Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng của vật liệu lai tạo oxit sắt-chitosan và ứng dụng hấp phụ ion kim loại (pb2+) trong xử lý môi trường nước

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
1


 ®Õn 







.
vào quá trình sinh

       

khai thá
              





-0,023mg/l.
, trong

-

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT

Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
2

2+





             
3
O
4
  
Al(OH)
3




          
 



tôi
   : ‘‘Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng của vật liệu lai tạo oxit
sắt/Chitosan và ứng dụng hấp phụ ion kim loại (Pb
2+
) trong xử lý môi trường

nước

-  
- 
- 
2+


§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
3

t Nam.
I.1.2. Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước hiện nay ở Việt Nam.

               
. Nhìn ch


Sông Sài Gòn-
5,5 mg/l; BOD = 10 -  


- - 5,5).
Sông Cầu 


             
 


              -   

       -       

n.





§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
4


-

 
ng
2

NH
3



nghi


3





-
4
là 4mg/1, hàm



3







              


- 
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
5



3



4
, NO
2
, NO
3




              





u

-






1.500- 
3800-
 





Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH & MT
Lê Thị Thanh Hà MSSV: 505303013
6


I.1.2. Nguyờn nhõn.
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi tr-ờng n-ớc, nh-
sự gia tăng dân số, mặt trái của quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá, cơ sở hạ
tầng yếu kém lạc hậu, nhận thức của ng-ời dân về vấn đề môi tr-ờng còn ch-a
cao Đáng chú ý là sự bật cập trong hoạt động quản lý, bảo vệ môi tr-ờng.
Nhận thức của nhiều cấp chính quyền, cơ quan quản lý, tổ chức và cá nhân có
trách nhiệm về nhiệm vụ bảo vệ môi tr-ờng n-ớc ch-a sâu sắc và đầy đủ, ch-a
thấy rõ ô nhiễm môi tr-ờng n-ớc là loại ô nhiễm gây nguy hiểm trực tiếp, hàng
ngày và khó khắc phục đối với đời sống con ng-ời cũng nh- sự phát triển bền
vững của đất n-ớc.
Bên cạnh đó, các quy định về quản lý và bảo vệ môi tr-ờng n-ớc còn thiếu
(VD: ch-a có các quy định và quy trình kỹ thuật phục vụ cho công tác quản lý và
bảo vệ nguồn n-ớc). Cơ chế phân công và phối hợp giữa các cơ quan, các
nghành và địa ph-ơng ch-a đồng bộ, còn chồng chéo, ch-a có quy định rõ ràng,
ch-a có chiến l-ợc quy hoạch khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên n-ớc theo
l-u vực và các vùng lãnh thổ lớn. Các quy định hợp lý trong việc đóng góp
tài chính để quản lý và bảo vệ môi tr-ờng n-ớc, gây nên tình trạng hụt tài
chính, thu không đủ chi cho bảo vệ môi tr-ờng.

I.2. Cỏc phng phỏp x lý nc thi hin nay.



§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
7


- 
- 
- 
- 
- 

:
- 
- 

- 
-              

nitrat).

              
 

             
 
 


                

còn 


§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
8




 





khâu m

I.3. Gi thi v Chitosan
I.3.1. Nguồn gốc Chitosan.
iên . CT có


CT và CS  
 



               



CT và CS.
I.3.2. Cấu trúc và tính chất của CS.[4]
            NH
2
  
nhóm (-COCH
3
-glucozamin
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
9
-(1-4)-
-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-    -(1-4)-D-  
trúc III).

  

Trong Xenlulo nhóm 
2
-Glucoza. Khi thay nhóm
NH
2

            

{-CH

2
OH,-OH,-NHCOCH
3
}  {-CH
2
OH,-OH,-NH
2
}
 

- 
- 

 


I.3.2.1.Tính chất vật lý của CT/CS.

m

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
10
 
  
-311
0

     -       





I.3.2.2. Tính chất hoá học của CT/CS [4].
Tron  OH, NHCOCH
3
trong
-axetyl-D-glucozamin và nhóm OH, nhóm NH
2

xích D-

N.

