Preview Nghiên cứu tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

LỜI CAM ĐOAN

Ơ

H

và kết quả nghiên cứu nêu trên trong luận văn là trung thực, được các đồng

N

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu

N

tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

trình nào khác.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

LỜI CẢM ƠN

H

Ơ

đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời

N

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không có sự hỗ trợ, giúp

N

gian, từ khi bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn, em đã nhận được rất

U Y

nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô. Đặc biệt là sự giúp đỡ của Thầy

.Q

TS. Cao Văn Hoàng, giảng viên phụ trách hướng dẫn luận văn tốt nghiệp.

TP

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gởi đến Thầy TS.Cao Văn Hoàng, Cô

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Đặng Thị Tố Nữ đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Đ

này.

N

G

Em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường Đại Học

TR ẦN

em trong suốt 2 năm học tập vừa qua.

H Ư

Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, các thầy cô đã giảng dạy và giúp đỡ Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người

10 00

thực hiện luận văn này.

B

thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình Mặc dù đã rất cố gắng nhưng những hạn chế về thời gian cũng như

Ó

A

kinh nghiệm, kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất

Í-

H

mong nhận được sự thông cảm và góp ý của quý thầy cô để bài luận văn được

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

hoàn thiện hơn.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MỤC LỤC

N

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

H

Ơ

DANH MỤC CÁC BẢNG

N

DANH MỤC CÁC HÌNH

.Q

U Y

MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1

TP

1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1

ẠO

2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 1

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................... 2

N

G

4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 2

H Ư

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................... 2

TR ẦN

6. Cấu trúc luận .............................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 4

10 00

B

1.1. Giới thiệu về bã mía ................................................................................ 4 1.2. Tính chất và đặc trưng cấu trúc của xenlulozơ ......................................... 5

Ó

A

1.3. Xenlulozơ Axetat..................................................................................... 7

Í-

H

1.4. Giới thiệu về MnO2 ................................................................................. 8

-L

1.5. Sơ lược về một số kim loại nặng............................................................ 11

ÁN

1.6. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng [1].................. 12

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM ..................................................................... 27

2.1. Tổng hợp vật liệu .................................................................................. 27 2.1.1. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ .............................................................. 27 2.1.2. Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía ............................................................ 28 2.1.3. Tổng hợp CA từ xenlulozơ bã mía ...................................................... 29 2.1.4. Điều chế MnO2 ................................................................................... 30

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

2.1.5. Điều chế vật liệu màng xenlulozơ axetat-MnO2 .................................. 30

Ơ

N

H

2.1.7. Xác định độ thay thế DS ..................................................................... 32

N

2.1.6. Xác định hàm lượng Klason lignin và hemixenlulozơ ......................... 30

U Y

2.1.8. Xác định độ nhớt theo phương pháp điểm đơn.................................... 32

.Q

2.1.9. Xác định độ thấm ướt và tốc độ chảy của màng .................................. 33

TP

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

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

- MnO2 casting ............................................................................................. 34

Đ

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

H Ư

N

G

- MnO2 casting ............................................................................................. 35 2.1.12. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu màng xenlulozơ axetat-

TR ẦN

MnO2 casting................................................................................................ 36 2.2. Tính toán quá trình hấp phụ ................................................................... 36

10 00

B

2.2.1. Tính toán hiệu suất quá trình hấp phụ ................................................ 36 2.2.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ .......................................................... 36

Ó

A

2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu ...................................................... 38

Í-

H

2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) ................................. 38

-L

2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) ........................................................................... 39

ÁN

2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................ 40

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

2.3.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) ............................................. 41 2.3.5. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ................................................... 42

2.3.6. Phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ N2 ở 77K................................. 43 2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA).......................................... 45 2.3.8. Phương pháp von-ampe hòa tan (SV) ................................................. 46 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 50

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.1. Đặc trưng vật liệu MnO2........................................................................ 50

Ơ

N

H

3.1.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................ 51

N

3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................... 50

U Y

3.1.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ................................................... 51

.Q

3.1.4. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) ............................................. 52

TP

3.2. Đặc trưng Xenlulozơ ............................................................................. 53

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

3.3. Đặc trưng Xenlulozơ Axetat .................................................................. 55

G

Đ

3.3.1. Độ thay thế DS, độ nhớt và hiệu suất phản ứng .................................. 55

H Ư

N

3.3.2. Phổ FT-IR .......................................................................................... 55

TR ẦN

3.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................... 56 3.3.4. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA-TG) ........................ 57

B

3.4. Đặc trưng vật liệu màng ........................................................................ 58

10 00

3.4.1. Phổ FT-IR .......................................................................................... 58

A

3.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................ 59

H

Ó

3.4.3. Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA-TG-DTG) ............... 62

-L

Í-

3.4.4. Hấp phụ và khử hấp phụ Nitơ (BET) .................................................. 64

ÁN

3.4.5. Độ thấm ướt và tốc độ chảy qua màng của màng CA-MnO2 5% ......... 65

TO

3.5. Kết quả khảo sát hấp phụ của màng CA-MnO2 5% casting ................... 66

D

IỄ N

Đ

ÀN

3.5.1. Kết quả khảo sát hấp phụ Cd(II) ......................................................... 66 3.5.2. Kết quả khảo sát hấp phụ Pb(II) ......................................................... 70 3.6. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ........................................................... 73 3.6.1. Mô hình Langmuir .............................................................................. 73 3.6.2. Mô hình Freundlich ............................................................................ 77

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.7. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu ............................................ 80

Ơ

N

H

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN....................... 83

N

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 82

U Y

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................... 84

.Q

PHỤ LỤC

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao)

N

G

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT :Phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ

ASV

:Phương pháp von-ampe hòa tan anot

CA

:Xenlulozơ axetat

CE

:Xenlulozơ

CSV

:Phương pháp von-ampe hòa tan catot

10 00

B

TR ẦN

H Ư

AdSV

:Kĩ thuật von-ampe xung vi phân

DS

:Độ thay thế

DSC

:Phương pháp phân tích quét nhiệt vi sai

H

Í-

-L

ÁN

:Phương pháp phân tích nhiệt vi sai

ESN

:Electrospinning

NIPS

:Kĩ thuật phân tích pha không dung môi

SB

:Bã mía

SQW

:Kĩ thuật von-ampe sóng vuông

SV

:Phương pháp von-ampe hòa tan

TGA

:Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng

TO ÀN Đ IỄ N

Ó

DP

DTA

D

A

DMSO :Dimethyl sulfoxide

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H

1.2

Cấu trúc tinh thể của MnO2

2.1

Tên hóa chất, nguồn gốc xuất xứ

3.1

Thành phần hóa học của vật liệu δ-MnO2

3.2

Kết quả đánh giá vật liệu xenlulozơ axetat

3.3

Kết quả độ thấm ướt của màng CA-MnO2 5%

65

3.4

Tốc độ chảy qua màng của màng CA-MnO2 5% -

65

.Q

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ

28 52 55

66 66

68

3.8

Kết quả khảo sát nồng độ ban đầu của Cd(II)

69

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ

70

-L

H

Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ Cd(II)

Í-

Ó

A

10 00

9

3.7

ÁN TO ÀN

TP

3.6

3.9

Đ

ẠO Đ

G

N

Tốc độ chảy qua màng của màng CA-MnO2 5% - ES

B

3.5

Cd(II)

IỄ N

5

H Ư

Casting

D

N

Thành phần hoá học của bã mía

U Y

1.1

TR ẦN

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Trang

Tên bảng

bảng

Ơ

Số hiệu

N

DANH MỤC CÁC BẢNG

Pb(II)

3.10

Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ Pb(II)

71

3.11

Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của Pb(II) đến sự hấp phụ

72

3.12

Kết quả khảo sát theo Langmuir của Cd(II)

74

3.13

Các thông số Langmuir dạng tuyến tính

75

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

3.15

Các thông số Langmuir dạng tuyến tính

76

3.16

Kết quả khảo sát theo Freundlich của Cd(II)

77

3.17

Các thông số Freundlich dạng tuyến tính

78

3.18

Kết quả khảo sát theo Freundlich của Pb(II)

3.19

Các thông số Freundlich dạng tuyến tính

3.20

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

Ơ

75

H

Kết quả khảo sát theo Langmuir Pb(II)

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

3.14

N

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

78 79 80

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tên hình

N

H

Trang

Cấu trúc của phân tử xenlulozơ

6

1.2

Cấu trúc không đồng nhất của phân tử xenlulozơ

1.3

Cấu trúc tinh thể của α, β, γ, δ, λ-MnO2

1.4

Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất

1.5

Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc

1.6

Mô phỏng cho hệ thống electrospinning

2.1

Mô hình tán xạ năng lượng tia X

43

2.2

Các đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân

44

ẠO

TP

.Q

U Y

1.1

7

8 17

25

Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu MnO2 nung ở các

50

A

3.1

10 00

loại IUPAC

22

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

hình

Ơ

Số hiệu

N

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Í-

Ảnh SEM của vật liệu δ-MnO2

-L

3.2

H

Ó

nhiệt độ khác

Phổ EDS của vật liệu δ-MnO2

51

3.4

Phổ XPS của MnO2

52

3.5

Phổ FT-IR của bã mía ban đầu và SB xenlulozơ

54

3.6

Phổ IR của xenlulozơ bã mía (a) và CA tổng hợp (b)

56

3.7

Giản đồ XRD của SB xenlulozơ và xenlulozơ axetat

57

(CA-14h)

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

3.3

51

3.8

Phổ phân tích nhiệt DSC-TGA của mẫu CA-14h

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

58

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Phổ IR của CA-MnO2 5%

59

3.10

Ảnh SEM của màng casting CA-MnO2 5%: hình thái bề

60

Ơ

3.9

TP

.Q

5% (b) Giản đồ DTA-TG-DTG của màng CA tinh khiết

3.13

Giản đồ DTA-TG-DTG của màng CA-MnO2 5%

3.14

Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp nitơ của CA-

G

Đ

ẠO

3.12

H Ư

MnO2 5%

3.16

Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cd(II)

68

3.17

Ảnh hưởng của nồng độ đến sự cân bằng hấp phụ

69

3.18

Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II)

70

3.19

Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Pb(II)

10 00

B

TR ẦN

67

3.22

A

Ó

H

Í-

72

Ảnh hưởng của nồng độ đến sự cân bằng hấp phụ Pb(II)

73

Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng

74

-L

TO

ÁN

3.21

Langmuir Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng

76

Langmuir

Đ

ÀN

64

Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II)

3.20

IỄ N

63

3.15

Cd(II)

D

62

N

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

61

U Y

Ảnh SEM màng ES của CA tinh khiết (a) và CA-MnO2

N

H

mặt (a) và mặt cắt (b, c, d) 3.11

N

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3.23

Đồ thị hấp phụ Cd(II) theo mô hình tuyến tính dạng

77

Freundlich

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3.24

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Đồ thị hấp phụ Pb(II) theo mô hình tuyến tính dạng

79

Ơ

81

H

Hiệu suất hấp phụ Pb(II) trên vật liệu màng CA-MnO2

N

3.25

N

Freundlich

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

5% casting ban đầu và sau ba lần giải hấp

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 1

MỞ ĐẦU

Ơ

H

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp là sự tăng

N

1. Lý do chọn đề tài

N

nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải đã làm ảnh hưởng

U Y

nghiêm trọng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái. Vấn đề loại bỏ các kim

.Q

loại nặng từ nước thải và nước thải công nghiệp đã trở thành vấn đề rất quan

TP

trọng để duy trì chất lượng nước.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng

Đ

ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ,

N

G

phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa

H Ư

học…Trong đó phương pháp hấp phụ - sử dụng màng lọc hấp phụ chế tạo từ

TR ẦN

các nguồn phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ trấu, bã đậu,… để tách loại và thu hồi các kim loại nặng từ dung dịch nước đã được một số tác giả trên

B

thế giới và trong nước nghiên cứu.

10 00

Phương pháp sử dụng màng lọc có nhiều ưu việt so với các phương pháp khác là có thể tách loại được đồng thời nhiều kim loại trong dung dịch,

Ó

A

có khả năng tái sử dụng cao.

Í-

H

Ở nước ta, với nguồn phụ phẩm dồi dào của ngành công nghiệp đường

-L

mía sẽ là nguồn nguyên liệu tiềm năng để chế tạo màng hấp phụ ứng dụng để

ÁN

hấp phụ một số kim loại nặng trong môi trường nước thải và ở Việt Nam chưa

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

có công trình nghiên cứu về vấn đề này.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu

tổng hợp vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước”.

2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2 để xử lý kim loại nặng Cd(II) và Pb(II) trong nước.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

N

- Đối tượng nghiên cứu: bã mía, MnO2, dung dịch chứa Cd(II) và Pb(II).

H

Ơ

- Phạm vi nghiên cứu:

N

• Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2.

U Y

• Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cd(II) và Pb(II) của vật liệu tổng hợp

.Q

được trong dung dịch nước.

TP

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ các ion kim loại.

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

4. Phương pháp nghiên cứu

Đ

4.1. Điều tra khảo sát

N

G

- Thu thập, xử lí tài liệu, tư liệu liên quan.

H Ư

- Nghiên cứu các công trình đã công bố, định hướng các bước thực hiện.

TR ẦN

4.2. Phương pháp thực hiện

- Tổng hợp vật liệu MnO2 bằng phương pháp nung.

- Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía.

10 00

B

- Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat.

- Tổng hợp vật liệu màng xenlulozơ axetat - MnO2

A

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cd(II) và Pb(II) của vật liệu tổng hợp được.

