(Đồ án hcmute) nghiên cứu chế tạo biến tính cấu trúc chitosan với liên kết tripolyphosphate trong việc tái sử dụng hấp phụ po43 trên hạt vật liệu đã hấp phụ cu2+

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TÍNH CẤU
TRÚC CHITOSAN VỚI LIÊN KẾT
TRIPOLYPHOSPHATE TRONG VIỆC TÁI
SỬ DỤNG HẤP PHỤ PO43- TRÊN
HẠT VẬT LIỆU ĐÃ HẤP PHỤ CU2+
GVHD: NGUYỄN THÁI ANH
SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC GIÀU
MSSV: 16150052
SVTH: ĐINH THỊ THÙY TRANG
MSSV: 16150137

SKL 0 0 7 5 1 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
--------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TÍNH

CẤU TRÚC CHITOSAN VỚI LIÊN KẾT
TRIPOLYPHOSPHATE TRONG VIỆC
TÁI SỬ DỤNG HẤP PHỤ PO43- TRÊN
HẠT VẬT LIỆU ĐÃ HẤP PHỤ Cu2+
SVTH:

Nguyễn Thị Ngọc Giàu 16150052
Đinh Thị Thùy Trang

GVHD:

TS. Nguyễn Thái Anh

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020

do an

16150137


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

GIẤY XÁC NHẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÃ ĐƯỢC
CHỈNH SỬA THEO YÊU CẦU CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TÍNH CẤU TRÚC CHITOSAN VỚI
LIÊN KẾT TRIPOLYPHOSPHATE TRONG VIỆC TÁI SỬ DỤNG HẤP PHỤ
PO43- TRÊN HẠT VẬT LIỆU ĐÃ HẤP PHỤ CU2+
Là đồ án tốt nghiệp đại học của Sinh viên:
Nguyễn Thị Ngọc Giàu

16150052

Đinh Thị Thùy Trang

16150137

Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thái Anh
Đồ án tốt nghiệp này đã được bảo vệ tại hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp của Bộ môn
Công nghệ Môi trường, Khoa Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, Trường đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM vào ngày …. tháng …. năm 20….
Thành phần Hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp đại học gồm: (Ghi rõ học hàm, học vị,
họ và tên)
1…………………………………………………………………………………..
2…………………………………………………………………………………..
3…………………………………………………………………………………..
Đồ án tốt nghiệp này đã được chỉnh sửa theo ý kiến đóng góp của Cán bộ đọc phản biện
và hội đồng đánh giá đồ án.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 20…..
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN CNMT
(Ký, ghi rõ họ tên)

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

MSSV:

Nguyễn Thị Ngọc Giàu
Đinh Thị Thùy Trang

16150052
16150137

1. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TÍNH CẤU TRÚC CHITOSAN
VỚI LIÊN KẾT TRIPOLYPHOSPHATE TRONG VIỆC TÁI SỬ DỤNG HẤP
PHỤ PO43- TRÊN HẠT VẬT LIỆU ĐÃ HẤP PHỤ CU2+
Lĩnh vực:

Nghiên cứu:

Thiết kế

Quản lý

2.NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ
Khảo sát, lựa chọn, chế tạo và phân tích cấu trúc đặc trưng để thu được vật liệu
đáp ứng mục tiêu hiệu quả cao trong việc hấp phụ chất ô nhiễm
- Nghiên cứu điều kiện tối ưu bao gồm (pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ chất ơ
-

nhiễm đầu vào, kích thước vật liệu,...) ảnh hưởng đến việc vận hành hấp phụ quy
mơ phịng thí nghiệm.
- Nghiên cứ động học hấp phụ để khảo sát tốc độ hấp phụ thơng qua mơ hình giả
động bậc I và giả động bậc II.
- Nghiên cứu xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt theo Langmuir và Freundlich để
xác định cơng suất hấp phụ cực đại trong mơ hình hấp phụ dạng mẻ.
- Nghiên cứu xây dựng mơ hình hấp phụ dạng cột nhồi với các mơ hình tương
thích nhằm đánh giá khả năng triển khai quy mô thực tế.
- Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu.
3. THỜI GIAN THỰC HIỆN: từ …/…/20… đến …/…/20…
4. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thái Anh
Đơn vị công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
Tp. HCM, ngày…... tháng…... năm
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người nhận xét: TS. Nguyễn Thái Anh
Cơ quan công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Hướng dẫn sinh viên: Nguyễn Thị Ngọc Giàu

