864 79,28 35,224 70,64667 47,656 60,28667 60,088 49,92667 72,52 39,56667

59

Hiệu suất hấp phụ (%)

90 80 70 60 50 40 30

Ni(II)

20

Pb(II)

10 0 20

40

60

80

100

Nồng độ MgCl2 (ppm) Hình 3.22. Ảnh hƣởng của MgCl2 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ Nhận xét: Lực ion MgCl2 ảnh hƣởng đến chuyển hóa hấp phụ. Khi nồng độ MgCl2 tăng từ 0 đến 100 ppm, có sự giảm nhẹ độ chuyển hóa hấp phụ của VLHP đối với ion kim loại Ni2+ và có sự giảm mạnh độ chuyển hóa hấp phụ của VLHP đối với ion kim loại Pb2+. Điều này cho thấy ion Cl- cạnh tranh ít với các anion của Ni2+, cạnh tranh nhiều với các anion của Pb2+.

3.4.4.6. Ảnh hưởng của các cation Na+, Ca2+, Mg2+ Để so sánh các cation cùng loại ảnh hƣởng đến hiệu suất hấp phụ Ni2+, Pb2+ chúng tôi đã thể hiện trong hình 3.23 và 3.24.

Hiệu suất hấp phụ (%)

70 60 50 40 30

Na Na+

20

Mg2+2+

10

Ca2+

+

Mg

Ca2+

0 20

40

60

80

100

Nồng độ (ppm) Hình 3.23. Ảnh hƣởng các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ Ni2+

Hiệu suất hấp phụ (%)

60 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Na+ Na

+

Mg2+ Mg2+ Ca2+ Ca2+ 20

40

60

80

100

Nồng độ (ppm) Hình 3.24. Ảnh hƣởng các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ Pb2+ Nhận xét: Các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đều làm ảnh hƣởng mạnh đến khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+. Trong đó, Na+ là ảnh hƣởng nhiều nhất, sau đó là Mg2+ và Ca2+.

Khi tăng nồng độ cation Na+, Ca2+, Mg2+ đều làm giảm nhẹ khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+. Điều này cho thấy cả ba cation đều cạnh tranh ít với Ni2+, Pb2+.

3.4.4.7. Ảnh hưởng các anion Cl-, CO32-, PO43Để so sánh các anion cùng loại ảnh hƣởng đến hiệu suất hấp phụ Ni2+, Pb2+ chúng tôi đã thể hiện trong hình 3.25 và 3.26.

Hiệu suất hấp phụ (%)

80 70 60 50 40

Na+ Cl-

30

CO3CO32-

20

PO43PO43-

10 0 20

40

60

80

100

Nồng độ (ppm) Hình 3.25. Ảnh hƣởng của các anion Cl-, CO32-, PO43- đến hiệu suất hấp phụ Ni2+

61

Hiệu suất hấp phụ (%)

100 90 80 70 60 50

ClNa+

40 30

CO32CO3-

20

PO43PO43-

10 0 20

40

60

80

100

Nồng độ (ppm) Hình 3.26. Ảnh hƣởng của các anion Cl-, CO32-, PO43- đến hiệu suất hấp phụ Pb2+ Nhận xét: Các anion Cl-, CO32-, PO43- đều ảnh hƣởng mạnh đến khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+. Khi tăng nồng độ các anion thì ion CO32-, ion PO43- đều làm tăng khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+nhƣng ion CO32- làm tăng mạnh khả năng hấp phụ Pb2+, còn ion Cl- làm giảm nhẹ khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+. Điều này cho thấy ion Cl- và ion PO43- ít cạnh tranh với các anion của Ni2+, Pb2+, còn ion CO32- cạnh tranh rất mạnh với các anion của Pb2+ và ít cạnh tranh với các anion của Ni2+.

62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã đạt đƣợc một số kết quả nhƣ sau: 1. Đã điều chế đƣợc chitosan từ vỏ tôm.

2. Đã điều chế đƣợc VLHP xơ dừa biến tính.

3. Đã nghiên cứu đƣợc điều kiện tối ƣu để hấp phụ ion M2+ lên VLHP xơ dừa biến tính bằng phƣơng pháp hấp phụ bể: - Đối với quá trình hấp phụ bể Ni2+: pH = 5, thời gian hấp phụ là 2,5 giờ, tỉ lệ rắn – lỏng là 1/100 dung dịch Ni2+ 50ppm. Và khi sử dụng đồng thời các điều kiện tải trọng hấp phụ cực đại Ni2+ là qmax = 19,6 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 0,018.

- Đối với quá trình hấp phụ bểPb2+: pH = 5, thời gian hấp phụ là 2 giờ, tỉ lệ rắn – lỏng là 1/100 dung dịch Pb2+ 50ppm. Và khi sử dụng đồng thời các điều kiện tải trọng hấp phụ cực đại Pb2+ là qmax = 33,33 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 8,063.10-3.

4. Đã nghiên cứu ảnh hƣởng của lực ion đến quá trình hấp phụ: - Đối với cation: Các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đều làm giảm khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+. Trong đó, Na+ là ảnh hƣởng nhiều nhất, sau đó là Mg2+ và Ca2+.