H

Ó

4.3 . Phương pháp phân tích, đánh giá

Í-

- Phân tích sản phẩm thu được bằng các phương pháp: nhiễu xạ tia X, hiển vi

-L

điện tử truyền qua, phổ hồng ngoại, phổ tán sắc năng lượng tia X, phương

ÁN

pháp quang điện tử tia X, phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ N2 ở 77K,

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

phương pháp phân tích nhiệt.

- Đánh giá khả năng hấp phụ Cd(II), Pb(II) của sản phẩm thu được bằng phương

pháp von-ampe hòa tan.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả thực nghiệm có độ tin cậy cao, sử dụng các phương pháp đặc trưng vật liệu hiện đại.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 3

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

N

Kết quả tổng hợp vật liệu mang tính thực tiễn cao trong việc xử lý nước

H

Ơ

bị ô nhiễm.

N

6. Cấu trúc luận

U Y

Luận văn bao gồm 3 chương:

.Q

Chương 1: Tổng quan về lý thuyết

TP

Chương 2: Thực nghiệm

ẠO

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Ơ

H

Theo thống kê trên thế giới, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ

N

1.1. Giới thiệu về bã mía

N

trồng mía và sản lượng đạt 1324,6 triệu tấn. Còn ở Việt Nam trong niên vụ

U Y

2016 - 2017, tổng diện tích vùng nguyên liệu các nhà máy có ký hợp đồng

TP

.Q

đầu tư và bao tiêu sản phẩm là 239.100 ha, tăng 1.630 ha so với cùng kỳ, dự kiến sản lượng đạt 13,72 triệu tấn. Theo tính toán của các nhà khoa học, việc

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng phế thải khổng lồ

G

Đ

42,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này được sử dụng để đốt

H Ư

N

lò hơi trong các nhà máy sản xuất đường. Bã mía cũng có thể được dùng làm giấy bột, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm furfural là nguyên

TR ẦN

liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong tương lai khi mà rừng càng ngày càng giảm, nguồn nguyên liệu làm bột giấy từ cây rừng giảm đi thì bã mía là

B

nguyên liệu quan trọng để thay thế [30].

10 00

Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía. Bã

A

mía gồm có sợi sơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu

Ó

là đường. Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía tươi

Í-

H

trung bình chứa 49% là nước, 48,5% là xơ (trong đó 40-50% xenlulozơ),

-L

2,5% chất hòa tan (đường) [7].

ÁN

Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích α-glucozơ nối với

TO

nhau bằng liên kết 1,4-glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ

D

IỄ N

Đ

ÀN

10000 – 150000u.

Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thường bao

gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl.

Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan.

Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ [7].

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 5

Tùy theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hóa

N

học có trong bã mía có thể biến đổi. Hàm lượng phần trăm các thành phần hóa

H

Ơ

học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng 1.1 sau: % khối lượng 40 ÷ 50

Hemixenlulozơ

20 ÷ 25

ẠO

TP

.Q

Xenlulozơ

Lignin

18 ÷ 23

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

U Y

Thành phần

N

Bảng 1.1. Thành phần hoá học của bã mía [7]

5÷3

H Ư

N

G

Chất hòa tan khác (tro, sáp, protein)

1.2. Tính chất và đặc trưng cấu trúc của xenlulozơ

TR ẦN

Xenlulozơ là thành phần cơ bản của vách tế bào thực vật, hàng năm được tạo thành với khối lượng lớn đến mức vượt tất cả các sản phẩm tự nhiên

B

khác. Theo tính toán của một số tác giả khác nhau, sinh khối thực vật của trái

10 00

đất là 2-3.1012 tấn trong đó xenlulozơ chiếm 40%. Do vậy, tổng lượng xenlulozơ của toàn thế giới là 7-8.1011 tấn, còn lượng xenlulozơ tạo thành

Ó

A

hàng năm là 4.1010 tấn [32]. Trong vách tế bào thực vật xenlulozơ tồn tại

Í-

H

trong mối liên kết chặt chẽ với các polysaccarit khác: hemixenlulozơ, pectin,

-L

ligin tạo thành những phức hợp bền vững. Hàm lượng xenlulozơ trong xác

ÁN

thực vật thường thay đổi trong khoảng 50 - 80%, trong giấy là 61%, trong trấu

TO

là 31%, bã mía là 40 - 50% (tính theo trọng lượng khô), trong sợi bông hàm

D

IỄ N

Đ

ÀN

lượng này vượt trên 90%. Xenlulozơ, có công thức: (C6H10O5)n là polyme

mạch thẳng của β-D-glucozơ với liên kết β-(1,4) (gọi là polisaccarit), cấu tạo từ 10.000 - 20.000 gốc glucozơ, nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glicozit.

Kiểu liên kết này đối lập với liên kết α-1,4-glicozit có trong tinh bột, glycogen và các cacbohiđrat khác. Xenlobiozơ là đơn vị cấu trúc lặp lại của xenlulozơ gồm có 2 gốc glucozơ [25].

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

6

G

Hình 1.1. Cấu trúc của phân tửxenlulozơ

H Ư

N

Phân tửxenlulozơ chứa 3 dạng anhyđroglucozơ. Dạng thứ nhất có đầu khử với nhóm bán axetal tự do (hoặc anđehit) ở C-1. Dạng thứ hai có đầu

TR ẦN

không khử với nhóm hyđroxyl tự do ở C-4 và dạng thứ 3 có vòng nối giữa C1 và C-4 [26]. Không giống như các ancol đơn giản, phản ứng thủy phân

10 00

B

xenlulozơ bị kiểm soát nhiều bởi yếu tố không gian hơn so với khả năng phản ứng được dự tính theo tính chất vốn có của các nhóm hyđroxyl trong vòng

A

anhyđroglucozơ.

H

Ó

Các nhóm hyđroxyl của gốc glucozơ ở mạch này tạo liên kết hyđro với

Í-

nguyên tử oxy của mạch khác giữ cho các mạch ở bên cạnh nhau một cách

-L

vững chắc, hình thành nên các vi sợi (microfibril) với độ bền cao. Đặc điểm

ÁN

quan trọng và đặc trưng của xenlulozơ tự nhiên đó là cấu trúc không đồng

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

nhất, gồm hai phần.

Phần xenlulozơ có cấu trúc tinh thể với trật tự cao rất bền vững và phần

có cấu trúc vô định hình không chặt chẽ kém bền vững (hình 1.2).

- Vùng kết tinh có trật tự cao và rất bền vững với các tác động bên ngoài - Vùng vô định hình có cấu trúc không chặt chẽ do đó kém bền vững hơn

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

7

TP

Hình 1.2.Cấu trúc không đồng nhất của phân tử xenlulozơ.

ẠO

Trong tự nhiên, các chuỗi glucan của xenlulozơ có cấu trúc dạng

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

sợi.Mỗi đơn vị sợi nhỏ nhất có đường kính khoảng 3 nm. Các sợi sơ cấp hợp

G

lại thành vi sợi có đường kính 10 - 40 nm, dài 100 - 40000 nm và bao gồm

H Ư

N

đến 40 chuỗi xenlulozơ [29]. Những vi sợi này hợp thành bó sợi to có thể

TR ẦN

quan sát dưới kính hiển vi quang học. Toàn bộ bó sợi có một lớp vỏ hemixenlulozơ và lignin bao bọc bên ngoài làm cho sự xâm nhập của enzym

10 00

của xenlulozơ nói chung.

B

vào cấu trúc bên trong hết sức khó khăn. Điều này làm tăng thêm độ bền vững Xenlulozơ kết tinh là hợp chất bền vững, nếu như nấu ở 60-70 oC, tinh

A

bột đã từ trạng thái kết tinh chuyển sang vô định hình, đối với xenlulozơ nấu

H

Ó

ở 320 oC mới xảy ra chuyển trạng thái như vậy. Xenlulozơ có thể bị phân hủy

Í-

thành glucozơ khi đun nóng với axit hoặc kiềm. Liên kết glicozit không bền

-L

với axit, dưới tác dụng của axit, xenlulozơ tạo thành các sản phẩm thủy phân,

ÁN

có độ bền cơ học kém hơn, xenlulozơ khi bị thủy phân hoàn toàn sẽ thu được

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

sản phẩm cuối cùng là đường hòa tan D-glucozơ [29].

1.3. Xenlulozơ Axetat Xenlulozơ axetat (CA) là một trong những este xenlulozơ quan trọng

nhất do nguồn tái tạo, khả năng phân hủy sinh học, không độc, giá thành thấp và khó cháy [14], [22], [41]. Thị trườngxenlulozơaxetat trên toàn thế giới dự kiến sẽ đạt khoảng 1,05 triệu tấn vào năm 2017 và ước tính giá khoảng 1,80 USD/1b [18], [44].

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 8

Trong công nghiệp, CA được tạo ra bởi phản ứng của xenlulozơ với

Ơ

H

sunfuric là chất xúc tác. Phản ứng được thực hiện trong quá trình hai bước

N

axit axetic và một lượng dư của andehit axetic trong sự có mặt của axit

N

axetyl hóa, tiếp theo là phản ứng thủy phân để tạo ra một CA với mức độ thay

U Y

thế mong muốn (DS), khoảng 2,45-2,5. Dải DS này có độ hòa tan cao (trong

.Q

một số loại hệ thống dung môi) và có đặc tính nóng chảy tốt [21], [40]. CA

TP

được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất sợi, màng lọc, chất

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

dẻo, đầu lọc thuốc lá, hàng dệt, thuốc và dượcphẩm… [18], [28].

Đ

1.4. Giới thiệu về MnO2

N

G

MnO2 là một trong những oxit của mangan được ứng dụng rộng rãi

H Ư

trong thực tiễn. Mangan đioxit là một trong những vật liệu vô cơ có nhiều ứng

TR ẦN

dụng do những đặc tính vật lí và hóa học của nó cũng như: xúc tác, trao đổi ion, hấp phụ phân tử, cảm biến sinh học và dự trữ năng lượng [36].

B

Trong lĩnh vực xử lí môi trường, MnO2vừa có tính chất oxi hóa, vừa có

10 00

tính chất hấp phụ rất tốt. Mangan đioxit có nhiều dạng cấu trúc tinh thể khác

A

nhau như α-MnO2, β-MnO2,γ-MnO2, ε-MnO2, δ-MnO2...(Bảng 1.2). Trong

Ó

đó, mỗi phân tử MnO2 gồm các ô mạng sơ sở là MnO6 liên kết theo các cách

Í-

H

khác nhau. Tùy thuộc vào mỗi phương pháp điều chế mà MnO2thu được có

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

cấu trúc, hình dạng khác nhau.

Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của α, β, γ, δ, λ-MnO2

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 9

Bảng 1.2. Cấu trúc tinh thể của MnO2

H

Ơ

N

Hằng số mạng

N

Kích thước

đường hầm

thể

U Y

Mạng tinh

.Q

Công thức

a(pm) b(pm) c(pm) α0 β0 γ0

[nxm]

Đ

MnO2

Tetragonal

β-MnO2

MnO2

Orthombic 4446

90 90 90

[2x2]

285 90 90 90

[1 x 2]

G

α-MnO2

932

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

Hợp chất

H

Ó

MnO2-xOHx Hexagonal 228.3 278.3 443.7 90 90 90 [1x1]/[1x2]

-L

Í-

γ-MnO2

A

10 00

Ramsdellite MnO2-xOHx Orthombic 446.2 934.2 285.8 90 90 90 [1x1]/[1x2]

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

α-MnO2

Tinh thể của α-MnO2 bao gồm các đường hầm có cấu trúc [2x2] và

[1x1] mở rộng dọc theo trục tinh thể ngắn c-axis của một đơn vị tứ diện.

Những đường hầm này được hình thành từ hai chuỗi bát diện MnO6 có chung cạnhvới nhau. Trái với β-MnO2, ramsdellite và γ-MnO2, cấu trúc đường hầm lớn [2 x 2] của α-MnO2 rất phù hợp cho sự xâm nhập của các ion lạ như K+, Na+, NH4+ hoặc nước [19] .

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 10

β-MnO2

Ơ

H

trong nhóm hợp chất có cấu trúc đường hầm. Các nguyên tử mangan chiếm

N

β-MnO2 hoặc pyrolusite là những tinh thể có cấu trúc đơn giản nhất

U Y

N

một nửa lỗ trống bát diện được tạo thành do 6 nguyên tử oxi xếp chặt khít

.Q

với nhau giống như tinh thể rutile. Những đơn vị khuyết tật MnO6 tạo ra

TP

chuỗi cạnh bát diện mở dọc theo trục tinh thể c-axis. Các chuỗi liên kết

ẠO

ngang với các chuỗi bên cạnh hình thành góc chung. Các lỗ trống này là quá

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

nhỏ để các ion lớn có thể xâm nhập vào, nhưng đủ lớn cho ion H+ và ion Li+.

N

G

β-MnO2 có thể chấp nhận thành phần đúng là MnO2 [19].

H Ư

γ-MnO2

TR ẦN

Trong một thời gian dài các nhà khoa học không khẳng định chắc chắn được cấu trúc của γ-MnO2. DeWolff là người đầu tiên đưa ra cấu trúc hợp lí

B

nhất của γ-MnO2. Theo DeWolff, tinh thể γ-MnO2 là sự kết hợp giữa β-

10 00

MnO2 [1 x 1] và ramsdellitte [1 x 2 ]. Tuỳ vào mức độ đóng góp của hai thành phần này vào cấu trúc mà giản đồ XRD của γ-MnO2 có sự khác nhau.