MSSV: 16150052

Đinh Thị Thùy Trang

16150137

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TÍNH CẤU TRÚC CHITOSAN VỚI
LIÊN KẾT TRIPOLYPHOSPHATE TRONG VIỆC TÁI SỬ DỤNG HẤP PHỤ
PO43- TRÊN HẠT VẬT LIỆU ĐÃ HẤP PHỤ CU2+
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Môi trường
1. Ý KIẾN NHẬN XÉT
1.1. Mục tiêu và nội dung: ............................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................

...................................................................................................................................
1.2. Hình thức trình bày ................................................................................................
...................................................................................................................................
1.3. Các ưu điểm chính của đồ án: ...............................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
1.4. Các nhược điểm chính của đồ án: ..........................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
1.5. Thái độ, tác phong làm việc: ..................................................................................
...................................................................................................................................
1.6. Ý kiến khác: ............................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
2. Ý KIẾN KẾT LUẬN

do an


Đề nghị cho bảo vệ hay không? ................................................................................
Điểm (thang điểm 10):……………….(Bằng chữ: ................................................. )
Ngày ….. tháng ….. năm 20…
Người nhận xét
(Ký & ghi rõ họ tên)

do an

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên): ...................... ................................................
Cơ quan công tác: ..............................................................................................................
Sinh viên được nhận xét: Nguyễn Thị Ngọc Giàu
Đinh Thị Thùy Trang

MSSV: 16150052
16150137

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TÍNH CẤU TRÚC CHITOSAN VỚI
LIÊN KẾT TRIPOLYPHOSPHATE TRONG VIỆC TÁI SỬ DỤNG HẤP PHỤ
PO43- TRÊN HẠT VẬT LIỆU ĐÃ HẤP PHỤ CU2+
1. Ý KIẾN NHẬN XÉT
1.1. Mục tiêu và nội dung: (bao gồm ….. chương, ……trang và ….phụ lục) ............
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
1.2. Hình thức trình bày:..............................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
1.3. Các ưu điểm chính của đồ án: .............................................................................
..............................................................................................................................
1.4. Các thiếu sót chính của đồ án ...............................................................................

..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
1.5. Câu hỏi (2 – 3 câu): ..............................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

2. Ý KIẾN KẾT LUẬN

do an


Đề nghị cho bảo vệ hay không? ................................................................................
Điểm (thang điểm 10):……………….(Bằng chữ: ................................................. )
Ngày …… tháng ….. năm 20..…
Người nhận xét
(Ký & ghi rõ họ tên)

do an


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi lời cảm
ơn tới TS. Nguyễn Thái Anh – người đã truyền cho chúng em tri thức cũng như tâm
huyết nghiên cứu khoa học, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt
nhất để chúng em hoàn thành luận văn này.
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài nhóm em cũng đã nhận được sự giúp

đỡ từ Cô Lê Thị Bạch Huệ - giáo viên quản lý phịng thí nghiệm Mơi Trường, nhóm em
xin chân thành cảm ơn Cơ đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em hoàn thành đề tài.
Đồng thời cũng xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô trong bộ môn công nghệ môi
trường đã dạy dỗ, giúp đỡ cho tất cả sinh viên trong 4 năm đại học. Mặc dù đã nổ lực
hết mình nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên chúng em khơng thể
tránh khỏi sai sót trong khi thực hiện đề tài.
Chúng em kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ chúng em để ngày càng hồn
thiện hơn vốn kiến thức của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức
mình có được trong suốt thời gian học tập tại trường.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Nhóm thực hiện đề tài
Nguyễn Thị Ngọc Giàu
Đinh Thị Thùy Trang