-(1-4)-
-hóa và các e
I.3.3. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của CT/CS
và một vài dẫn xuất.
 



2+
, Cd
2+
, Zn
2+
, Cu
2+
,Ni

2+
,Co
2+

          


 

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
11
I.3.4. Một số ứng dụng của CT/CS và các dẫn xuất.








 


 
  

I.3.5.Ứng dụng
I.3.5.1 Ứng dụng trong xử lý nước.
 



y
hóa -             






 
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
12


rúc CS






 Volesky, Holan, Wase và Foster







 




             
uân
   


- 
Cr
6+

6+


Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH & MT
Lê Thị Thanh Hà MSSV: 505303013
13
- 105 m
2
- 150


I.3.5.2. ng dng trong cụng nghip thc phm v m phm.
CS có khả năng ức chế hoạt động của một số loại vi khuẩn nh- E.Coli. Một
số dẫn xuất của CS diệt đ-ợc một số loại nấm hại dâu tây, carốt, đậu và có tác
dụng tốt bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài. Có thể bảo quản các
loại thực phẩm t-ơi sống, đông lạnh khi bao gói chúng bằng các màng mỏng dễ

phân huỷ sinh học và thân thiện với môi tr-ờng. Thông th-ờng ng-ời ta hay dùng
màng phân huỷ sinh học để bao gói các thực phẩm khô. Nếu dùng để bao gói các
thực phẩm t-ơi sống thì có nhiều bất lợi do không khống chế đ-ợc độ ẩm và độ
thoáng không khí cho thực phẩm. Trong khi bảo quản, các thực phẩm t-ơi sống
vẫn thở, nếu dùng bao túi bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nớc sẽ bị
ng-ng đọng tạo môi tr-ờng cho nấm mốc phát triển. Màng bao bọc bằng chitin
và chitosan sẽ giải quyết đ-ợc các vấn đề nêu trên. Trong thực tế ng-ời ta đã
dùng màngCS để đựng và bảo quản các loại rau quả nh- đào, d-a chuột, đậu,
b-ởi Màng CS cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền t-ơng đ-ơng với một số
một số chất dẻo vẫn đ-ợc dùng làm bao gói.
Hiện nay, các hãng mỹ phẩm trên thế giới đã ứng dụng CS vào hàng loạt
các sản phẩm của mình. Chúng ta có thể tìm thấy chất này trong các sản phẩm
kem đánh răng, kem chống nắng, phấn mắt, n-ớc súc miệng, kẹo chewing-gun
Việt Nam tại viện Vacxin Nha Trang, công nghệ bào ch thuốc chống
béo phì và Glasrivac chuyên đặc trị thoái hoá khớp, cả hai sản phẩm này đ-ợc bộ
y tế đánh giá rất cao và cấp phép l-u hành trên toàn quốc.


.

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
14
- 
             

 As(III) và As(V)
.
- 
khác.

 
dàng. 








cho chúng c


 



3
O
4

2
(SO
4
)
3

  
2
(SO

4
)
3
          
(Al(OH)
3



3
O
4

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
15

2
(SO
4
)
3





I.4.1. Một số phương pháp hoá học tổng hợp hạt oxit sắt .
 ox 
ox 

cao.
              

4].

    

          


 
              
    
                


-
0.2-0.3 nm [18]. 


2+
và Fe
3+

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
16
- 
 
 

nanô.
I.4.1.1. Phương pháp oxi hóa Fe
2+

         
2+
    
FeSO
4
.7H
2
O hay FeCl
2
.4H
2

4

 

 


I.4.1.2. Phương pháp vi nhũ




-12 nm  sai khác
 0,3 nm [10]. 