Ó

A

γ-MnO2 có cấu trúc đường hầm [1 x 1] và [1 x 2], thậm chí trong tinh thể γ-

Í-

H

MnO2 còn tồn tại đường hầm lớn [2 x 2].

-L

Một điều quan trọng là trong cấu trúc của β-MnO2 và ramsdellitte đều

ÁN

có mặt các ion oxi sắp xếp trên mặt phẳng ngang, nhưng với γ-MnO2 thì chỉ

TO

có mặt oxi xếp ở đỉnh hình chóp trong cấu trúc của ramsdellitte. γ-MnO2 có

D

IỄ N

Đ

ÀN

cấu trúc dựa trên cơ sở mạng tà phương của β-MnO2 và ramsdellitte, tuy

nhiên nó có cấu trúc hoàn thiện hơn, không phá huỷ tính tà phương của mạng, tăng khuyết tật và làm giảm tính trật tự trong phạm vi sắp xếp các nguyên tử mangan. Trong trường hợp sự sắp xếp các nguyên tử mangan trở nên kém chặt chẽ, xuất hiện nhiều khuyết tật tại vị trí của mangan, khi đó ta có cấu trúc dạng ε-MnO2 [19].

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 11

δ-MnO2

Ơ

H

hầm, δ-MnO2 (birnessite) là oxit có cấu trúc lớp với khoảng cách giữa các lớp

N

Khác với các dạng α-, β-, γ-, trong đó MnO2 có cấu trúc kiểu đường

N

d = 7Ao. Khoảng cách này tạo cho các ion giữa các lớp di chuyển dễ dàng mà

U Y

không gây ra sự thay đổi cấu trúc. Vật liệu birnessite như vậy, có rất nhiều

.Q

khả năng ứng dụng trong thực tiễn như làm vật liệu điện cực, siêu tụ điện, rây

TP

phân tử hoặc rây ion, vật liệu xúc tác…[4].

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

1.5. Sơ lược về một số kim loại nặng

Đ

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

N

G

Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, khu chế xuất

H Ư

đã dẫn tới sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải.

TR ẦN

Tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm các cơ sở sản xuất công nghiệp đã và đang gây ô nhiễm các nguồn nước do không

B

có công trình hay thiết bị xử lý kim loại nặng. Hơn thế nữa, mức độ ô nhiễm

10 00

kim loại nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn.

H Í-

trường

Ó

A

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

-L

Các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần

ÁN

thiết cho sự phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên, nếu như vượt

TO

quá hàm lượng cho phép, chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới

D

IỄ N

Đ

ÀN

sức khỏe con người.Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và

trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm -SH, -SCH3 của các nhóm enzym trong cơ thể. Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [3].

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 12

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

Ơ

H

Trong thiên nhiên, cadimi là nguyên tố ít phổ biến và thường tồn tại

N

1.5.3.1. Tính chất độc hại của cadimi

N

trong các khoáng vật. Gần một nửa lượng cadimi hàng năm trên thế giới dùng

U Y

để mạ thép, phần còn lại dùng để chế tạo hợp kim, làm pin khô và ắc quy.

.Q

Cadimi thâm nhập vào cơ thể người chủ yếu do ăn uống các nguồn từ thực vật

TP

được trồng trên đất giàu cadimi hoặc nước bị nhiễm cadimi. Khi xâm nhập

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

vào cơ thể, chúng được tích tụ trong xương và thân. Trong cơ thể người,

Đ

cadimi gây nhiễu loạn sự hoạt động của một số enzym nhất định, gây nên hội

N

G

chứng tăng huyết áp và ung thư phổi, làm rối loạn chức năng thận, gây thiếu

H Ư

máu, phá hủy tủy xương [5].

TR ẦN

1.5.3.2. Tính chất độc hại của chì

Chì là kim loại nặng có màu xám, rất mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, có

B

tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Chì thường được sử dụng trong công nghệ sản

10 00

xuất pin, ắc quy, sản xuất đạn và tấm bảo vệ phóng xạ,...Chì và các hợp chất của chì đều độc. Chì xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu là theo con đường

Ó

A

tiêu hóa, hô hấp. Khi bị nhiễm độc chì sẽ gây ra nhiều bệnh như: rối loạn bộ

Í-

H

phận tạo huyết, bệnh về máu, thận, bệnh ung thư,... và tùy theo mức độ nhiễm

-L

độc có thể gây ra những tai biến, nếu nặng có thể gây tử vong. Các hợp chất

ÁN

hữu cơ chứa chì có độc tính gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ [5].

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

1.6. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng [1] Màng lọc là một loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tách một

hỗn hợp đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí).

Một cách khái quát, có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha – pha đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate). Trong quá trình tách, màng có khả năng lưu giữ được một số cấu tử trong hỗn hợp và cho các cấu tử khác đi qua. Quá trình vận chuyển chất qua màng được thực

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 13

hiện một cách tự nhiên hay cưỡng bức nhờ động lực giữa hai phía màng.

N

Động lực của quá trình tách qua màng là chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng

H

Ơ

độ, chênh lệch nhiệt độ hay chênh lệch điện trường.

N

1.6.1. Phân loại màng lọc

U Y

Dựa vào bản chất, người ta chia màng thành hai loại: màng sinh học và

.Q

màng tổng hợp. Đây là cách phân loại rõ ràng nhất vì hai loại màng này khác

TP

nhau hoàn toàn cả về cấu trúc và chức năng.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Một cách phân loại khác là dựa vào cấu trúc màng, đây cũng là một

Đ

cách phân loại quan trọng vì cấu trúc màng quyết định cơ chế tách và phạm vi

N

G

ứng dụng của màng. Trong phạm vi các màng tổng hợp rắn, người ta chia

H Ư

thành hai loại: màng đối xứng và màng bất đối xứng.

TR ẦN

Màng đối xứng là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dưới với hai mặt hoàn toàn như nhau (ví dụ như màng xenlophan, cuprophan). Độ

B

dày của màng đối xứng (xốp hoặc không xốp) nằm trong khoảng từ 10 đến

10 00

200 µm, trở lực chuyển khối được quyết định bởi độ dày của toàn bộ màng, nếu giảm độ dày của màng thì sẽ làm tăng tốc độ thấm qua. Loại màng này

Ó

A

thường được dùng trong các quá trình vi lọc để lọc các tiểu phân nhỏ hoặc

Í-

H

hoặc dùng cho thẩm tách máu.

-L

Một bước đột phá trong các ứng dụng công nghiệp là sự phát triển của

ÁN

màng bất đối xứng. Loại màng này có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ nhất là

TO

lớp hoạt động rất mỏng (cỡ khoảng từ 0.1 đến 0.5 µm), lớp thứ hai là lớp đỡ

D

IỄ N

Đ

ÀN

xốp nằm ở dưới, lớp này dày hơn rất nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 50 đến 150 µm). Kích thước lỗ của lớp hoạt động nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước lỗ của lớp đỡ. Trở lực chuyển khối của màng hoàn toàn do lớp hoạt động quyết định, lớp đỡ có tác dụng làm tăng độ bền cơ học của màng, giữ cho lớp hoạt động khỏi bị rách nhưng không ảnh hưởng tới việc vận chuyển dung môi và các chất qua màng. Do đó, loại màng này có năng suất

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 14

lọc rất cao. Các lớp đỡ thường có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hoặc kiểu tổ ong.

Ơ

H

bền cơ học tốt và được ứng dụng nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc nano, tách

N

Với cấu trúc đặc biệt như vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả tách cao, có độ

N

khí, thẩm thấu ngược,… Tùy theo điều kiện chế tạo màng ta có thể thay đổi

U Y

chiều dày và kích thước lỗ của lớp hoạt động cũng như cấu trúc xốp của lớp

.Q

đỡ. Màng composite là một trường hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, lớp

TP

hoạt động và lớp đỡ xốp của nó được làm từ hai loại vật liệu khác nhau, mỗi

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

quả tách rất cao, có tính năng cơ học và hóa học rất tốt.

ẠO

lớp có thể được chế tạo tối ưu hóa một cách độc lập. Loại màng này có hiệu

N

G

1.6.2. Một số đặc tính của màng

H Ư

• Mật độ lỗ

TR ẦN

Mật độ lỗ là số lỗ trên một đơn vị diện tích bề mặt. Màng công nghiệp thường có từ 108 – 109 lỗ/cm2. Tính chất này cũng phần nào đánh giá được độ xốp và lưu lượng lọc của màng. Các màng có cùng đường kính lỗ xốp thì ngược lại.

A

• Độ thấm ướt

10 00

B

màng nào có mật độ lỗ lớn sẽ có độ xốp cao hơn, lưu lượng lọc lớn hơn và

H

Ó

Độ thấm ướt là một đặc trưng quan trọng của màng. Màng lọc dễ thấm

Í-

ướt bởi dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọc

-L

không thấm ướt bởi dung dịch cần lọc.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

• Độ xốp của màng Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng

trên tổng thể tích của màng. Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật

độ lỗ xốp.

• Trở lực của màng Trở lực của màng là áp suất thuỷ tĩnh để dung dịch có thể chảy được qua màng với lưu lượng riêng nào đó. Màng càng dày, càng ít lỗ thì trở lực càng lớn và ngược lại.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 15

• Chiều dày màng

Ơ

H

tạo. Màng càng dày thì trở lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng

N

Chiều dày màng là một đặc trưng quan trọng và được khống chế khi chế

N

bị giảm nhưng màng sẽ bền hơn, ngược lại nếu màng mỏng thì sẽ không bền.

TP

.Q

dày của màng chế tạo thường dao động 10% so với giá trị xác định.

U Y

Thông thường màng polyme được chế tạo với chiều dày từ 300-500 µm, chiều • Độ nén ép

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Đối với các quá trình lọc đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có

G

Đ

sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc. Trong quá trình lọc, do sự

N

chênh lệch áp suất, màng bị nén lại làm cho độ xốp của màng bị giảm đi, trở

H Ư

lực của màng tăng lên. Tuỳ thuộc vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm

TR ẦN

việc mà màng bị nén ít hay nhiều, khi đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so với khi chưa bị nén trong cùng điều kiện lọc.

B

1.6.3. Các quá trình màng dùng động lực áp suất

10 00

Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thường, vi lọc, siêu lọc, lọc nano, thẩm thấu ngược. Việc phân chia thành các quá trình màng

Ó

A

dựa theo kích thước lỗ màng và cũng chỉ mang tính tương đối. Ngoài ra còn

Í-

H

một số quá trình khác như điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng.

-L

• Vi lọc (Microfiltration)

ÁN

Màng vi lọc có kích thước lỗ từ 0.1 đến 10µm, có khả năng giữ được

TO

những tiểu phân có kích thước tương đối lớn và các loại vi khuẩn. Loại màng

D

IỄ N

Đ

ÀN

này có độ cản thuỷ lực thấp. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế sàng

lọc. Vật liệu tạo màng có thể là vô cơ (gốm, thủy tinh, kim loại) hoặc hữu cơ (polyme).

• Siêu lọc (Ultrafitration) Để tách các tiểu phân có kích thước tương đối nhỏ và các phân tử có kích thước trung bình, người ta phải dùng màng siêu lọc. Màng này có cấu

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 16

trúc bất đối xứng, vật liệu tạo màng thường là polyme hoặc gốm. Kích thước

Ơ

H

lớn hơn so với màng vi lọc. Quá trình tách qua màng cũng xảy ra theo cơ chế

N

lỗ của lớp hoạt động khoảng từ 0.001 đến 0.1µm. Độ cản thủy lực của màng

N

sàng lọc (rây phân tử). Khả năng tách của màng được đặc trưng bởi hệ số cắt

U Y

phân tử (MWCO) hay còn gọi là giới hạn tách phân tử.

TP

.Q

• Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)

Màng thẩm thấu ngược có kích thước lỗ vô cùng nhỏ, khoảng một vài nm.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Loại màng này có thể tách được các ion trong dung dịch và cho dung môi đi

G

Đ

qua. Độ cản thủy lực của màng này rất lớn, theo đó áp suất làm việc cũng rất

N

lớn, có thể lên đến 80 bar. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế hoà tan

H Ư

khuếch tán và hấp phụ mao quản.

TR ẦN

• Lọc nano (Nanofiltration)

Màng lọc nano có cấu trúc bất đối xứng và thường dùng để tách các

B

tiểu phân có kích thước nhỏ (đường, amino axit, thuốc trừ sâu, chất diệt

10 00

cỏ,…) theo cơ chế thấm khuếch tán và sàng lọc. Độ cản thủy lực của quá trình này cao hơn so với quá trình siêu lọc.

Ó

A

Màng thẩm thấu ngược và lọc nano dùng cho dung môi nước khá giống

Í-

H

nhau về cấu trúc và phương pháp chế tạo. Tuy nhiên, màng lọc nano có kích

-L

thước lỗ lớn hơn một chút so với màng thẩm thấu ngược và quá trình chuyển

ÁN

khối qua màng lọc nano là phức tạp hơn vì quá trình tách xảy ra không chỉ do

TO

cơ chế thấm khuếch tán mà còn có cả cơ chế sàng lọc. Màng thẩm thấu ngược

D

IỄ N

Đ

ÀN

và lọc nano cần có tính chất ưa nước, bền về mặt hoá học (đặc biệt là với các tác nhân làm sạch và khử trùng chứa clo – nước gia ven), chống được vi khuẩn, và có độ bền cơ học tốt. Màng bất đối xứng làm từ vật liệu cellulose acetate dùng cho thẩm thấu ngược và lọc nano hiện nay vẫn khá thông dụng.