i

do an


TĨM TẮT
Trong nghiên cứu này, chúng tơi đã nghiên cứu chế tạo hạt Chitosan-tạo liên kết
với tripolyphosphaste trong việc tái sử dụng hấp phụ PO43- trên hạt vật liệu đã hấp phụ
Cu2+ nhằm tối ưu hiệu năng sử dụng của vật liệu có nguồn gốc tự nhiên và giá thành
thấp này. Đồng thời, sử dụng SEM xác định hình thái và kích thước của vật liệu trước
và sau hấp phụ, FTIR để kiểm tra sự tồn tại của các nhóm chức NH2, OH-, PO43- và sự
thay đổi bước sóng sau khi hấp phụ.
Kết quả nghiên cứu hấp phụ tĩnh, mô hình động học biểu kiến bậc II phù hợp với
quá trình hấp phụ Cu2+ và PO43-. Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir phù hợp đối với hấp phụ
ion Cu2+ lên vật liệu hấp phụ xảy ra ở pHtối ưu = 5, so sánh dung lượng hấp phụ cực đại

giữa dạng phi tuyến (qmax(mg/g) = 21.92 (mg/g)) và dạng tuyến tính (qmax(mg/g) =
19.08 (mg/g)) . Đối với hấp phụ ion PO43- ở pH tối ưu = 3, kết quả thể hiện đều phù hợp
với cả hai mơ hình đẳng nhiệt Langmuir và đẳng nhiệt Freundlich. So sánh dung lượng
hấp phụ dạng phi tuyến đạt qmax(mg/g) = 10.69 (mg/g) và dạng tuyến tính đạt qmax(mg/g)
= 8.7 (mg/g)). Kết quả nghiên cứu hấp phụ động, sự hấp phụ của Cu2+ của vật liệu hạt
Chitosan phù hợp với hai mơ hình Bohart - Adam và Clark (R2 > 0,903). Đối với sự hấp
phụ ion PO43- của hạt Chitosan-Cu phù hợp với mơ hình Thomas và Yoon - Nelson (R2
> 0,820).

ii

do an


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Nguyễn Thị Ngọc Giàu, tôi là sinh viên khóa 2016 của ngành Cơng nghệ
Kỹ thuật Môi trường, mã số sinh viên: 16150052.
Tôi tên là Đinh Thị Thùy Trang, tơi là sinh viên khóa 2016 của ngành Công nghệ
Kỹ thuật Môi trường, mã số sinh viên: 16150137.
Chúng tơi đảm bảo rằng khóa luận tốt nghiệp này là nghiên cứu khoa học của
chúng tôi đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thái Anh.
Các tài liệu tham khảo trong luận án này là từ các nguồn đáng tin cậy đã được
xác minh và công bố rộng rãi cho cơng chúng. Chúng tơi đã trích dẫn các nguồn tham
khảo rõ ràng trong danh sách các tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu trong dự án
này đã được chúng tôi thực hiện nghiêm túc, trung thực và không trùng lặp các chủ đề
khác.
Danh dự và uy tín của chúng tơi là sự đảm bảo cho sự đảm bảo này.
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Nhóm thực hiện đề tài
Nguyễn Thị Ngọc Giàu

Đinh Thị Thùy Trang

iii

do an


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...............................................................................................x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... xiii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ....................................................................................................................1
2. Tính cấp thiết của đề tài...............................................................................................2
3. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................2
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ...................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................3
6. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................3
7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ........................................................4
8. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước ........................................................4
CHƯƠNG 1 .....................................................................................................................7
TỔNG QUAN..................................................................................................................7
1.1. Tổng quan về kim loại Đồng ....................................................................................7
1.1.1. Tổng quan về nguồn gốc của Đồng .......................................................................7
1.1.2. Tính chất và ứng dụng của Cu ...............................................................................7
1.1.3. Các phương pháp xử lý Cu ....................................................................................8

1.2. Tổng quan về Phosphate trong nước thải .................................................................9
1.2.1. Tổng quan về nguồn gốc của Phosphate ...............................................................9
1.2.2. Thành phần và đặc tính của Phosphate .................................................................9
iv

