Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên định hướng ứng dụng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (549.95 KB, 15 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN</b>
<b> </b>
<i><b>ĐẶNG THỊ TỐ NỮ </b></i>
<b>NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ </b>
<b>NƯỚC LŨ THÀNH NƯỚC SINH HOẠT </b>
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC
<small>BÌNH ĐỊNH-2021 </small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2"><i>BỢ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO </i>
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN </b>
<i><b>ĐẶNG THỊ TỐ NỮ </b></i>
<b>NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU CÓ </b>
<b>NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC LŨ THÀNH NƯỚC SINH HOẠT </b>
Chun ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí Mã số chuyên ngành: 9440119
Phản biện 1: PGS. TS. Võ Viễn
Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Đức Vượng Phản biện 3: TS. Nguyễn Minh Thông
TẬP THỂ/NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng
2. PGS. TS. Cao Văn Hồng
<small>BÌNH ĐỊNH, 2021 </small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>Lời cam đoan </b>
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng và PGS.TS. Cao Văn Hoàng. Tất cả các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><b>Lời cảm ơn </b>
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Phi Hùng và PGS.TS. Cao Văn Hoàng đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt quá trình học tập, thực nghiệm nghiên cứu và hồn thành luận án.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, ban chủ nhiệm Khoa Khoa học Tự nhiên của Trường Đại học Quy Nhơn, ban quản lý dự án TEAM (mã số ZEIN2016PR431) phía Trường Đại học Quy Nhơn và GS. Nguyễn Minh Thọ cùng GS. Bart Van der Bruggen, Đại học KU Leuven đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành kế hoạch nghiên cứu.
Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô giáo, quý anh chị em và các bạn đồng nghiệp đang công tác tại Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn cũng như các anh chị em nhóm nghiên cứu GS. Bart Van der Bruggen, các anh chị em đang học tập và nghiên cứu tại Khoa Hóa, Đại học KU Leuven đã tạo điều kiện tốt nhất cho tơi trong suốt q trình học tập và làm thực nghiệm nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn chồng và hai con trai, luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi học tập và nghiên cứu. Cảm ơn ba mẹ, tất cả những người thân trong gia đình đã nhiệt tình động viên, tận tình giúp đỡ tơi về mọi mặt trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận án này.
Quy Nhơn, tháng 5 năm 2021 Tác giả
Đặng Thị Tố Nữ
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ... 5
4. Nội dung nghiên cứu của luận án ... 6
5. Những đóng góp mới của luận án ... 6
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ... 7
Chương I. TỔNG QUAN ... 8
1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trường nước ... 8
1.2. Sơ lược về nước lũ ... 9
1.3.1.1. Phân loại theo cấu trúc màng ... 14
1.3.1.2. Phân loại theo các quá trình màng động lực áp suất ... 15
1.3.2. Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling) ... 18
1.4. Tổng quan về bã mía, cellulose và cellulose acetate ... 19
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">1.4.1. Giới thiệu bã mía và cellulose ... 19
1.4.2. Tổng quan về cellulose acetate ... 22
1.5. Dopamine, polydopamine ... 24
1.6. Giới thiệu về nano -MnO<small>2</small> và Ag/MnO<small>2</small> ... 26
1.7. Một số phương pháp chế tạo màng ... 28
1.7.1. Phương pháp đảo pha ứng dụng chế tạo màng bất đối xứng ... 28
1.7.2. Phương pháp biến đổi bề mặt ... 31
1.8. Giới thiệu về hạt chùm ngây và một số nghiên cứu keo tụ ... 32
1.9. Giới thiệu một số vấn đề nghiên cứu trong hấp phụ ... 35
1.9.1. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ... 35
2.2. Chiết tách cellulose từ bã mía và xác định hàm lượng thành phần hố học ... 41
2.2.1. Quy trình chiết tách cellulose ... 41
2.2.1.1 Quy trình 1 (cellulose thu được đặt tên là CE-0) ... 41
2.2.1.2. Quy trình 2 (mẫu cellulose thu được gọi là CE-1) ... 42
2.2.1.3. Quy trình 3 (cellulose thu được gọi là CE-2) ... 42
2.2.2. Xác định hàm lượng thành phần hoá học ... 42
2.2.2.1. Xác định hàm lượng Klason lignin ... 42
2.2.2.2. Xác định hàm lượng hemicellulose và cellulose... 43