Tuy nhiên, các loại màng composite (TFC) cũng đang có ưu thế trên thị trường, ví dụ như màng composite với lớp đỡ là polysulfone hay

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 17

polyethersulfone và lớp bề mặt polyamide. So với màng composite, màng làm

Ơ

H

khả năng chịu dung môi kém hơn và khoảng pH làm việc thích hợp hẹp hơn.

N

từ dẫn xuất cellulose có khả năng chịu được môi trường clo tốt hơn, nhưng

N

Giới hạn tách của các loại màng dùng động lực áp suất có thể được biểu diễn

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

như Hình 1.4.

1.6.4. Cơ chế tách qua màng

TR ẦN

Hình 1.4. Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất

10 00

B

Quá trình vận chuyển chất qua màng là một quá trình phức tạp. Qua nghiên cứu các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết khác nhau để giải

A

thích cơ chế của quá trình tách qua màng như:

H

Ó

• Thuyết sàng lọc

Í-

Thuyết này cho rằng màng gồm nhiều mao quản có kích thước lỗ xác

-L

định. Cấu tử nào có kích thước bé hơn kích thước mao quản thì sẽ vận chuyển

ÁN

qua màng, còn cấu tử có kích thước lớn hơn thì bị giữ lại. Thuyết này chỉ phù

TO

hợp trong việc giải thích cho các quá trình siêu lọc và vi lọc (chất tan có kích

D

IỄ N

Đ

ÀN

thước lớn). Trong trường hợp phân tử chất tan và phân tử dung môi có kích

thước tương đương nhau thì thuyết này không giải thích được.

• Thuyết hòa tan khuếch tán Thuyết này cho rằng dưới động lực áp suất cao, dung môi và chất tan đều khuếch tán qua màng. Các phân tử sau khi thẩm thấu vào màng sẽ khuếch tán, nhưng dòng khuếch tán chất tan và dòng khuếch tán dung môi khác nhau

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 18

về tốc độ, tốc độ này tỉ lệ với hệ số khuếch tán của chúng trong màng. Hệ số

Ơ

H

càng hiệu quả. Thuyết này cho thấy ảnh hưởng của vật liệu tạo màng đến hiệu

N

khuếch tán của dung môi càng lớn và của chất tan càng nhỏ thì quá trình tách

N

quả tách.

U Y

• Thuyết mô hình mao quản

TP

.Q

Thuyết này cho rằng màng bán thấm được cấu tạo từ nhiều mao quản, trên bề mặt màng bán thấm và trong ống mao quản hình thành một lớp nước

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

liên kết hấp phụ. Do tác dụng của các lực hoá lý, lớp nước hấp phụ này đã

G

Đ

mất đi một phần hay toàn bộ khả năng hoà tan chất tan, vì thế nó không cho

N

chất tan đi qua các ống mao quản. Nếu các ống mao quản có đường kính đủ

H Ư

nhỏ hơn hai lần chiều dày lớp nước liên kết hấp phụ thì màng chỉ cho nước ảnh hưởng tới quá trình tách.

TR ẦN

tinh khiết đi qua. Thuyết này giải thích được khá đầy đủ cơ chế và các yếu tố

B

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

10 00

* Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling) Sự phân cực nồng độ là hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt

Ó

A

màng do dung môi vận chuyển được qua màng còn chất tan bị giữ lại. Hiện

Í-

H

tượng này làm cho lưu lượng của màng giảm xuống trong quá trình tách. Khi

-L

sự phân cực nồng độ lớn thì chất tan sẽ bám trên bề mặt màng khiến cho bề

ÁN

mặt làm việc của màng giảm xuống, đồng thời làm tăng vọt áp suất thẩm

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

thấu, do đó hiệu quả làm việc của màng giảm.

Có nhiều cách làm giảm sự phân cực trên màng bán thấm. Đối với

nhiều thiết bị lớn, để làm mất đi sự phân cực nồng độ trên màng bán thấm người ta thường cho dung dịch trên màng vận chuyển với tốc độ lớn và tạo dòng xoáy. Còn đối với thiết bị phòng thí nghiệm người ta thường tạo ra dao động rung hoặc khuấy đảo để làm mất đi sự phân cực nồng độ trên màng.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 19

Trong quá trình tách qua màng, có thể xảy ra hiện tượng chất tan bị hấp

Ơ

H

màng giảm xuống theo thời gian, thậm chí màng có thể bị tắc nghẽn. Các yếu

N

phụ trên bề mặt và trong các lỗ xốp của màng, làm cho năng suất lọc của

N

tố ảnh hưởng tới mức độ tắc nghẽn màng bao gồm nồng độ chất cần tách, pH,

U Y

ái lực giữa chất cần tách và vật liệu màng …

.Q

* Ảnh hưởng của áp suất làm việc

TP

Áp suất làm việc ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình tách bằng màng

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

thẩm thấu ngược. Khi áp suất tăng, lúc đầu lưu lượng lọc và độ lưu giữ đều

Đ

tăng nhưng khi đạt đến một áp suất nào đó thì độ lưu giữ R hầu như không

N

G

thay đổi, trong khi lưu lượng lọc vẫn tăng theo áp suất. Tuy nhiên, chỉ nên

H Ư

tăng áp suất tách tới một giá trị giới hạn xác định, để bảo vệ màng và an toàn

TR ẦN

cho thiết bị.

Sourirajan đã đưa ra công thức liên hệ giữa độ lưu giữ R, năng suất lọc J và áp suất như sau:

B

10 00

R=

α1 × P α2 × P +1

P = Áp suất làm việc, α1, α2, β1, β2 = Các hệ số thực nghiệm

A

Trong đó:

J = β1 + β 2 × lg P

Ó

* Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tách

Í-

H

Trong dung dịch chất tan được solvat hóa (hay còn gọi là hydrat hoá, khi

-L

dung môi là nước). Các ion chất tan được bao bọc bởi hai lớp vỏ hydrat hóa

ÁN

gần và hydrat hóa xa. Hydrat hóa gần là sự tương tác giữa chất tan với các

TO

phân tử nước ở gần nó, liên kết này khá bền nên các phân tử nước không

D

IỄ N

Đ

ÀN

chuyển động tự do mà gắn liền với ion chất tan. Do tương tác tĩnh điện nên các phân tử nước ở lớp hyđrat thứ nhất có thể liên kết với các phân tử nước ở ngoài để thành lớp vỏ hydrat thứ hai, hiện tượng này gọi là hydrat hoá xa, tương tác này yếu hơn nên các phân tử nước ở lớp vỏ thứ hai không mất đi khả năng chuyển động tự do và tương đối linh động. Ở vùng nồng độ loãng, các ion chất tan bị bao bọc bởi hai lớp vỏ hydrat, đồng thời trong dung dịch

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 20

vẫn tồn tại các phân tử nước ở trạng thái tự do. Nếu tăng nồng độ chất tan tới

Ơ

H

thái tự do nữa mà chỉ đủ để tạo thành hai hoặc một lớp vỏ hydrat. Lúc này độ

N

một giới hạn nào đó thì trong dung dịch không còn các phân tử nước ở trạng

N

lưu giữ và lưu lượng qua màng giảm xuống rõ rệt. Do hiện tượng hydrat hoá

U Y

nên các ion chất tan bị giữ lại trên màng trong khi nước hoặc dung môi có thể

TP

.Q

vận chuyển qua màng một cách dễ dàng. * Bản chất của vật liệu màng

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Bản chất của vật liệu làm màng là một đặc tính quan trọng, vật liệu làm

Đ

màng có tính thấm cao đối với dung môi cần lọc thì năng suất lọc sẽ cao và

N

G

ngược lại.

H Ư

* Độ nhớt dung dịch

TR ẦN

Năng suất lọc tỷ lệ nghịch với độ nhớt của chất lỏng cần lọc. Độ nhớt của dung dịch càng cao thì năng suất lọc càng nhỏ. Độ nhớt cao làm giảm khả

B

năng chảy qua màng của chất lỏng.

10 00

* Các yếu tố ảnh hưởng khác

Các loại vi khuẩn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến màng vì một số vi

Ó

A

khuẩn có thể ăn các polyme, làm giảm chất lượng và thời gian làm việc của

Í-

H

màng. Độ pH của dung dịch có ảnh hưởng đến tuổi thọ của màng. Tuỳ từng

-L

loại màng mà điều chỉnh pH làm việc thích hợp. Nhiệt độ dung dịch tách cũng

ÁN

ảnh hưởng tới tính năng tách của màng. Khi tăng nhiệt độ dung dịch tách,

TO

năng suất lọc của màng tăng nhưng độ lưu giữ có thể giảm nhẹ.

D

IỄ N

Đ

ÀN

1.6.6. Một số ứng dụng màng lọc trong sản xuất nước sạch và xử lý nước ô nhiễm Cho tới nay màng lọc được sử dụng rất phổ biến ở các nước phát triển

và được dùng trong các lĩnh vực như: khử muối, làm trong và khử trùng nước, sản xuất nước siêu sạch, xử lý nước thải công nghiệp, xử lý tuần hoàn nước thải đô thị, các bể sinh học …

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 21

Ơ

H

Trong nước tự nhiên thường hoà tan một lượng nhất định các muối như

N

• Khử muối

N

NaCl, KCl, CaSO4, MgCl2, Mg(NO3)2... Hàm lượng các muối này nếu vượt

U Y

quá giới hạn nào đó sẽ không có lợi cho sức khoẻ, gây ăn mòn bê tông cốt

TP

.Q

thép, gây đóng cặn thành và đáy nồi … Do đó trước khi sử dụng cần phải xử lý để loại bỏ đến giới hạn cho phép. Có nhiều phương pháp được ứng dụng

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

trong công nghiệp, trong đó phương pháp màng lọc có nhiều ưu thế và ngày

G

Đ

càng cạnh tranh với các phương pháp khác do những ưu điểm đặc biệt của

H Ư

• Làm trong và khử trùng nước

N

phương pháp này.

TR ẦN

Việc sản xuất nước uống cũng như phần lớn các loại nước sản xuất trong công nghiệp từ nước tự nhiên luôn coi trọng việc loại bỏ huyền phù dù

B

có nguồn gốc hay bản chất như thế nào. Các màng vi lọc (MF) hay siêu lọc

10 00

(UF) có giới hạn tách tốt, có thể sử dụng cho công đoạn lọc trong. Các màng

A

lọc này tạo ra một lớp chắn đối với vi khuẩn, thậm chí cả virut.

Ó

• Sản xuất nước siêu sạch

Í-

H

Nước siêu sạch hết sức cần thiết cho nhiều lĩnh vực công nghiệp như

-L

sản xuất vật liệu bán dẫn, nước cấp cho nồi hơi và trong sản xuất thuốc tiêm

ÁN

dịch truyền. Trong công nghiệp điện tử, do việc chế tạo các linh kiện bán dẫn

TO

đòi hỏi phải có nguồn nước rất tinh khiết, do đó sơ đồ xử lý nước cho công

D

IỄ N

Đ

ÀN

nghiệp điện tử đòi hỏi rất phức tạp và thường kết hợp với các xử lý khác như:

xử lý ô nhiễm vô cơ hoà tan, xử lý ô nhiễm hữu cơ và các vi khuẩn. Ô nhiễm vô cơ hoà tan được loại bỏ bằng hai phương pháp chính là: thẩm thấu ngược và trao đổi ion. Ô nhiễm hữu cơ và vi khuẩn được xử lý bằng các biện pháp là: khử trùng, ôxi hoá, diệt các vi khuẩn, oxy hoá ít nhiều hay toàn bộ chất hữu cơ, dùng màng lọc để loại bỏ ô nhiễm đặc biệt và hữu cơ.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 22

- Màng vi lọc được dùng chủ yếu làm tiền lọc (lọc sơ bộ) cho quá trình

N

thẩm thấu ngược khi xử lý nước, hậu lọc ở phía sau cột nhựa trao đổi

H

Ơ

ion để giữ lại các hạt nhựa nhỏ, hoặc để giữ lại các vi khuẩn.

N

- Màng siêu lọc được dùng trong các chu trình sản xuất ở khâu xử lý kết

U Y

thúc để giữ lại các virut, phân tử lớn và các hạt. Nó được sử dụng nhiều

.Q

nhất là khi súc rửa nóng ở nhiệt độ 60 - 80oC.

TP

- Thẩm thấu ngược được dùng cho hệ thống nước cấp để giảm nhẹ khâu

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

loại muối khoáng, mặt khác có thể loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm hữu

Đ

cơ khác.

N

G

Trong công nghiệp dược phẩm, yêu cầu về lượng nước thấp hơn nhưng

H Ư

về chất lượng thì cũng tương tự như trong công nghiệp điện tử. Do vậy, đã có

TR ẦN

nhiều kỹ thuật xử lý khác nhau trong đó kỹ thuật màng cũng được nghiên cứu để triển khai ứng dụng.

10 00

B

Sơ đồ một hệ thống sản xuất nước siêu sạch được đưa ra ở hình 1.8.

H

RO

Trao đổi ion

ÁN

-L

Í-

Than hoạt tính

Ó

A

MF, UF

Nước siêu sạch

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

Nước sạch

UV

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

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 23

• Xử lý nước

H

Ơ

nước, xét về khía cạnh kinh tế ngày nay kỹ thuật này được ứng dụng ngày

N

Màng lọc có khả năng giải quyết một cách hiệu quả các vấn đề về xử lý

N

càng nhiều trong xử lý công nghiệp nhằm:

U Y

- Thu hồi nước có chất lượng cao để dùng lại.