do an


1.2.3. Ảnh hưởng của Phosphate ...................................................................................10
1.2.4. Các phương pháp xử lý phospho .........................................................................10
1.3. Tổng quan về Chitosan ...........................................................................................12
1.3.1. Giới thiệu về Chitosan .........................................................................................12
1.3.2. Tính chất vật lý của Chitosan ..............................................................................12
1.3.3. Tính chất hóa học của Chitosan...........................................................................14
1.3.4. Tính chất sinh học của Chitosan [35] ..................................................................16
1.3.5. Độc tính của Chitosan [35] ..................................................................................17
1.3.6. Sản xuất ...............................................................................................................17
1.3.7. Ứng dụng của Chitosan .......................................................................................17
1.4. Cơ sở lý luận về phương pháp hấp phụ ..................................................................19
1.4.1 Các khái niệm cơ bản ...........................................................................................19
1.4.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ........................................................................21
1.4.3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ........................................................22
1.4.4. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ......................................................24
1.4.5. Động học hấp phụ ................................................................................................25
1.4.6. Động lực hấp phụ ................................................................................................29
CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................36
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ....................................36
2.1. Nguyên vật liệu.......................................................................................................36
2.1.1. Vật liệu ................................................................................................................36
2.2. Hóa chất-Thiết bị, dụng cụ .....................................................................................36

2.2.1. Hóa chất sử dụng nghiên cứu NanoChitosan ......................................................36
2.2.2 Thiết bị - máy móc sử dụng ..................................................................................37
2.2.3. Dụng cụ thí nghiệm .............................................................................................37
2.3. Thực nghiệm ...........................................................................................................37
2.3.1. Giới thiệu một số phương pháp tổng hợp vật liệu ...............................................37
v

do an


2.3.2. Tổng hợp vật liệu .................................................................................................38
2.3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ dạng mẻ (tĩnh) ....................................................39
2.3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ dạng cột (thụ động).............................................40
2.5. Các phương pháp nghiên cứu .................................................................................41
2.5.1. Phương pháp phổ hồng ngoại ..............................................................................41
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái học của vật liệu ..............................41
2.5.3. Phương pháp chuẩn độ Complexon - tạo phức EDTA xác định ion Cu2+ ..........42
2.5.4. Phương pháp trắc quang UV-VIS xác định Phosphate (PO43-) ...........................44
CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................47
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................................47
3.1. Phân tích hình thái học và cấu trúc vật liệu hấp phụ ..............................................47
3.2. Kết quả phân tích sự hiện diện các nhóm chức năng đặc trưng vật liệu ................49
3.3. Khảo sát các thông số tối ưu trong quá trình tạo vật liệu .......................................52
3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Chitosan đến khả năng tạo hạt và khả năng hấp phụ
.......................................................................................................................................52
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Chitosan đến khả năng hấp phụ...............................53
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân gây liên kết ngang ion STPP đến khả năng tạo hạt
và khả năng hấp phụ ......................................................................................................55
3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ STPP đến khả năng tạo hạt ..........................................55
3.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng STPP đến khả năng hấp phụ ....................................56

3.5. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ .............................................................58
3.6. Ảnh hưởng của khối lượng Chitosan đến khả năng hấp phụ .................................59
3.7. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ....................................................60
3.8. Nghiên cứu mơ hình động học hấp phụ..................................................................61
3.9. Nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ ..................................................64
3.9.1. Nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt phi tuyến tính ...................................................64
3.9.2. Nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt tuyến tính .........................................................65
vi

do an


3.10. Kết quả hấp phụ ion PO43- sau khi hạt Chitosan hấp phụ loại bỏ ion Cu2+ ..........69
3.10.1. Dung lượng hấp phụ Cu2+ trên hạt Chitosan .....................................................69
3.10.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ........................................................70
3.10.3. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ...............................................71
3.10.4. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ ................................72
3.11. Nghiên cứu mơ hình động học hấp phụ................................................................73
3.12. Nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt..............................................................76
3.12.1. Nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt phi tuyến tính .................................................77
3.12.2. Nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt tuyến tính .......................................................77
3.13. Nghiên cứu hấp phụ động.....................................................................................81
3.13.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ ............................................................82
3.13.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion PO43- dựa trên nền hấp phụ Cu2+ ................84
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ...........................................................................................90
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................92
PHỤ LỤC ....................................................................................................................105