2.3. Tổng hợp cellulose acetate và xác định các giá trị độ thay thế, khối lượng phân tử trung bình theo độ nhớt ... 44
2.3.1. Tổng hợp cellulose acetate ... 44
2.3.2. Xác định độ thay thế DS ... 44
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">2.3.3. Xác định độ nhớt theo phương pháp điểm đơn ... 45
2.4. Tổng hợp vật liệu nano MnO<small>2</small> và Ag/MnO<small>2</small> ... 45
2.4.1. Tổng hợp vật liệu MnO<small>2</small>... 45
2.4.2. Tổng hợp nano Ag/MnO<small>2</small> ... 46
2.5. Điều chế và biến tính màng lọc từ các cellulose acetate tổng hợp và dung môi DMSO ... 46
2.5.1. Điều chế màng bất đối xứng CAD và CADA ... 46
2.5.2. Điều chế màng siêu lọc-hấp phụ pha trộn nano MnO<small>2 </small>vào ma trận polymer cellulose acetate ... 46
2.5.3. Biến tính bề mặt màng cellulose acetate với dopamine và Ag/MnO<small>2</small> ... 47
2.6. Xác định các đại lượng đặc trưng màng ... 49
2.6.1. Xác định khối lượng ngắt phân tử (MWCO), kích thước lỗ xốp trung bình và sự phân bố kích thước lỗ xốp của màng ... 49
2.6.2. Xác định hàm lượng nước ... 50
2.6.3. Xác định thơng lượng dịng thấm, khả năng kháng tắc nghẽn và hiệu suất phân tách BSA của các màng chế tạo ... 50
2.6.3.1. Thơng lượng dịng thấm (J) ... 51
2.6.3.2. Tỉ lệ thu hồi thông lượng và các trở lực của màng ... 51
2.6.3.3. Hiệu suất phân tách BSA ... 52
2.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) và Pb(II) của vật liệu màng ... 52
2.7.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ... 53
2.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch ... 53
2.7.3. Khảo sát nồng độ ban đầu của Cr(VI) và Pb(II) ... 53
2.8. Lọc động và tái sử dụng của màng chế tạo với dung dịch Pb(II) ... 53
2.8.1. Lọc động ... 53
2.8.2. Nghiên cứu tái sử dụng màng ... 54
2.9. Khảo sát đặc tính kháng khuẩn của vật liệu chế tạo được theo phương pháp đếm khuẩn lạc ... 54
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">2.10. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ tạo bơng với dịch chiết
chùm ngây ... 56
2.10.1. Xác định khoảng cách que khuấy so với đáy cốc thủy tinh ... 56
2.10.2 Thí nghiệm xác định thể tích dịch chiết chùm ngây tối ưu ... 56
2.10.3. Thí nghiệm xác định tốc độ khuấy tối ưu ... 57
2.10.3.1. Tốc độ khuấy nhanh duy trì trong thời gian 3 phút đầu ... 57
2.10.3.2. Tốc độ khuấy chậm duy trì trong thời gian sau 3 phút đầu ... 57
2.11. Kết hợp tiền xử lý keo tụ bằng dịch chiết chùm ngây với siêu lọc xử lý một số mẫu nước lũ ở địa phương ... 58
2.12. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu ... 58
2.12.1. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ... 58
2.12.2. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) ... 59
2.12.3. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái học của vật liệu ... 60
2.12.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ... 61
2.12.5. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ ở 77K (BET) ... 62
2.12.6. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) ... 63
2.12.7. Phương pháp đo góc thấm ướt ... 63
2.12.8. Phương pháp phân tích nhiệt ... 64
2.12.9. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) ... 65
2.12.10. Phương pháp hiển vi lực nguyên tử AFM... 66
2.12.11. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân <small>1</small>H-NMR ... 66
2.12.12. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng (ICP-OES) .. 67
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 68
3.1. Đặc trưng bã mía và cellulose ... 68
3.1.1. Thành phần hoá học ... 68
3.1.2. Phổ FT-IR ... 68
3.1.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu cellulose chiết được ... 70
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">3.2. Đặc trưng cellulose acetate ... 71
3.2.1. Phân tích phổ FT-IR ... 71
3.2.2. Độ thay thế, độ nhớt và khối lượng phân tử trung bình theo độ nhớt ... 72
3.2.3. Phổ <small>1</small>H-NMR ... 73
3.2.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu cellulose acetate ... 75
3.2.5. Phân tích nhiệt (DSC-TGA) ... 76
3.3. Đặc trưng của màng bất đối xứng CAD và CADA ... 77
3.3.1. Phân tích ảnh SEM ... 77
3.3.2. Phân tích nhiệt quét vi sai ... 79
3.3.3. Phân tích hiển vi lực nguyên tử (AFM) ... 80
3.3.4. Kết quả hàm lượng nước và góc thấm ướt ... 81
3.3.5. Đánh giá hiệu suất tách protein BSA và khả năng kháng tắc nghẽn của màng CAD và CADA ... 81
3.3.6. Khối lượng ngắt phân tử, kích thước lỗ trung bình và sự phân bố kích thước lỗ của màng CAD và CADA ... 83