TP

.Q

- Làm tăng giá trị chất cô đặc. Trong trường hợp này, thu hồi chất thải đồng thời loại bỏ ô nhiễm và làm tăng giá trị chất cô đặc.

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

- Xử lý các chất thải khó và ít có khả năng phân huỷ sinh học hay gây

N

- Cô đặc huyền phù từ 30 ppm đến 300 ppm

G

Đ

độc...

H Ư

- Làm trong các dung dịch chứa các tạp chất dưới dạng huyền phù, dầu

TR ẦN

và mỡ.

Trên thị trường hiện có nhiều loại thiết bị lọc màng được bán kèm với

B

các bộ lọc khác nhau, nhiều nhất là các thiết bị lọc dùng cho các hộ gia đình

10 00

và cơ quan để lọc làm sạch nước dùng cho sinh hoạt và ăn uống.

Các bộ lọc đi kèm hệ thống thiết bị gồm các lõi lọc thô và lọc tinh, lọc

Ó

A

tiệt trùng, lọc tạo khoáng …. Một hệ lọc thường gồm ít nhất 3 lõi lọc và nhiều

Í-

H

nhất là 7 lõi. Bộ phận quan trọng nhất quyết định chất lượng nước sản phẩm

-L

là lõi lọc RO/NF. Thông thường, sau một thời gian sử dụng thì phải thay thế

ÁN

các lõi lọc để đảm bảo chất lượng của nước sử dụng. Các lõi lọc RO hiện có

TO

trên thị trường do nước ngoài sản xuất gồm Filmtech (Mỹ), Vontron (Trung

D

IỄ N

Đ

ÀN

quốc), Nasa (Nhật), Hansan (Hàn Quốc) …

Màng lọc RO viết tắt từ hai chữ REVERSE OSMOSIS (thẩm thấu

ngược). Màng lọc RO được sản xuất từ chất liệu Polyamide (PA) hoặc Cellulose Acetate (CA) với kích thước lỗ màng từ 0.001-0.0001µm. Công nghệ lọc RO được phát minh và nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển hoàn thiện vào thập niên 80 sau đó. Đầu tiên màng RO được

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 24

nghiên cứu và ứng dụng chủ yếu cho lĩnh vực hàng hải và vũ trụ của Mỹ. Sau

Ơ

H

như sản xuất nước uống, cung cấp nước tinh khiết cho sản xuất thực phẩm,

N

này công nghệ RO được ứng dụng rộng rãi vào trong đời sống và sản xuất,

N

dược phẩm hay phòng thí nghiệm...

U Y

Nguyên lý làm việc của quá trình thẩm thấu ngược có thể tóm tắt như

.Q

sau: Khi đặt màng bán thấm vào giữa dung môi và dung dịch, một cách tự

TP

nhiên dung môi sẽ vận chuyển qua màng sang phía dung dịch cho tới khi

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

chênh lệch áp suất thủy tĩnh ngăn không cho dung môi tiếp tục đi sang phía

Đ

dung dịch. Hiện tượng này gọi là hiện tượng thẩm thấu và chênh lệch áp suất

N

G

thủy tĩnh chính bằng áp suất thẩm thấu. Nếu ta đặt lên phía dung dịch một áp

H Ư

suất lớn hơn áp suất thẩm thấu thì sẽ xảy ra hiện tượng ngược lại, dung môi sẽ ngược

B

1.6.7. Một số kĩ thuật tạo màng

TR ẦN

đi từ phía dung dịch sang phía dung môi, hiện tượng này gọi là thẩm thấu

10 00

1.6.7.1. Kỹ thuật tạo màng electrospinning Electrospinning (ES) là một kỹ thuật kéo sợi từ polyme dung dịch hoặc

Ó

A

polyme nóng chảy bằng cách sử dụng lực tĩnh điện (điện trường). Sợi

Í-

H

electrospun có đường kính rất nhỏ (từ nanomet đến micromet) so với quá

-L

trình kéo sợi bằng lực cơ học thông thường (kéo sợi nóng chảy, kéo sợi dung

ÁN

dịch).Sợi nano ES sẽ cho kết quả hệ thống với diện tích bề mặt so với tỷ lệ

TO

khối lượng là cao, trọng lượng thấp, mật độ các lỗ hổng cao và độ thấm với sự

D

IỄ N

Đ

ÀN

kiểm soát cao, đường kính sợi nhỏ [19].

Nguyên lý tạo sợi ES: Khi đặt một điện áp cao vào giữa đầu phun và

bảng thu sợi (được nối đất) sẽ làm xuất hiện một điện trường lớn. Dòng điện I tạo ra rất nhỏ, làm đầu phun bị nhiễm điện. Do đó dung dịch polyme khi đi qua đầu phun này cũng sẽ bị nhiễm điện và các hạt mang điện được gia tốc bởi điện trường, phun ra dung dịch polyme chuyển động theo chiều của điện

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 25

t đập vào trường tạo thành ở trên. Kết quả là dung dịch polyme đượcc tăng tốc

N

một sợi mỏng với bán kính từ ừ micromet đến bản thu sợi và hình thành m

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

nanomet.

ẠO H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Khối cấp cao áp

TR ẦN

Kim phun kim loại

B

Khối thu xoay

A

10 00

Bộ điều tốc

Sợi tích điện

Ó

Hình 1.6. Mô phỏng cho hệ thống electrospinning

Í-

H

s chú ý như một kỹ thuật đa năng, ng, áp dụng dụ cho nhiều ES thu hút nhiều sự

-L

cơ kết quả là dẫn đến sự phân chia vềề kích thước của lĩnh vực hữu cơ và vô cơ,

ÁN

lo kích thước của vật liệu có một ột ứng dụng riêng vật liệu nano [35]. Mỗi loại

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

trong các lĩnh vựcc khác nhau.

ưng ccơ chế của nó Mặc dù thiết lập hệ quay điện cũng khá đơn giản nhưng

lại khá phức tạp vì có sự liên quan đến các thuyết: thuyết Taylor, thuyết bất định, thuyết phun điện cưỡng bức và nhiều hơn nữa. Những thuyết này không những cung cấp những kiến thức tốt về cơ chế cho quá trình ES mà còn giúp cho quá trình thiết lập những kỹ thuật mới của các nhà khoa học, giúp kiểm soát chặt chẽ hơn về quá trình tạo cấu trúc nano quay điện.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 26

1.6.7.2. Kỹ thuật tạo màng casting

Ơ

H

trong nhiều quá trình và ứng dụng khác nhau như tách khí, xử lý nước, công

N

Casting là phương pháp tạo màng polyme nổi tiếng, được sử dụng

N

nghệ hóa sinh và dược phẩm… Việc tạo màng bất đối xứng có thể được thực

U Y

hiện bởi một số kĩ thuật trong đó kĩ thuật phân tách pha không dung môi

.Q

(NIPS) là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp [12], [39].

TP

Trong phương pháp NIPS, đầu tiên dung dịch polyme đồng nhất bao

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

gồm polyme và dung môi tương ứng được đúc trên một tấm film phẳng trong

Đ

môi trường không khí trên đế đỡ thích hợp trong thời gian ngắn rồi sau đó

N

G

ngâm vào môi trường đông tụ để đuổi hết dung môi từ dung dịch đúc màng.

H Ư

Màng hình thành có cấu trúc bất đối xứng bao gồm một lớp mỏng ở trên và

TR ẦN

một lớp xốp ở dưới. Cần chú ý rằng nếu dung dịch đúc màng hấp thụ hơi nước thì sự chuyển pha có thể đã xảy ra tại thời điểm đó, chính hơi nước này

B

đã gây ra sự tách pha và trường hợp này được gọi là kỹ thuật phân tách pha

10 00

bằng hơi (VIPS) [23], [34]. Phương pháp tạo màng casting tạo ra được nhiều hình thái màng và được ứng dụng nhiều trong xử lý nước nên được sử dụng

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

rất phổ biến hiện nay.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 27

CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM

N

2.1. Tổng hợp vật liệu

H

Ơ

2.1.1. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ

U Y

N

2.1.1.1. Thiết bị

.Q

Máy khuấy từ.

TP

Máy khuấy từ gia nhiệt.

ẠO

Cân phân tích điện tử.

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Hệ thống lọc kết nối máy hút chân không.

G

Bể điều nhiệt.

H Ư

N

Tủ sấy.

Tủ nung.

TR ẦN

Máy ly tâm.

Hệ thống phun màng electrospinning.

10 00

B

Máy đo cực phổ CPAiocHH5B. Nhớt kế Ostwald.

A

2.1.1.2. Dụngcụ

H

Ó

Dụng cụ thủy tinh các loại.

-L

Í-

Que khuấy từ.

Cối mã não.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Phễu sứ.

Micro pipet.

Bơm kim tiêm.

Tấm kính phẳng.

Thanh sắt cán màng.

Nhiệt kế.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 28

2.1.1.3. Hóa chất

NaClO2 KMnO4 CH3COOH H2SO4

11 12

CH3CHO C2H6OS

Merck Merck

13

Mn(CH3COO)2

Merck

.Q

TP ẠO Đ G N

H Ư

TR ẦN

Merck

C2H5OH

Merck

Dung dịch Cd(NO3)2 tiêu chuẩn 1000 ppm

Merck

A

H

Ó

16

Dung dịch Pb(NO3)2 tiêu chuẩn 1000 ppm

Merck

Dung dịch Bi(NO3)3 tiêu chuẩn 1000 ppm

Merck

Í-

-L

Trung quốc Trung quốc Merck Merck

HCl

15

ÁN

18

Trung quốc Trung quốc

B

14

N

7 8 9 10

Ơ

CH3COCH3 Na2CO3

H

5 6

17

Nguồn gốc Trung quốc Trung quốc Trung quốc Trung quốc

N

Hóa chất NaOH KOH H2O2 C10H16N2O8

U Y

STT 1 2 3 4

10 00

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Bảng 2.1. Tên hóa chất, nguồn gốc xuất xứ

TO

2.1.2. Tổng hợp xenlulozơ từ bã mía

D

IỄ N

Đ

ÀN

2.1.2.1. Xử lý với axit Bã mía sau khi được nghiền thành bột mịn, được tiến hành xử lý với

axit sunfuric H2SO4 (10%) trong các cốc thủy tinh 1 lít với tỉ lệ rắn/lỏng là 1/15 (g/ml), khuấy đều trong 1 giờ ở 90 oC. Hỗn hợp sau đó được lọc rửa bằng máy hút chân không. Chất rắn tách ra được rửa với dung dịch Na2CO3 2% và nước cất đến pH trung tính, để khô qua đêm ở nhiệt độ phòng.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 29

2.1.2.2. Xử lý với bazơ

Ơ

H

trong cốc nhựa 1 lít, tỉ lệ rắn/lỏng là 1/15 (g/ml) trên máy khuấy từ gia nhiệt

N

Bã mía sau xử lý với axit được xử lý tiếp với dung dịch NaOH 5%

N

trong 2 giờ ở 100 oC. Chất rắn sau xử lý được lọc rửa qua nước qua bằng máy

U Y

hút chân không đến pH trung tính sau đó sấy khô để dùng cho các thí nghiệm

TP

.Q

tiếp theo.

2.1.2.3. Tạo phức

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Quá trình tạo phức được tiến hành với dung dịch EDTA 0,5% trên máy

G

Đ

khuấy từ gia nhiệt 30 phút ở 70 oC , trong cốc nhựa 1 lít với tỉ lệ rắn/lỏng là

H Ư

N

1/15 (g/ml). Sau khi phản ứng kết thúc, lọc rửa với nước cất 70 oC bằng máy hút chân không, sau đó sấy khô để dùng cho các thí nghiệm tiếp theo.

TR ẦN

2.1.2.4. Tẩy trắng

Bước tẩy trắng được tiến hành với dung dịch H2O2 5% trong cốc nhựa

B

polypropylen trong 2 giờ ở 70 oC, tỉ lệ rắn/lỏng là 1/10 (g/ml). Chất rắn sau

10 00

khi xử lý được lọc rửa với nước cất ở 70 oC bằng máy hút chân không, sau đó

A

sấy khô để dùng cho các thí nghiệm tiếp theo.

H

Ó

2.1.3. Tổng hợp CA từ xenlulozơ bã mía

Í-

CA được tổng hợp theo các bước sau: hỗn hợp gồm 2 gam xenlulozơ

-L

chiết từ bã mía và 40 mL axit axetic đặc được khuấy 30 phút ở nhiệt độ 30 oC

ÁN

trên máy khuấy từ. Rồi sau đó, thêm hỗn hợp gồm 18 mL axit axetic đặc và

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

0,16 mL H2SO4 đặc vào và khuấy trong 45 phút.

Tiếp theo, hỗn hợp phản ứng được cho thêm 28 mL andehit axetic với

0,14 mL H2SO4 đặc. Hỗn hợp được gia nhiệt lên 35 oC, khuấy trong 1 giờ rồi để yên trong 14 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, hỗn hợp được cho nước vào để dừng phản ứng và kết tủa CA. Lọc rửa kết tủa đến hết mùi axit axetic và đến pH = 7, đem sấy khô kết tủa trong tủ sấy ở nhiệt độ 60 oC qua đêm.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 30

2.1.4. Điều chế MnO2

Ơ

H

mịn trong cối mã não. Sau đó nung ở nhiệt độ 450 oC, 500 oC và 550 oC với

N

Trộn hai tiền chất KMnO4 và Mn(CH3COO)2 theo tỉ lệ mol 2:3, nghiền

N

thời gian nung là 3h. Mẫu sau khi nung được đánh siêu âm 30 phút, rửa sạch

U Y

với nước cất và sấy khô.