- Đối với anion: Các anion Cl-, CO32-, PO43- đều ảnh hƣởng mạnh đến khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+. Trong đó, ion Cl- làm giảm khả năng hấp phụ của Ni2+, Pb2+, còn ion CO32-, PO43- thì ngƣợc lại làm tăng khả năng hấp phụ Ni2+, Pb2+.

Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng khác trên VLHP xơ dừa biến tính để từ đó đánh giá đƣợc khả năng hấp phụ của nó một cách hoàn thiện và tối ƣu hơn.

Nghiên cứu khả năng giải hấp của VLHP và khả năng tái sử dụng của VLHP sau khi xử lí nƣớc thải.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP xơ dừa biến tính đối với ion kim loại nặng trong nƣớc thải công nghiệp để có thể đƣa vào xử lí nƣớc thải cho các nhà máy, góp phần bảo vệ môi trƣờng.

63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Trịnh Bình, Phạm Lê Dũng, Cao Vân Điềm ( 2002), “Về độ độc của chitin và chitosan”, tạp chí khoa học, 40(2), tr. 74-76 2. Lê Văn Cát (2002), “Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước thải”, NXB Thống Kê, Hà Nội.

3. Nguyễn Hữu Đức, “Ứng dụng chitosan trong y học”, Đại học Y Dƣợc TPHCM 4. Phạm Thị Bích Hạnh (2003), “Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép một số vinyl momome với chitin và thăm dò khả năng hấp phụ kim loại nặng”, Luận văn Tiến sĩ Hóa Học, Hà Nội 5. Nguyễn Hoàng Hà, Đào Quốc Ân (2000), “Sản xuất chitin và chitosan từ đầu vỏ tôm phế thải của ngành xuất khẩu thủy – hải sản”, tạp chí khoa hoch, tr 21, số 4.

6. Nguyễn Đức Huệ, giáo trình “ Độc học môi trường”, Đại học Quốc Gia Hà Nội.

7. Hoàng Văn Huệ (2004), “Công nghệ Môi trường – Xử lí nước”, tập 1, NXB Xây dựng.

8. Nguyễn Hữu Hƣng (2000), “Góp phần nghiên cứu cách xác định một số tính chất của chitosan”, Tạp chí dƣợc học, số 7.

9. Lê Thƣợng Mãn, Nguyễn Bảo Vệ, Vũ Ngọc Toàn, “Xử lí nước thải dệt nhuộm bằng OZON, kết hợp với xúc tác dị thể”.

10. Phan Thanh Nguyệt (2004), “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm chitosan phục vụ xử lí nước thải”. Luận văn tốt nghiệp đại học , Trƣờng Đại Học Cần Thơ.

11. Phạm Luận , “Vai trò của muối khoáng và các nguyên tố vi lượng đối với sự sống của con người”, ĐHTH Hà Nội, 1994/2004.

12. Trần Mạnh Lục, “ Vật liệu hấp phụ và xử lí môi trường”, Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng.

13. Đỗ Đình Ràng, Phạm Đình Cƣờng (2000), “Xác định hàm lượng chitin của một số loài thủy sản ở Việt Nam”, Tạp chí HH và CNHH, số 7.

64 14. Đào Đình Thức (2007), “ Một số phương pháp ứng dụng phổ trong hóa học”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

15. Hƣơng Trà, “Xuất khẩu tôm 2016, dự án 2017,10-1-2017”, Tổng cục thủy sản.

16. GS.TS. Lâm Minh Triết - T.S. Diệp Ngọc Sƣơng, “Các phương pháp phân tích kim loại trong nước và nước thải”.

17. Bùi Hải Đăng Sơn (2016), “ Nghiên cứu biến tính Diatomit Phú Yên ứng dụng trong hấp phụ và xúc tác”.

18. Lê thị Hải Yến, Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), “Khảo sát động học phản ứng deaxetyl hóa chitin thành chitosan ở nhiệt độ thường”. tạp chí khoa học, tr41, số 3.

19. Bách Khoa toàn thƣ mở Wikipedia “Dừa”.

20. Bánh khoa toàn thƣ mở Wikipedia “Tôm thẻ châm trắng”.

Tiếng Anh 21. A. K. Bledki, J. Gassan, Composites reinforced with cellulose based fibers.

22. Eric Guibal, (2006). A Review of the use of chitosanfor the removal of particulate

and

dissolved

contaminants,

“Separation

Science

And

Technology”, v 41, pp 2487 – 2514.

23. FAO, Coconut palm products their processing indeveloping countries, No.99, Rome, pp. 124 – 145, 1975.

24. George A. F. Roberts (1992), “Chitin chemistry”, McMillan, London.

25. Ming – Shen Chiou, Pang – Yen Ho, HSing – Ya Li. “Adsorption of anionicdyes in acid solution using chemically sross – linked chitosan beads”.

26. M. Sudhakaran, Rillai, R. Vasudev, Applications of coir in agricultural textiles, International seminar on technical textiles 2-3 June, 2001, Mumbai, India.

27. Shahidi,F., Synowiecki, J.,1991. “Isolatation and characterization of nutrients and value- added products from snow crap (Chinoecefes opilio) and Shrimp ( Pandalus borealis) processing discards”. Jourmal of Agricultural and Food Chemistry.

65