   


100nm. Theo quan sát

* Phân loại
- 

- 

 

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
17


 
 
trong H
2
        tán trong H
2
  

I.4.1.3 Phương pháp thủy nhiệt [15]
             
- 
 






solvothermal 
glycothermal, alcothermal
,ammonothermal 


I.4.1.4 .Phương pháp đồng kết tủa.
             


theo m


 và già hóa h

+2
và Fe
+3

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
18
 100nm
 
ion tr

      

3
O
4
       
Fe
3+
/Fe
2+
= 2 tr14 và 
Fe
3+

x
3-x
 (I.1)
Fe
2+
+ H
2

y
2-y
 (I.2)
Fe(OH)
x
3-x
+ Fe(OH)
y
2-y


3
O
4
(thông qua quá trình ô xi hóa và dehydride
. (I.3)

Fe
2+
+ 2Fe
3+
+ 8OH
-

3
O
4
+ 4H
2
O (I.4)
            
Fe
3
O
4
+ 0,25 O
2
+ 4,5 H
2

3

(I.5)

2+


2+
và Fe
3+



Fe
3
O
4
+ 0,25O
2
+ 4,5H
2
O

3Fe(OH)
3
(I.6)
Fe
3
O
4
+ 0,5O
2


3Fe
2
O
3
(I.7)

 

2+
và Fe
3+


2+
và Fe
3+

-
FeCl
3
+ 6H
2
O

Fe(H
2
O)
6

3+
+ 3Cl
-
(I.8)
FeSO
4
+6H
2
O

Fe(H
2
O)
6
3+
+ 3Cl
-
(I.9)



C
0
60
) ion hexa-aq
 
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
19



Fe(H
2
O)
6
Z+
+ H
2
O

Fe(H
2
O)
6-n
(OH)
n
(z-n)
+ 3H
3
O
+
(I.10)

2+
và ion
Fe
3+

Bảng I.1: Sản phẩm của phản ứng thuỷ phân
Fe

2+
Fe
3+
Fe(OH)
+
Fe(OH)
2+
Fe(OH)
2
Fe(OH)
2
+
Fe(OH)
3
-
Fe(OH)
3

Fe(OH)
4
2-
Fe(OH)
-
4

Fe
2
(OH)
2
4+

Fe
3
(OH)
4
5+





+2
và Fe
+3

 





-



- Ưu điểm
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
20

- Nhược điểm: 





 



.

 



n

 Fe
2
O
3

.
             



P





§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
21







OH) và
nhóm amin (NH
3






I.5. Quá trình tách các ion kim lo n ra khi dung dich n b
phng pháp h ph.
I.5.1. Khái niệm về sự hấp phụ.






-              

- 
 
             

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
22

2
, N
2
, CO
2
,




I.5.2 Đẳng nhiệt quá trình hấp phụ.
             

I.5.2.1. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir.

- 
- 


- 





q =

(I.11)
  
*
           
mmol/l

q
m

 l/g



*
<<1, ta có:
q=q
m
bC
*
(I.12)
q
m
bC
*

1 + bC
*


§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
23



*
>>1., ta có:

m
(I.13)









n
*


m


m
và b.
I.5.2.2. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich.
  


q=K
F
(C
*
)
l/n
(I.15)

F
 

F


           





1
q
1

bq
m

1
C
*
1
q
m
C
*
q
C
*
q
m

1
bq
m


=
.
+

=
+
(I.14)
1

n

lgq = lgK
F


lgC
*
+

(I.16)
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
24
            

*


F


I.4.3. Lý thuyết nhiệt động học hấp phụ.



-  (I.17)
 



 (I.18)
Qu



I.5.4. Lý thuyết động học hấp phụ.

- 
- 
- 

 

a. Phương trình bậc nhất biểu kiến của Lagergren dạng tổng quát:

=k
1
(q
e
- q
t
) (I.19)

dq
t
dt
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT
Lª ThÞ Thanh Hµ MSSV: 505303013
25
q

e
,

q
t

k
1


t

t

log(q
e
 q
t
) = logq
e
 (I.20)

e
 q
t


b. Phương trình bậc hai biểu kiến



= k
2
(q
e

t
)
2
(I.21)


2

t và q
t
= q
t

(I.22)


t


t
q
t
1
k
2
q
e
2
t
q
e

dq
t
d
t

K
1
.t
2.303
=
+