.Q

2.1.5. Điều chế vật liệu màng xenlulozơ axetat-MnO2

TP

2 gam CA được hòa tan trong 10 mL hệ dung DMSO/Axeton theo tỉ lệ

ẠO

1:2 tạo thành dung dịch đồng nhất. Sau đó 5% nano MnO2 (tính theo khối

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

lượng CA) được cho vào dung dịch trên, hỗn hợp tiếp tục được khuấy và siêu

TR ẦN

2.1.5.1 Theo phương pháp casting

H Ư

dùng để tạo màng theo hai phương pháp.

N

G

âm trong 2 giờ để phân tán đều MnO2 trong dung dịch. Dung dịch này được

Dung dịch được chuẩn bị ở trên được cho lên tấm kính phẳng, dùng thanh cán có rãnh khuôn màng 250 µm cán ngang qua hỗn hợp với tốc độ 1

10 00

B

mm/s. Sau đó chuyển tấm kính này vào bể nước tinh khiết ở 25 oC để kết tụ màng. Màng trước khi dùng được bảo quản trong nước đề ion.

A

2.1.5.2. Theo phương pháp electrospinning

H

Ó

Cho 5 mL hỗn hợp dung dịch chuẩn bị ở trên vào xilanh, gắn mũi kim

Í-

23G vào xilanh. Lắp xilanh vào hệ electrospinning, khoảng cách từ đầu kim

-L

tới tấm thu là 15 cm, điện áp 15 kV với tốc độ đẩy cố định 2mL/h. Màng thu

ÁN

được sấy ở 50oC.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

2.1.6. Xác định hàm lượng Klason lignin và hemixenlulozơ

2.1.6.1. Xác định hàm lượng Klason lignin Hàm lượng Klason lignin trong mẫu bã mía ban đầu và trong các mẫu

sau xử lý axit, bazơ, H2O2 được xác định theo phương pháp sau: 2 gam mẫu cần xác định hàm lượng Klason lignin được chuyển vào bình cầu lưu. Cho từ từ 15 ml H2SO4 72 % vào và khuấy 2 giờ trong một bể nước ở nhiệt độ phòng.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 31

Thêm tiếp 560 ml nước cất vào hệ thống và gia nhiệt cho đến khi dung dịch

Ơ

N

105 oC và sau khi khô được cân lại để định lượng hàm lượng Klason lignin.

H

lọc rửa bằng 500 ml nước nóng. Mẫu cặn sau khi rửa sạch được sấy 12 giờ ở

N

trong bình cầu sôi. Sau đó hệ thống được để nguội và cặn không hòa tan được

U Y

2.1.6.2. Xác định hàm lượng hemixenlulozơ

.Q

Hàm lượng hemixenlulozơ trong mẫu bã mía ban đầu và trong các mẫu

TP

xenlulozơ sau xử lý axit, bazơ, H2O2 được xác định theo phương pháp sau:

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Cho 5 gam bã mía vào cốc 250 ml chứa 0,75 gam NaClO2, thêm hỗn hợp 0,5

Đ

ml CH3COOH đặc và 100 ml nước khuấy cho đến khi clorit tan hoàn toàn.

N

G

Sau đó đậy mặt kính thủy tinh lên miệng cốc và đặt vào trong bể ổn nhiệt ở 75 o

H Ư

C khuấy nhẹ trong 1 giờ.

TR ẦN

Sau mỗi giờ thêm cùng lượng thuốc thử vào cốc trong thêm 2 giờ nữa, tổng thời gian khuấy là 3 giờ. Hệ được làm mát đến 10 oC bằng nước đá và

B

sau đó lọc rửa chất rắn 6 lần với nước đá và sấy khô ở 105 oC trong 6 giờ.

10 00

Cho 3g chất rắn sau khi được sấy khô vào bình nón 250 ml và trộn với 100 ml dung dịch KOH 5%.Sau đó, hệ được đưa vào bể ổn nhiệt ở 25 oC và khuấy

Ó

A

đều trong 2 giờ.Hỗn hợp đã được lọc qua phễu sứ và rửa sạch với 50 ml dung

Í-

H

dịch KOH 5% và 100 ml nước cất. Nước lọc được đưa vào bình nón 1 lít và

-L

được kết tủa bằng cách thêm một lượng dung dịch có chứa tỉ lệ 1:1 của

ÁN

CH3COOH và C2H5OH. Chất kết tủa thu được là hemixenlulozơ. Chất rắn

TO

được giữ lại trên phễu sứ được chuyển đến bình nón 250 ml và được làm

D

IỄ N

Đ

ÀN

tương tự để tiếp tục tách hemixenlulozơ.

Tuy nhiên, chất rắn được rửa sạch với 25 ml dung dịch KOH 24 %, sau

đó rửa lại với 25 ml CH3COOH 10% và cuối cùng với 100 ml nước cất. Nước lọc được thu hồi trong bình nón 1 lít và được kết tủa với một lượng dung dịch có chứa tỉ lệ 1:1 của CH3COOH và C2H5OH. Lọc kết tủa và sấy khô ở 60 oC qua đêm và được cân lại để định lượng hàm lượng hemixenlulozơ.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DấyKèmQuyNhƥn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 32

2.1.7. XĂĄc Ä‘áť‹nh Ä‘áť™ thay tháşż DS

Ć

H

mL dung dáť‹ch NaOH 0,25 M. Tiáşżp theo thĂŞm 10 mL dung dáť‹ch HCl 0,25 M

N

0,1 g CA đưᝣc ngâm 24 gi� trong bÏnh nón chᝊa 5 mL etanol 75% và 5

N

vĂ o vĂ Ä‘áťƒ yĂŞn trong 30 phĂşt. Sau Ä‘Ăł háť—n hᝣp đưᝣc chuẊn Ä‘áť™ báşąng dung dáť‹ch

U Y

chuẊn NaOH 0,25 M v᝛i chẼt chᝉ thᝋ phenolphtalein, quå trÏnh nà y đưᝣc là m 3

TP

.Q

lần. Phần trăm cᝧa nhĂłm axetyl (% AG) đưᝣc tĂ­nh theo phĆ°ĆĄng trĂŹnh sau

[( ). . ].

(2.1)

. 100

Ä?

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

%AG =

áş O

[38]:

G

Trong Ä‘Ăł: Vb1 lĂ tháťƒ tĂ­ch NaOH thĂŞm vĂ o hᝇ (L);

H ĆŻ

N

Vb2 lĂ tháťƒ tĂ­ch NaOH tiĂŞu táť‘n trong quĂĄ trĂŹnh chuẊn Ä‘áť™ (L);

TR ẌN

Va lĂ tháťƒ tĂ­ch HCl thĂŞm vĂ o hᝇ (L); Ca, Cb lần lưᝣt lĂ náť“ng Ä‘áť™ cᝧa HCl vĂ NaOH Ä‘ĂŁ dĂšng (M); M lĂ kháť‘i lưᝣng mol cᝧa nhĂłm axetyl (M = 43 g.mol-1);

10 00

B

mCA là khᝑi lưᝣng cᝧa mẍu CA (g).

Giå trᝋ DS đưᝣc tính theo công thᝊc [43]:

DS =

, Ă— % ! "#$,% % !

(2.2)

Ă“

A

2.1.8. XĂĄc Ä‘áť‹nh Ä‘áť™ nháť›t theo phĆ°ĆĄng phĂĄp Ä‘iáťƒm Ä‘ĆĄn

Ă?-

H

Ä?áťƒ xĂĄc Ä‘áť‹nh Ä‘áť™ nháť›t, dĂšng hᝇ dung mĂ´i diclometan/ethanol (8/2).Dung

-L

dᝋch CA có nᝓng đ᝙ 2 g/L. S᝭ d᝼ng nh᝛t kế Ostwald, thí nghiᝇm xåc đᝋnh

TO

Ă N

th�i gian chảy cᝧa hᝇ dung môi và dung dᝋch trong nh᝛t kế.

TrĆ°áť›c khi Ä‘o, nháť›t káşż đưᝣc nhĂşng trong báťƒ áť•n nhiᝇt áť&#x; 25 oC trong vĂ i

[16]:

D

Iáť„ N

Ä?

Ă€N

phĂşt Ä‘áťƒ áť•n Ä‘áť‹nh nhiᝇt. Ä?áť™ nháť›t đưᝣc tĂ­nh theo cĂĄc phĆ°ĆĄng trĂŹnh liĂŞn hᝇ sau

[Ρ ] =

2(Ρsp − ln(Ρrel )) C

t to

;Ρrel = , Ρsp = Ρrel − 1

(2.3)

V᝛i [Ρ] là đ᝙ nh᝛t th᝹c; Ρrel là đ᝙ nh᝛t tưƥng đᝑi; Ρsp là đ᝙ nh᝛t riêng; C là nᝓng đ᝙ cᝧa dung dᝋch; t và to là th�i gian chảy cᝧa dung dᝋch và dung môi.

Giáť›i thiᝇu trĂ­ch Ä‘oấn báť&#x;i GV. Nguyáť…n Thanh TĂş

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 33

(((') tính theo độ nhớt được xác định Khối lượng phân tử trung bình ((M

N

theo phương trình Mark-Houwink-Sakurada:

H

Ơ

[ η] = k.(M v )α (2.4)

U Y

N

Trong đó k và α là các hằng số đặc trưng của polyme, dung môi và

.Q

nhiệt độ.Với k = 13,9.10-3 mL.g-1 và α = 0,834 [16].

TP

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

ẠO

mn − m k ×100 mn

(2.5)

G

WC =

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Độ thấm ướt của màng được tính theo công thức:

Wc: là độ thấm ướt của màng (%);

H Ư

N

Trong đó:

TR ẦN

mn: là khối lượng của màng ngậm nước (gam); Mk: là khối lượng của màng khô (gam).

10 00

B

Tốc độ chảycủa màng được xác định bằng cách đo thể tích dịch lọc vận chuyển qua màng trong một khoảng thời gian tại áp suất xác định.

J =

hoặc J =

V (L/m2.h.bar) S × t × ∆Ρ

V (L/m2.h) S ×t

(2.6)

(2.7)

Trong đó:

V: Thể tích dịch lọc (L hoặc mL); S: Diện tích bề mặt làm việc của màng (m2 hoặc cm2); t: Thời gian lọc (h hoặc phút); ∆P: Áp suất tách (bar).

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

Tốc độ chảy qua màng được xác định theo công thức:

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 34

2.1.10. Khảo sát khả năng hấp phụ Cd(II) của vật liệu màng xenlulozơ

N

axetat - MnO2 casting

H

Ơ

2.1.10.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ưu

N

Màng hình tròn có diện tích 9,62 cm2 với khối lượng chất hấp phụ

U Y

MnO2 trên màng là 3,125.10-3 gam, lắp vào hệ thống lọc hút chân không.

TP

.Q

Cho 50 mL mẫu Cd(II) 3,745 ppm, pH = 5,57 vào phễu lọc và tiến hành

ẠO

hấp phụ ở các khoảng thời gian 10, 40, 70, 130 phút.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Cd(II) còn lại sau

N

H Ư

2.1.10.2. Khảo sát nồng độ chất bị hấp phụ

G

Đ

hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn.

Màng hình tròn có đường kính 9,62 cm2 với khối lượng chất hấp phụ

TR ẦN

MnO2 trên màng là 3,125.10-3 gam lắp vào hệ thống lọc hút chân không.

Cho 50 mL mẫu Cd(II) với các nồng độ đầu là 1,519; 2,196; 3,745;

10 00

B

6,697; 10,702 ppm ở pH = 5,57 vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời gian 70 phút.

A

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Cd(II) còn lại sau

H

Ó

hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn.

Í-

2.1.10.3. Khảo sát pH hấp phụ tối ưu

-L

Màng hình tròn có đường kính 9,62 cm2 với khối lượng chất hấp phụ

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

MnO2 trên màng là 3,125.10-3 gam lắp vào hệ thống lọc hút chân không.

Cho 50 mL mẫu Cd(II) 3,745 ppm ở các giá trị pH lần lượt là 2,37;

3,32; 4,31; 5,57; 6,95 vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời

gian 70 phút.

Lọc dung dịch qua màng, tiến hành đo lại nồng độ Cd(II) còn lại sau hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 35

2.1.11. Khảo sát khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu màng xenlulozơ

N

axetat - MnO2 casting

H

Ơ

2.1.11.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ưu

N

Màng hình tròn có diện tích 9,62 cm2 với khối lượng chất hấp phụ

U Y

MnO2 trên màng là 3,125.10-3 gam, lắp vào hệ thống lọc hút chân không.

TP

.Q

Cho 50 mL mẫu Pb(II) 11,754 ppm vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ

ẠO

ở các khoảng thời gian 10, 40, 70, 100, 130, 190 phút.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Pb(II) còn lại sau

N

H Ư

2.1.11.2. Khảo sát nồng độ chất bị hấp phụ

G

Đ

hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn.

Màng hình tròn có diện tích 9,62 cm2 với khối lượng chất hấp phụ

TR ẦN

MnO2 trên màng là 3,125.10-3 lắp vào hệ thống lọc hút chân không.

Cho 50 mL mẫu Pb(II) với nồng độ đầu là 1,354; 2,305 ; 5,754; 9,640;

10 00

B

11,754 ppm vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời gian 100 phút.

A

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Pb(II) còn lại sau

H

Ó

hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn.