vii

do an


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Mức độ hấp thu kim loại của Chitosan .........................................................16
Bảng 1.2. Mối tương quan của RL và dạng mơ hình [73] .............................................24
Bảng 2.1. Xây dựng đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ PO43- .......................................44
Bảng 3.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của vật liệu hạt Chitosan/STPP trước và
sau khi hấp phụ ion Cu2+ và PO43- .................................................................................50
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát động học hấp phụ theo phương trình giả định bậc 1 và bậc 2
.......................................................................................................................................62
Bảng 3.3. Các tham số trong mơ hình động học biểu kiến bậc một hấp phụ Cu2+ ......63
Bảng 3.4. Các tham số trong mơ hình động học biểu kiến bậc hai hấp phụ Cu2+ .........63
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Langmuir và Frendlich
.......................................................................................................................................64
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Langmuir và Frendlich
.......................................................................................................................................65
Bảng 3.7. Giá trị thơng số cân bằng RL ở các nồng độ đầu khác nhau .........................66
Bảng 3.8. So sánh các tham số mơ hình hóa cân bằng phi tuyến tính và tuyến tính.....67
Bảng 3.9. Bảng so sánh khả năng hấp phụ với các nghiên cứu loại bỏ ion Cu2+ trên các
vật liệu khác nhau .........................................................................................................69
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát động học hấp phụ theo phương trình giả định bậc 1 và bậc
2 .....................................................................................................................................73
Bảng 3.11. Các tham số trong mơ hình động học biểu kiến bậc một hấp phụ PO43- ....75
Bảng 3.12. Các tham số trong mơ hình động học biểu kiến bậc hai hấp phụ PO43-......75
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Langmuir và
Frendlich ........................................................................................................................76
Bảng 3.14. Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Langmuir và
Frendlich ........................................................................................................................77
Bảng 3.15: Giá trị thông số cân bằng RL ở các nồng độ đầu khác nhau .......................78

Bảng 3.16. So sánh các tham số mơ hình hóa cân bằng phi tuyến tính và tuyến tính...79
viii

do an


Bảng 3.17. Bảng so sánh khả năng hấp phụ với các nghiên cứu loại bỏ ion PO43- trên các
vật liệu khác nhau .........................................................................................................80
Bảng 3.18. Các phương trình động học Bohart-Adam, Clark thực nghiệm dạng tuyến
tính .................................................................................................................................84
Bảng 3.19. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ theo tốc độ dòng chảy,
nồng độ Cu2+ ban đầuvà chiều cao cột hấp phụ ............................................................84
Bảng 3.20. Các phương trình động học Thomas, Yoon – Nelson và Bohart-Adam thực
nghiệm dạng tuyến tính .................................................................................................88
Bảng 3.21. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ theo tốc độ dòng chảy,
nồng độ PO43- ban đầu và chiều cao cột hấp phụ ..........................................................88
Bảng 3.22. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ Bohart-Adam theo tốc độ
dòng chảy, nồng độ PO43- ban đầu và chiều cao cột hấp phụ........................................88
Bảng 3.23. Độ dài tầng chuyển khối L ..........................................................................89

ix

do an


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cơng thức hóa học của Chitin và Chitosan ...................................................14
Hình 1.2. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [71] ....................................................23
Hình 1.3. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C [71] ........................................................23
Hình 1.4. Đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (bên trái), đồ thị để tìm các

hằng số trong phương trình Frendlich (bên phải) [71]. .................................................25
Hình 1.5. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe – qt) vào t .......................................................28
Hình 1.6. Đường cong thốt của cột hấp phụ [66,67] ...................................................30
Hình 1.7. Đồ thị sự phụ thuộc ln[(C0/Ce)-1] vào t .........................................................31
Hình 1.8. Đồ thị sự phụ thuộc In[Ce/(Co-Ce)] vào t .......................................................32
Hình 2.1. Mơ hình hấp phụ dạng cột .............................................................................40
Hình 2.2. Dải làm việc của các loại hiển vi điện tử và quang học [87] ........................41
Hình 2.3. Cấu trúc phân tử EDTA .................................................................................42
Hình 2.4. Máy chuẩn độ điện thế tự động Titroline ......................................................43
Hình 2.5. Đường chuẩn xác định nồng độ PO43- ...........................................................45
Hình 3.1. Kết quả phân tích đặc điểm hình thái của vật liệu hạt Chitosan tạo liên kết
ngang ion với STPP .......................................................................................................47
Hình 3.2. Kết quả phân tích đặc điểm hình thái của vật liệu hạt Chitosan/STPP sau khi
hấp phụ ion Cu2+ và PO43- .............................................................................................48
Hình 3.3. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của vật liệu hạt Chitosan/STPP trước và sau
khi hấp phụ ion Cu2+ và PO43- .......................................................................................49
Hình 3.4. Các hàm lượng dung dịch Chitosan khác nhau 2% - 4% (w/v) ....................53
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Chitosan đến khả năng hấp phụ Cu2+
của VLHP ......................................................................................................................54
Hình 3.6. Cơ chế tương tác giữa Chitosan với STPP mơi trường có nước [102] .........55
Hình 3.7. Hạt Chitosan liên kết với STPP sau khi rửa và lọc .......................................56