3.4. Đặc trưng vật liệu -MnO<small>2</small> và Ag/MnO<small>2</small> ... 84
3.4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X ... 84
3.4.2. Kết quả SEM và EDX ... 85
3.4.3. Kết quả TEM ... 87
3.4.4. Kết quả BET ... 88
3.4.5. Phổ XPS ... 89
3.5. Đặc trưng cho vật liệu màng biến tính CA/MnO<small>2</small> và CA/PDA-Ag/MnO<small>2</small> ... 90
3.5.1. Đặc trưng vật liệu màng CA/MnO<small>2</small> ... 90
3.5.2. Đặc trưng vật liệu màng CA/PDA và CA/PDA-Ag/MnO<small>2</small>... 97
3.5.3. Kết quả phân tích nhiệt của màng CA<small>B</small>, CA/MnO<small>2</small>, CA/PDA và màng CA/PDA-Ag/MnO<small>2</small> ... 104
3.5.4. Khối lượng ngắt phân tử và sự phân bố kích thước lỗ của các màng CA<small>B</small>, CA/MnO<small>2</small>-2, CA/PDA-2 và CA/PDA-Ag/MnO<small>2</small>-2 ... 106
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">3.5.5. Khả năng kháng tắc nghẽn của màng CA<small>B</small>, CA/MnO<small>2</small>-2, CA/PDA-2 và màng
3.6.1.3. Nghiên cứu mô hình động học hấp phụ ... 117
3.6.1.4. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ... 121
3.6.2. Nghiên cứu hấp phụ động ... 123
3.6.3. Nghiên cứu tái sử dụng của màng chế tạo ... 125
3.7. Khảo sát các điều kiện tối ưu khi keo tụ với dịch chiết hạt chùm ngây ... 126
3.7.1. Khảo sát độ cao cánh khuấy cách đáy của que khuấy trong mơ hình Jartest126 3.7.2. Khảo sát thể tích dịch chiết chùm ngây tối ưu để xử lý keo tụ tạo bông đối với nước lũ ... 127
3.7.2.1. Mẫu nước lũ (M0-430) có độ đục 430 FTU, pH=7,12 ... 127
3.7.2.2. Mẫu nước lũ (M0-253) có độ đục 253 FTU, pH=7,02 ... 129
3.7.3. Khảo sát tốc độ khuấy ... 130
3.7.3.1. Khảo sát tốc độ khuấy nhanh duy trì trong thời gian 3 phút đầu ... 130
3.7.3.2. Khảo sát tốc độ khuấy chậm duy trì trong thời gian sau 3 phút đầu ... 130
3.8. Kết quả xử lý các chất ơ nhiễm, vi khuẩn có trong nước lũ bằng quá trình kết hợp giữa tiền xử lý bằng dịch chiết hạt chùm ngây với màng lọc CA/PDA-Ag/MnO<small>2</small> 131
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 136
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ ... 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 139PHỤ LỤC
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><b>DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">lượng
plasma-optical emission spectrometry
Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">30 Pb Lead Chì
thấm trung bình
35 TGA Thermo Gravimetric Analysis <sup>Phân tích nhiệt trọng </sup> lượng
Diffraction
Nhiễu xạ điện tử vùng lựa chọn
động
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">44 TEM <sup>Transmission electron </sup> microscopy
Hiển vi điện tử truyền qua
Spectroscopy <sup>Phổ quang điện tử tia X </sup>
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>
<b>Bảng 2.1. Các thông số và kí hiệu của màng được chế tạo ... 46</b>
<b>Bảng 2.2. Các thơng số và kí hiệu của màng được chế tạo ... 47</b>
<b>Bảng 2.3. Các thông số biến tính bề mặt và nhãn được chỉ định của các màng ... 48 </b>
<b>Bảng 3.1. Thành phần hoá học của bã mía và cellulose chiết được ... 68</b>
<b>Bảng 3.2. Chỉ số độ tinh thể của các mẫu cellulose ... 71</b>
<b>Bảng 3.3. Kết quả đánh giá vật liệu cellulose acetate ... 72</b>
<b>Bảng 3.4. Các giá trị tích phân của các pic trong phổ 1H-NMR và DS ... 73</b>
<b>Bảng 3.5. Các thông số độ nhám AFM bề mặt của màng CAD và CADA ... 80</b>
<b>Bảng 3.6. Hàm lượng nước và góc thấm ướt của màng CAD và CADA ... 81</b>
<b>Bảng 3.7. Kết quả khảo sát thơng lượng dịng thấm của màng CAD và CADA với </b> nước cất, dung dịch BSA và nước cất sau làm sạch ... 82
<b>Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thông lượng, tỉ lệ thu hồi thông lượng và các trở lực của </b> màng CAD và CADA ... 82
<b>Bảng 3.9. Kích thước lỗ trung bình, độ lệch chuẩn hình học và khối lượng ngắt phân </b> tử của màng CAD và CADA. ... 84
<b>Bảng 3.10. Phần trăm khối lượng của các nguyên tử theo phổ EDX của vật liệu </b> K--MnO<small>2, </small>H--MnO<small>2</small> và Ag/MnO<small>2</small> ... 86
<b>Bảng 3. 11. Các thông số đặc trưng BET của hai vật liệu H- δ-MnO</b><small>2</small> và Ag/MnO<small>2</small> ... 88
<i><b>Bảng 3.12. Các thông số độ nhám bề mặt AFM của các màng CA</b></i><small>B</small> và CA/MnO<small>2</small> ... 95
<b>Bảng 3.13. Các thông số độ nhám AFM của các màng CA</b><small>B</small>, 2 và CA/PDA-Ag/MnO<small>2</small>-2 ... 99
<b>Bảng 3.14. Kích thước lỗ xốp trung bình, độ lệch chuẩn hình học và khối lượng ngắt </b>
</div>