Í-

2.1.11.3. Khảo sát pH hấp phụ tối ưu

-L

Màng hình tròn có đường kính 9,62 cm2 với khối lượng chất hấp phụ

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

MnO2 trên màng là 3,125.10-3 lắp vào hệ thống lọc hút chân không.

Cho 50mL mẫu Pb(II) 5,490 ppmở các giá trị pH lần lượt là 2,25; 3,48;

4,52; 5,51; 6,32 vào phễu lọc và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời gian 100 phút.

Lọc dung dịch qua màng và tiến hành đo lại nồng độ Pb(II) còn lại sau hấp phụ bằng phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DấyKèmQuyNhƥn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 36

2.1.12. Ä?ĂĄnh giĂĄ khả năng tĂĄi sáť­ d᝼ng cᝧa váş­t liᝇu mĂ ng xenlulozĆĄ axetat-

Ć

H

Ä?áťƒ Ä‘ĂĄnh giĂĄ khả năng tĂĄi sáť­ d᝼ng cᝧa váş­t liᝇu trong quĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼

N

MnO2 casting

N

chúng tôi tiến hà nh giải hẼp vật liᝇu bẹng axit HNO3 5% trong 2 gi�. Sau đó

U Y

vật liᝇu đưᝣc r᝭a bẹng nư᝛c cẼt t᝛i pH = 7.

TP

.Q

Tiáşżp theo tiáşżn hĂ nh Ä‘ĂĄnh giĂĄ khả năng hẼp ph᝼ Pb(II) tấi náť“ng Ä‘áť™ 3,656

áş O

ppm áť&#x; pH = 5,51 váť›i tháť?i gian lĂ 100 phĂşt.

Ä?

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

2.2. Tính toån quå trÏnh hẼp ph᝼

G

2.2.1. Tính toån hiᝇu suẼt quå trÏnh hẼp ph᝼

*+,- *.-/0 *+,-

∗ 100%(2.8)

TR ẌN

)(%) =

H ĆŻ

N

Hiᝇu suẼt quå trÏnh hẼp ph᝼ (H%) đưᝣc tính theo công thᝊc:

Trong đó: Cdau: nᝓng đ᝙ ban đầu khi chưa hẼp ph᝼ (ppm);

B

Ccuoi: nᝓng đ᝙ sau quå trÏnh hẼp ph᝼ (ppm).

10 00

2.2.2. Nghiên cᝊu đẳng nhiᝇt hẼpph᝼

M᝙t hᝇ hẼp ph᝼ khi đất đến trấng thåi cân bẹng, lưᝣng chẼt bᝋ hẼp ph᝼ q = f(T, PhoạcC)

Ă?-

H

Ă“

A

là m᝙t hà m cᝧa nhiᝇt đ᝙, åp suẼt hoạc nᝓng đ᝙ cᝧa chẼt bᝋ hẼp ph᝼:

-L

áťž nhiᝇt Ä‘áť™ khĂ´ng Ä‘áť•i (T = const), Ä‘Ć°áť?ng biáťƒu diáť…n q = f(P hoạc C)

TO

Ă N

đưᝣc gáť?i lĂ Ä‘Ć°áť?ng hẼp ph᝼ Ä‘áşłng nhiᝇt. Ä?Ć°áť?ng hẼp ph᝼ Ä‘áşłng nhiᝇt biáťƒu diáť…n sáťą ph᝼ thuáť™c cᝧa dung lưᝣng hẼp

D

Iáť„ N

Ä?

Ă€N

ph᝼ tấi máť™t tháť?i Ä‘iáťƒm vĂ o náť“ng Ä‘áť™ cân báşąng hoạc ĂĄp suẼt cᝧa chẼt báť‹ hẼp ph᝼ tấi tháť?i Ä‘iáťƒm Ä‘Ăł áť&#x; máť™t nhiᝇt Ä‘áť™ xĂĄc Ä‘áť‹nh. Ä?áť‘i váť›i chẼt hẼp ph᝼ lĂ chẼt rắn, chẼt báť‹ hẼp ph᝼ lĂ chẼt láť?ng, khĂ­ thĂŹ

đư�ng hẼp ph᝼ đẳng nhiᝇt đưᝣc mô tả qua cåc phưƥng trÏnh hẼp ph᝼ đẳng nhiᝇt Freundlich, Langmuir‌

Giáť›i thiᝇu trĂ­ch Ä‘oấn báť&#x;i GV. Nguyáť…n Thanh TĂş

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 37

2.2.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Ơ

H

xảy ra trên một bề mặt đồng nhất của vật liệu và sự hấp phụ là đơn lớp, không

N

Mô hình đẳng nhiệt Langmuir giả định rằng sự hấp thụ các ion kim loại

mô hình đẳng nhiệt Langmuir được đưa ra bởi công thức sau: *2 34

+

" 34 67

(2.9)

.Q

32

=

TP

*2

ẠO

Trong đó: KL: hằng số (cân bằng) hấp phụ Langmuir;

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

U Y

N

có bất kì sự tương tác nào giữa các ion hấp thụ. Phương trình tuyến tính của

G

qe: dung lượng hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/1 đơn vị chất hấp phụ);

H Ư

N

qm: dung lượng hấp phụ tối đa của chất hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/1 đơn vị chất hấp phụ);

TR ẦN

Ce: nồng độ dung dịch hấp phụ.

10 00

B

Phương trình phi tuyến có dạng:

34 67 *2 " 67*2

(2.10)

Ó

A

89 =

H

2.2.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

-L

Í-

Mô hình đẳng nhiệt Freundlich là một phương trình thực nghiệm dựa

ÁN

trên sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất của vật liệu.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

Phương trình tuyến tính thường được biểu diễnlà: "

log 89 = log => + log @9 (2.11) ?

Trong đó: C e : nồng độ tại thời điểm cân bằng (mg/L); q e : lượng ion kim loại bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng vật liệu

hấp phụ (mg/g); KF: hằng số Freundlich.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 38

Dạng phi tuyến tính của phương trình Freundlich như sau:

A

N

H

Mô hình Freundlich được lựa chọn để đánh giá cường độ hấp phụ của

Ơ

N

89 = => @9 (2.12)

U Y

chất bị hấp phụ trên bề mặt chất bị hấp phụ.

TP

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

.Q

2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu

ẠO

Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một

G

trật tự nhất định. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong

H Ư

N

mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm các mặt phẳng song song.

TR ẦN

phát ra các tia phản xạ. Mặt khác, các nguyên tử, ion này được phân bố trên

10 00

B

Mối liên hệ giữa độ dài khoảng cách hai mặt phẳng song song (d), góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ (θ) và bước sóng (λ) được biểu thị 2dsinθ = nλ

n: bậc nhiễu xạ; λ: bước sóng của tia Rơnghen;

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Í-

Trong đó:

-L

H

Ó

A

bằng hệ phương trình Vulf-Bragg:

d: khoảng cách giữa các mặt tinh thể; θ: góc nhiễu xạ.

Phương trình Vulf-Bragg là phương trình cơ bản nghiên cứu cấu trúc

tinh thể.Từ hệ thức Vulf-Bragg có thể nhận thấy góc phản xạ tỉ lệ nghịch với d hay khoảng cách giữa hai nút mạng. Đối với vật liệu vi mao quản khoảng cách hai lớp cỡ vài chục nguyên tử nên góc quét 2θ thường > 5 độ, tuy nhiên đối với vật liệu MQTB kích thước > 20Å, nên góc quét 2θ thường từ 0,5 độ trở lên.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 39

Thực nghiệm: Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu được đo trên nhiễu xạ kế

Ơ

H

1,5406 Å, công suất 40 kV, dòng 40 mA. Góc quét từ 5 đến 60°, mỗi bước

N

Brucker D8 Advance với ống phát tia X của Cu có bước sóng λ (CuKα) =

N

quét là 0,008° và thời gian mỗi bước quét 0,6 giây. Các phép đo được thực

U Y

hiện tại phòng Thí nghiệm phân tích, khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự

TP

.Q

nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

ẠO

2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR)

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Nguyên tắc: Với phân tử không thẳng hàng có N nguyên tử sẽ có 3N- 6

G

Đ

dao động chuẩn, còn với phân tử thẳng hàng thì có 3N - 5. Mỗi dao động

H Ư

N

chuẩn ứng với một tần số dao động cơ bản. Năng lượng để làm chuyển các mức dao động này khá bé, tương đương với năng lượng bức xạ hồng ngoại.

TR ẦN

Tuy nhiên không phải bất cứ phân tử nào cũng có khả năng hấp phụ bức xạ hồng ngoại để có hiệu ứng phổ dao động. Người ta đã chứng minh rằng chỉ có

10 00

B

các phân tử khi dao động có gây ra sự thay đổi momen lưỡng cực điện mới có khả năng hấp phụ bức xạ hồng ngoại. Về mặt nguyên tắc, bằng thực nghiệm,

A

người ta có thể xác định các bước sóng của bức xạ hồng ngoại tương ứng với

H

Ó

các liên kết giữa các nguyên tử. Có nghĩa tại bước sóng đó, liên kết hấp thụ

Í-

năng lượng bức xạ để chuyển sang một mức dao động mới, mức dao động

-L

kích thích và bước sóng đó đặc trưng cho liên kết tương ứng.

ÁN

Người ta có thể dùng phổ hồng ngoại để phân tích định tính hoặc định

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

lượng. Để phân tích định tính, phổ của mẫu được so sánh với mẫu chuẩn.Hoặc để xác định cấu trúc, dựa vào các phổ và so sánh với bảng chuẩn

để tìm các nhóm chức hoặc các nhóm nguyên tử. Để phân tích định lượng, người ta dựa vào định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer - Lambert - Beer. Đầu tiên xây dựng đường chuẩn theo một pic mạnh đặc trưng. Sau đó, so sánh cường độ hấp thụ của pic tương ứng của mẫu phân tích với đường chuẩn.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 40

Thực nghiệm: Phổ hồng ngoại được ghi trên phổ kế IRPrestige-21

Ơ

H

và ép viên với KBr. Mẫu được đo tại Khoa Hóa, Trường Đại học Quy Nhơn.

N

(Shimadzu) trong khoảng 400 đến 4000 cm-1. Trước khi đo, mẫu được nghiền

N

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

U Y

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, thường viết

.Q

tắt là SEM) là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải

TP

cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện

Đ

thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của

N

G

chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Nguyên lí hoạt động và sự tạo ảnh trong

H Ư

SEM như sau: việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo

TR ẦN

ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường. . .) sau

B

đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến

10 00

50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn.Điện tử được phát

Ó

A

ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến

Í-

H

vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các

-L

cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm

ÁN

điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai,

TO

chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra,

D

IỄ N

Đ

ÀN

độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt

mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này. Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua, nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 41

Một điểm mạnh khác của SEM là các thao tác điều khiển đơn giản hơn

Ơ

H

của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều

N

rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng. Một điều khác là giá thành

N

so với TEM.

U Y

Thực nghiệm: Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để ghi ảnh hiển vi điện tử quét và

.Q

phân tích EDS cùng trên một thiết bị bao gồm rửa sạch mẫu bằng etanol, phân

TP

tán mẫu và sấy khô. Sau đó phủ một lớp vàng cực mỏng lên bề mặt mẫu

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

đãphân tán.Mẫu được ghi ảnh trên máy Nova NanoSEM 450 tại Khoa Vật

N

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

G

Đ

lý,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội.

H Ư

Phương pháp quang phổ tia X (X-ray photoelectron spectroscopy,

TR ẦN

XPS) được sử dụng phổ biến để xác định thành phần nguyên tố cũng như trạng thái oxi hóa của chúng trong mẫu. Phương pháp này dựa trên hiệu ứng

B

quang điện tử (photoelectronic effect) được tạo ra khi chiếu một chùm bức

10 00

xạ có bước sóng ngắn vào bề mặt vật liệu. Khi được hấp thu năng lượng,

Ek = hν- Eb- φ

Í-

H

Ó

lượng động năng:

A

các electron ở lớp ngoài cùng hoặc electron hóa trị thoát ra với năng

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Trong đó: Ek: động năng của các quang electron; φ: công thoát electron (phụ thuộc vào thiết bị); Eb: năng lượng liên kết của electron; n: tần số photon, h là hằng số Planck.

Năng lượng liên kết Eb là đại lượng đặc trưng cho nguyên tử nên từ giá trị này chúng ta có thể xác định thành phần nguyên tố và trạng thái oxi hóa của chúng trong mẫu.

Thực nghiệm: Phổ XPS được đo trên máy Shimadzu Kratos AXISULTRA DLD spectrometer, sử dụng nguồn phát tia X với bia Al, ống

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 42

phát làm việc ở 15kV - 10 mA. Các dải năng lượng liên kếtt (binding energies)

Ơ

H

ẫu từ t 0-1200 eV, sau đó quét với độ phân giải gi cao cho quét sơ bộ toàn bộ mẫu

N

ằng cách chu chuẩn nội với đỉnh C1s (ở 284,6 eV). Đầu tiên, được hiệu chỉnh bằng

N

đỉnh Cr2p từ 557eV - 607 eV. Đỉnh được phân giải trên phần mềm Casa

U Y

XPS.