x

do an


Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ STPP đến khả năng hấp phụ Cu2+ của
VLHP .............................................................................................................................57
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu2+ của VLHP

.......................................................................................................................................58
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng hạt Chitosan đến khả năng hấp
phụ Cu2+ .........................................................................................................................59
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cu2+.......60
Hình 3.12. Đồ thị phương trình động học biểu kiến bậc 1 ............................................62
Hình 3.13. Đồ thị phương trình động học biểu kiến bậc 2 ............................................62
Hình 3.14. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir ........................................................................65
Hình 3.15. Đồ thị đẳng nhiệt Frendlich .........................................................................65
Hình 3.16. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir .......................................................................66
Hình 3.17. Đồ thị đẳng nhiệt Frendlich ........................................................................66
Hình 3.18. Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của Cu2+ .....................66
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ PO43- của VLHP
.......................................................................................................................................70
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ PO43- của
VLHP .............................................................................................................................71
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ
PO43-...............................................................................................................................72
Hình 3.22. Đồ thị phương trình động học biểu kiến bậc 1 ............................................74
Hình 3.23. Đồ thị phương trình động học biểu kiến bậc 2 ............................................74
Hình 3.24. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir ........................................................................77
Hình 3.25. Đồ thị đẳng nhiệt Frendlich .........................................................................77
Hình 3.26. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir ........................................................................78
Hình 3.27. Đồ thị đẳng nhiệt Frendlich .........................................................................78
Hình 3.28. Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của PO43- ....................78
Hình 3.29. Đường cong thoát tại Q = 9ml/p, Co = 101.12 mg/L, H=16.5cm ...............82
xi

do an

Hình 3.30. Đường cong thốt tại Q = 12ml/p, Co = 101.78 mg/L, H=32cm ................82
Hình 3.31. Q = 9ml/p, Co = 101.12 mg/L, H=16.5cm ..................................................83
Hình 3.32. Q = 12ml/p, Co = 101.78 mg/L, H=32cm ...................................................83
Hình 3.33. Q = 9ml/p, Co = 101.12 mg/L, H=16.5cm ..................................................83
Hình 3.34. Q = 12ml/p, Co = 101.78 mg/L, H=32cm ..................................................83
Hình 3.35. Đường cong thốt tại Q = 12ml/p, Co = 153.93 mg/L, H=32cm ................85
Hình 3.36. Đường cong thoát tại Q = 9ml/p, Co = 152.01 mg/L, H=16.5cm ...............85
Hình 3.37. Q=12ml/p, Co = 153.93 mg/L, H=32cm .....................................................86
Hình 3.38. Q = 9ml/p, Co = 152.01 mg/L, H=16.5cm ..................................................86
Hình 3.39. Q=12ml/p, Co = 153.93 mg/L, H=32cm .....................................................86
Hình 3.40. Q = 9ml/p, Co = 152.01 mg/L, H=16.5cm ..................................................86
Hình 3.41. Q=12ml/p, Co = 153.93 mg/L, H=32cm .....................................................87
Hình 3.42. Q = 9ml/p, Co = 152.01 mg/L, H=16.5cm ..................................................87

xii

do an


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
COD: Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học
BOD: Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá
TSS: turbidity & suspendid solids - tổng rắn lơ lửng
CS: Chitosan
FTIR: Frustrated total internal reflection – Phương pháp chụp quang phổ hồng ngoại
SEM: Scanning Electron Microscope – Chụp bề mặt bằng kính hiển vi điện tử
DNA: Axit Deoxyribonucleic
RNA: Axit ribonucleic
ATP: Adenosine triphosphat
MLSS: Mixed Liquoz Suspended Solids - hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng

hay chính là nồng độ chất rắn có trong bể bùn hoạt tính
NMR: Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy – phổ cộng hưởng từ hạt nhân
DD: Độ deacetyl hóa
ppm: parts per million - một phần triệu
VLHP: vật liệu hấp phụ
Hệ Số Xác Định (Hệ Số Tương Quan Bội Số R Bình Phương) (R2)
RMSE: Residual root mean square error - Lỗi bình phương gốc
χ 2: Chi-square test - kiểm định chi bình phương
EDTA: Axit etylenediaminetetraacetic
EGDE: ethylene glycol diglycidyl ether
ECH: epichlorohydrin
GLA: glutaraldehyd
TPP: Tripolyphosphate
STPP: Sodium Tripolyphosphate
TEM (Transmission Electron Microscopy): Hiển vi điện tử truyền qua
xiii

do an


HREM (High Resolution Electron Microscopy): Hiển vi điện tử phân giải cao
Rpm: revolutions per minute là vòng/phút
GLA: Axit Gamma-Linolenic
MQTB: mao quản trung bình
DLHP: dung lượng hấp phụ
HSPL: hệ số pha loãng

xiv

do an

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam với mục tiêu hướng tới năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045, trong giai
đoạn năm 2030 hồn thành mục tiêu cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa và cơ bản thành nước
cơng nghiệp theo hướng hiện đại. Từ đó, làm nền tảng cho giai đoạn sau, tầm nhìn đến
năm 2045 Việt Nam trở thành nước công nghiệp phát triển hiện đại, [1]. Bảo vệ môi
trường không đi đôi với tốc độ phát triển là một trong những ngun nhân chính dẫn
đến tình trạng ơ nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, đặc biệt là môi trường nước.
Nước thải từ các khu công nghiệp chưa được xử lý đúng mức cũng là nguyên nhân làm
tăng thêm lượng chất ô nhiễm vào nguồn tiếp nhận. Các doanh nghiệp đứng trước thực
trạng đó áp dụng một số phương pháp xử lý nước thải nhằm cải thiện môi trường nước.
Ngày nay, cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp hiện đại là việc sản sinh
các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến môi trường, đặc biệt là sự ảnh
hưởng nghiêm trọng của môi trường nước. Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp
thuộc da, cơng nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu, công nghệ dệt nhuộm hay ngành
chăn nuôi công nghiệp, [2].... Đã tạo ra các nguồn ô nhiễm môi trường nước chính chứa
các kim loại nặng như Cu, Zn, Pb, Ni, As... Bên cạnh đó, lượng lớn những hợp chất hữu
cơ và vô cơ cũng như hàm lượng cao của các chỉ tiêu COD, BOD, N-total, NH3+, PO43-,
P-total, TSS gây nên sự ô nhiễm nguồn nước như hiện tượng phú nhưỡng hóa, mùi độc
hại, sự cạn kiệt lượng oxy hịa tan. Ngồi ra, những chất này có liên quan trực tiếp đến
các biến đổi gan, ung thư cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường dù chỉ ở
hàm lượng nhỏ. Do đó, nghiên cứu tách các chất ơ nhiễm độc hại từ các nguồn nước bị
ô nhiễm là vấn đề quan trọng nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và thu hút sự quan tâm
của nhiều nhà khoa học.
Các phương pháp khác nhau bao gồm kết tủa hóa học, trao đổi ion, xử lý sinh học
và phương pháp hấp phụ đã được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm này khỏi nước
thải [3]. So với các phương pháp khác, hấp phụ là một phương pháp kinh tế và hiệu quả
để loại bỏ các chất gây ơ nhiễm nói trên, đặc biệt là các chất từ các dung dịch rất loãng

[4,5].
Theo một số tài liệu và khảo sát chuyên sâu chúng tơi nhận thấy trong Chitosan có
chứa gốc amin và gốc hydroxyl nên có thể được sử dụng làm vật liệu hấp phụ các cation

1

do an


và anion. Việc nghiên cứu các vật liệu từ Chitosan để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ sẽ
có ý nghĩa thực tiễn trong việc sử dụng một cách có hiệu quả, giảm thiểu khả năng gây
ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra một loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền từ nguồn nguyên
liệu có nguồn gốc từ tự nhiên. Vật liệu hấp phụ sau khi được sử dụng thường là thu hồi
để tái chế hoặc loại bỏ trực tiếp, [6]. Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo
biến tính cấu trúc Chitosan với liên kết Tripolyphosphate trong việc tái sử dụng hấp phụ
PO43- trên hạt vật liệu đã hấp phụ Cu2+” nhằm tối ưu hiệu năng sử dụng của vật liệu có
nguồn gốc tự nhiên và giá thành thấp này. Chitosan sau khi hấp phụ bão hòa các ion kim
loại thường được thu hồi trong dung dịch axit loãng. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này,
chúng tôi tái sử dụng hạt Chitosan sau khi hấp phụ Cu2+ được áp dụng trực tiếp để hấp
phụ PO43- trong nước thải. Nhằm mục đích mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Ion Cu2+ và phosphte được phát sinh và tồn tại trong dòng nước thải của nhiều
ngành công nghiệp với nồng độ vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây những tác động tiêu
cực đến mơi trường. Bên cạnh đó, chi phí xử lý ô nhiễm thấp cũng như là vật liệu hấp
phụ được chế tạo từ nguồn tự nhiên, dồi dào hay giá thành thấp ngày càng được ưu tiên
quan tâm. Vì vậy, việc áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả với chi phí thấp như
hấp phụ với vật liệu Chitosan trong môi trường gia tăng nhanh ô nhiễm là rất cấp thiết.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu tổng hợp tạo hạt Chitosan từ Chitosan làm vật liệu hấp phụ, giá thành
thấp, thân thiện với môi trường để xử lý Cu2+ và áp dụng trực tiếp xử lý PO43- trong môi

trường nước.
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu là:
- Vật liệu: Hạt Chitosan
- Nồng độ ion Cu2+ trong nước thải
- Nồng độ ion PO43- trong nước thải
 Phạm vi nghiên cứu

2

do an


Thực nghiệm được tiến hành tại phịng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật thành phố Hồ Chí Minh-Khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm-Phịng thí
nghiệm phân tích môi trường.
5. Phương pháp nghiên cứu
 Các phương pháp được sử dụng là:
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: phương pháp này được thực hiện bằng cách thu
thập tài liệu trong nước và ngoài nước liên quan đến nội dung nghiên cứu như: sách
chuyên ngành như sách Hóa kỹ thuật Môi trường (PGS.TS. Nguyễn Văn Sức), các
bài báo khoa học trong và ngoài nước…
- Phương pháp thực nghiệm: là một phương pháp mang tính chất quan trọng trong q
trình nghiên cứu, các thao tác trong thí nghiệm phải được thực hiện cẩn thận, logic,
chi tiết, tỉ mỉ nhằm mang lại kết quả nghiên cứu ít sai số nhất.
- Phương pháp so sánh: Dùng để đối chiếu các kết quả đã nghiên cứu với nhau nhằm
chọn ra kết quả mang lại hiệu suất hấp phụ cao.
- Phương pháp xử lý số liệu: Các số liệu được xử lý trên bảng biểu, các số liệu được
xử lý trên Microsoft Word và Microsoft Excel.
- Phương pháp phân tích, đánh giá: Phân tích cấu trúc, hình thái của vật liệu bằng SEM,

phân tích phổ đồ FT-IR để tìm ra các nhóm chức liên quan.
- Phương pháp đồ thị: Sử dụng đồ thị để diễn đạt các số liệu đã qua xử lý để có cái nhìn
trực quan hơn và dễ dàng đánh giá, nhận xét chính xác hơn.
6. Nội dung nghiên cứu
 Các nội dung mà đề tài cần đạt là:
- Khảo sát, lựa chọn, chế tạo và phân tích cấu trúc đặc trưng để thu được vật liệu đáp
ứng mục tiêu hiệu quả cao trong việc hấp phụ chất ô nhiễm.
- Nghiên cứu điều kiện tối ưu bao gồm pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ chất ơ nhiễm
đầu vào, kích thước vật liệu ảnh hưởng đến việc vận hành hấp phụ quy mơ phịng thí
nghiệm.
- Nghiên cứ động học hấp phụ để khảo sát tốc độ hấp phụ thơng qua mơ hình giả động
bậc I (PFO kinetic) và bậc II (PSO kinetic).

3

do an