.Q

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

TP

ăng lượng tia X hay Phổ tán sắc năng lượng là kỹ thuật Phổ tán xạ năng

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

h của vật rắn dựa vào việc ghi lại ại phổ ph tia X phát phân tích thành phần hóa học

Đ

ng tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng ra từ vật rắn do tương

N

G

h kỹ lượng cao trong các kính hiển vi điện tử). Trong các tài liệu khoa học,

H Ư

vi tắt là EDX hay EDS xuấtt phát từ tên gọi tiếng thuật này thường được viết

TR ẦN

ủ yếu yế được thực Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy. Kỹ thuật EDS chủ ật rắn được ghi lại hiệnn trong các kính hiển vi điện tử, ở đó, ảnh vi cấu trúc vật

B

ụng chùm điện tử có năng lượng cao tương ng tác với vật rắn. thông qua việc sử dụng

10 00

Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ

xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử t bên trong

Ó

A

của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

trưng tỉ lệ với nguyên tử số (z) của nguyên tử theo định luậtt Mosley:

Có nghĩa là tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất

ắn. Vi Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật ật rắn sẽ s cho thông có mặt trong chất rắn. v tin về các nguyên tố hóa hhọc có mặt trong mẫu đồng thờii cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

Hình 2.1. Mô hình tán xạ năng lượng tia X

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

43

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ết bị phân tích EDS nhưng chủ yếuu EDS được phát triển Có nhiều thiết

N

G

ệ tử, ở đó các phép phân tích được thực ực hiện hi nhờ các trong các kính hiểnn vi đđiện

H Ư

th kính điện chùm điện tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ các hệệ có thấu

TR ẦN

ng photon tia X) trải tr trong một từ. Phổ tia X phát ra sẽ có tần số (năng lượng nh phổ kế tán sắc năng lượng, ng, do đo, ghi nhận vùng rộng và đượcc phân tích nhờ ật EDS được phát thông tin về các nguyên tố cũng như thành phần. Kỹ thuật

10 00

B

m 1969 và thiệt bị thương phẩm xuất hiện ện vào đầu những triển từ những năm ững năm nă 1970 với năm 1969 và thiết bịị thương phẩm xuất hiện vào đầu những

Ó

A

ng detector dị dịch chuyển Si, Li hoặc Ge. việc sử dụng

H

Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để phân tích EDS cùng trên một Thực nghiệm: K

-L

Í-

gồm rửa sạch mẫu bằng ng etanol, phân tán mẫu m và sấy thiết bị đoo SEM, bao gồ

ÁN

ột lớp lớ vàng cực mỏng lên bề mặt mẫu đã phân tán. Mẫu khô. Sau đó phủ một được ghi ảnh trên máy Nova NanoSEM 450 tại Khoa Vậtt lý, Trường Đại học

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

Khoa học Tự nhiên, thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội.

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

ờng được sử dụng để đặc trưng một số ố tính ch chất của vật Hấp phụ khí thườ ệ tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, ản, phân bố b kích liệu mao quản như: diện ũng như tính chất bề mặt. Có rất nhiều phương ươ pháp hấp thước mao quản cũng

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 44

phụ để đặc trưng cho vật liệu mao quản, nhưng phổ biến hơn cả là dùng đẳng

Ơ

H

Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể tích là đại lượng

N

nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 ở 77K.

N

đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P,

U Y

nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn. V là một hàm đồng

.Q

biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa Po, người ta

TP

đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/Po) thì thu được

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

đường “đẳng nhiệt hấp phụ”, còn khi đo V với P/Po giảm dần thì nhận được

Đ

đường “đẳng nhiệt khử hấp phụ”.

N

G

Trong thực tế, đối với vật liệu MQTB đường đẳng nhiệt hấp phụ và

H Ư

khử hấp phụ không trùng nhau, mà thường thấy một vòng khuyết (hiện tượng

TR ẦN

trễ) đặc trưng cho hiện tượng ngưng tụ mao quản của vật liệu MQTB. Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

biểu diễn trên Hình 2.2.

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

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

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 45

Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo phương pháp Brunauer –

Ơ

H

dựa trên diện tích bề mặt bị chiếm giữ bởi các phân tử khí hấp phụ đơn lớp

N

Emmolett - Teller (BET). Theo phương pháp này, diện tích bề mặt được tính

N

trên bề mặt vật liệu. Phân bố kích thước mao quản cũng có thể được tính bởi

U Y

nhiều phương pháp khác nhau, nhưng thông dụng nhất là phương pháp Barret,

.Q

Joyner and Halenda (BJH).

TP

Thực nghiệm: Các mẫu được đặc trưng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

phụ nitơ trên Micromeritics ASAP 2000ở 77K. Trước khi đo, các mẫu được

Đ

xử lý chân không ở 150oC trong 5 giờ. Mẫu được đo tại Khoa Hóa, Trường

N

G

Đại học Sư phạm Hà Nội.

H Ư

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

TR ẦN

Phân tích nhiệt là một phương pháp thực nghiệm bao gồm hàng chục kỹ thuật đo khác nhau, cho phép xác định các tính chất nhiệt của vật chất trực

10 00

chất cơ bản của vật liệu.

B

tiếp, hoặc gián tiếp, hoặc thông qua ảnh hưởng của tác động nhiệt lên các tính Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi

Ó

A

sai (Differential Thermal Analysis-DTA) và phân tích nhiệt trọng lượng

Í-

H

(Thermo Gravimetric Analysis-TGA) để nghiên cứu vật liệu. Nguyên lý

-L

chung của nhiệt vi sai, các phép đo được thực hiện đồng thời trên hai mẫu.

ÁN

Một mẫu cần đo và một mẫu so sánh, thông tin nhận được là kết quả so sánh

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

tín hiệu nhận được từ mẫu đo và mẫu so sánh.

Phân tích nhiệt trọng lượng theo nhiệt độ (TGA) là khảo sát sự thay đổi

khối lượng của mẫu khi tác động chương trình nhiệt độ lên mẫu. Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu nghiên cứu với mẫu chuẩn trong quá trình nâng nhiệt. Nhờ phương pháp này có thể nhận biết quá trình thu hay tỏa nhiệt. Phương pháp phân tích nhiệt được ứng dụng rất rộng, bao gồm hầu hết các lĩnh vực khoa học, công nghệ và sản

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 46

xuất có liên quan tới vật liệu. Trong lĩnh vực hóa học, phân tích nhiệt được

Ơ

H

chuyển pha, xác định hiệu ứng nhiệt, nhận biết các thành phần phản ứng,

N

ứng dụng để xác định các tính chất quan trong của vật liệu như: nhiệt

N

nghiên cứu vật liệu xúc tác,...

U Y

Trong luận văn mẫu phân tích nhiệt được phân tích nhiệt trên máy tích

.Q

nhiệt Labsys Evo (Pháp), mẫu đo trong môi trường khí quyển Argon, tốc độ

TP

gia nhiệt 10 oC/phút tại Phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu.

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

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

N

đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan.

G

Đ

Theo phương pháp von-ampe hòa tan, quá trình phân tích gồm hai giai

H Ư

Giai đoạn làm giàu: chất phân tích trong dung dịch được làm giàu bằng

TR ẦN

cách tập trung lên bề mặt điện cực làm việc ở một thế và thời gian xác định.

Trong quá trình làm giàu, dung dịch được khuấy trộn đều bằng cách dùng

B

khuấy từ hoặc cho điện cực quay. Cuối giai đoạn này, thế trên điện cực làm

10 00

việc vẫn giữ nguyên nhưng ngừng khuấy hoặc ngừng quay điện cực trong khoảng thời gian 2÷ 30 s để chất phân tích phân bố đều trên bề mặt điện cực

Ó

A

làm việc.

Í-

H

Giai đoạn hòa tan: hòa tan chất phân tích khỏi bề mặt điệc cực làm việc

-L

bằng cách quét thế theo một chiều xác định (anot hoặc catot), đồng thời ghi

ÁN

tín hiệu von-ampe hòa tan bằng một kỹ thuật von-ampe nào đó. Trong giai

TO

đoạn này, thường không khuấy dung dịch phân tích. Nếu quá trình hòa tan là

D

IỄ N

Đ

ÀN

quá trình anot thì lúc này phương pháp được gọi là von-ampe hòa tan anot (ASV) và ngược lại nếu quá trình hòa tan là quá trình catot thì được gọi là von-ampe hòa tan catot (CSV). Khi quá trình làm giàu là quá trình hấp phụ, người ta gọi tên phương pháp là von-ampe hòa tan hấp phụ catot (hoặc vonampe hòa tan hấp phụ - AdSV). Các kỹ thuật von-ampe thường dùng để ghi tín hiệu von-ampe hòa tan: von-ampe xung vi phân (DP), von-ampe sóng

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 47

vuông (SQW)… Khi sử dụng kỹ thuật von-ampe, người ta đưa tên gọi của kỹ

N

thuật von-ampe vào trước tên gọi của phương pháp, chẳng hạn phương pháp

H

Ơ

DP-ASV, SQW-ASV…

N

Trong phương pháp ASV và CSV, để chọn thế điện phân làm giàu

U Y

(Edep), người ta dựa vào phương trình Nerst hoặc một cách gần đúng có thể

TP

.Q

dựa vào giá trị thế bán sóng (E1/2) trên sóng cực phổ của chất phân tích.

Chẳng hạn, trong phương pháp ASV, Edep được chọn âm hơn so với E1/2 và

Các phản ứng xảy ra như sau:

n+

TR ẦN

ẠO

H Ư

Giai đoạn làm giàu: giữ Edep không đổi:

N

G

(khi dùng điện cực làm việc là điện cực thủy ngân).

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

nếu kim loại cần phân tích (Me) tan được trong thủy ngân tạo thành hỗn hống

Me + Hg + ne

Quá trình catot

Me (Hg)

10 00

B

Giai đoạn hòa tan: quét thế anot:

Me ( Hg ) – ne

Quá trình anot

Men+ + Hg

Ó

A

Trong phương pháp CSV, Edep được chọn dương hơn so với E1/2 và nếu

Í-

H

phân tích kim loại mà hợp chất của nó với một thuốc thử nào đó có thể kết tủa

-L

trên bề mặt điện cực làm việc.Các phản ứng xảy ra như sau :

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Giai đoạn làm giàu: giữEdep không đổi: Quá trình anot

Men+ + (n+m)R– me

MeRn+m ↓

Giai đoạn hòa tan: quét thế anot: MeRn+m + me

Quá trính catot

Men (n+m) R

( R có thể là chất hữu cơ , OH- ...)

Phương pháp CSV còn cho phép xác định các chất hữu cơ hoặc các anion tạo được kết tủa với HgI hoặc HgII khi dùng điện cực làm việc HMDE.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 48

Các phản ứng xảy ra như sau:

Ơ

HgpXq (HMDE)

H

Quá trình anot

U Y

N

pHg (HMDE) + qX - ne

N

Giai đoạn làm giàu: giữ Edep không đổi

.Q

Giai đọan hòa tan: quét thế anot

TP

Quá trình catot

pHg (HMDE) + qX

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

HgpXq (HMDE) + ne

Đ

(X có thể là chất hữu cơ hoặc anion vô cơ như halogenua, S2-, MoO42-, VO3- ,

N

G

PO43-...)

H Ư

Trong phương pháp AdSV, giai đoạn làm giàu xảy ra hai quá trình: quá

TR ẦN

trình tạo phức và quá trình hấp phụ. Phức của ion kim loại và phối tử hữu cơ (được thêm vào dung dịch phân tích) hình thành và hấp thụ điện hóa lên bề

B

mặt điện cực làm việc, do vậy chất phân tích được làm giàu. Hai quá trình đó

10 00

có thể xảy ra hầu như đồng thời hoặc một trong hai quá trình sẽ xảy ra trước.

Trong giai đoạn này, thế trên điện cực làm việc được giữ không đổi và dung

Ó

A

dịch phân tích được khuấy trộn đều. Trong giai đoạn hòa tan, tiến hành quét

Í-

H

thế catot để khử các tiểu phân điện hoạt trên bề mặt điện cực làm việc (có thể

-L

là phức của ion kim loại với phối tử hoặc kim loại cần phân tích hoặc phối

ÁN

tử), đồng thời ghi tín hiệu von-ampe hòa tan bằng một kỹ thuật von-ampe nào

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

đó. Trong giai đoạn này, thường không khuấy dụng dịch phân tích. Đường von-ampe hòa tan thu được có dạng đỉnh (peak). Thế đỉnh (Ep)

và độ lớn của dòng đỉnh hòa tan (Ip) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần nền (chất điện ly nền, pH, chất tạo phức...), bản chất của điện cực làm việc, thế và thời gian điện phân làm giàu, điều kiện thủy động học (sự khuấy trộn hoặc quay điện cực…) trong giai đoạn làm giàu, tốc độ quét thế trong giai đoạn hòa tan, kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan,…

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com 49

Trong những điều kiện xác định, Ep đặc trưng cho bản chất điện hóa

Ơ

H

thuận với nồng độ chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc (C*), nhưng

N

của chất phân tích và do đó, dựa vào Ep có thể phân tích định tính. Ip tỉ lệ

thuân với C theo phương trình: Ip = kC; trong đó k là hệ số tỉ lệ.

U Y

N

C*tỉ lệ với nồng độ chất phân tích trong dung dịch phân tích (C) , nên Ip tỉ lệ

.Q

Với nguyên tắc trên, phương pháp SV có thể xác định đồng thời nhiều

TP

ion kim loại trong cùng một dung dịch phân tích. Trong trường hợp đó, đường

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

von-ampe hòa tan sẽ xuất hiện nhiều đỉnh ở các thế khác nhau và độ lớn mỗi

Đ

đỉnh tỉ lệ với nồng độ của ion kim loại tương ứng có mặt trong dung dịch

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

phân tích.

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial