BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CRÔM(VI) TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU TỔ HỢP LIGNIN POLYVINYL ALCOL

I H C QU C GIA HÀ N I
I H C KHOA H C T
KHOA M

NHIÊN

NG

LÝ
CRÔM(VI)
C B NG V T LI U T
H P LIGNIN - POLYVINYL ALCOL

Khóa lu n t t nghi

i h c h chính quy

Ngành Công ngh K thu t M
o chu n)

Hà N i - 2016

ng


I H C QU C GIA HÀ N I
I H C KHOA H C T

NHIÊN

NG

LÝ
CRÔM(VI)

C B NG V T LI U T

H P LIGNIN - POLYVINYL ALCOL

Khóa lu n t t nghi

i h c h chính quy

Ngành : Công ngh K thu t M

ng

o chu n)

PGS.TS. Tr
TS. Chu Xuân Quang

Hà N i - 2016


L IC
V i lòng bi t n sâu s c, em xin g i l i c m n chân thành n PGS.TS. Tr n
V n Quy, gi ng viên cao c p khoa Mô
ng
ng i h c Khoa h c T nhiên,
-

i

t n tình

ng d n và giúp

em hoàn thành khoá lu n này.

Em xin chân thành c m n TS. Tr n Hùng Thu n, Giám
ngh V t li u
Xuâ

c Trung tâm Công

t o m i i u ki n thu n l i cho em th c hi n khoá lu n. TS. Chu
ng phòng Công ngh và V t li u Mô
ng nhi t tình ch d n

em trong su t quá trình th c hi n khoá lu n và ThS. Nguy n Sáng, cán b Phòng thí
nghi m Phân tích Môi t ng, cùng các cán b t i Trung tâm Công ngh V t li u,
Vi n ng d ng Công ngh

quan tâm giúp

em hoàn thành t t khoá lu n.

Em c ng xin g i l i tri ân t i các th y cô giáo trong b môn Công ngh Môi
ng cùng toàn th các th y cô giáo trong và ngoài khoa Mô
ng

dìu d t,
truy n t ki n th c, d y b o em trong su t th i gian theo h c t i
ng.
Cu i cùng em xin c m n gia
, ng
viên và giúp
em trong su t th i gian qua.

i thân và b n bè

luôn ng h

Hà N i, ngày 01 tháng 06
Sinh viên

ng

6


M CL C

DANH M C T

VI T T T.................................................................................... i

DANH M C HÌNH .................................................................................................. ii
DANH M C B NG ................................................................................................ iv
M

U ....................................................................................................................1
. T NG QUAN .........................................................................................2

1.1.

c th i ô nhi m crôm(VI) và v

ng

1.1.1. Ngu n g c phát sinh
1.1.2.

c th i công nghi p m ch a Cr(VI)

1.1.3.

ng c

c th i ch

ng và s c kho con

i
1.1.4.

lý crôm

1.2. V t li u h p ph
1.2.1. Lignin
1.2.2. Polyvinyl alcol

1.2.3. V t li u t h p lignin - PVA
.
2.1.

U .......................16
ng nghiên c u

2.2.

u

2.2.1. Ch t o v t li u
2.2.2. Kh

c tính v t li u

2.2.3. Kh o sát m t s y u t

ng t i kh

p ph c a v t li u

2.2.4. D ng c và hoá ch t
. K T QU VÀ TH O LU N .............................................................23
3.1.

c tính v t li u
p ph

3.2.1. Th i gian

t cân b ng h p ph

3.2.2.

ng c a pH t i kh

3.2.3.

ng c a n

3.2.4. Mô hình h p ph

p ph

Cr(VI) t i kh

p ph

ng nhi t
t li

i và t h p lignin

PVA

K T LU N VÀ KHUY N NGH .........................................................................42
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................43

DANH M C T

VI T T T

BOD
COD
FTIR

Nhu c u oxy sinh hoá (Biochemical oxygen demand)
Nhu c u oxy hoá h c (Chemical oxygen demand)
h ng ngo i (Fourier transformed infrared)

GAC
IARC

Than ho t tính d ng h t (Granular activated carbon)
c t nghiên c u v
(International Agency
for Research on Cancer)

L-CN
L-PVA
PE
PVA
SEM
WHO

Lignin th ng m i
T h p lignin- PVA

Polyetylen
Polyvinyl alcohol
n t (Scanning electron microscope)
T ch c y t th gi i (World Health Organization)


DANH M C HÌNH
Hình 1.
Hình 2.

công ngh m v i các dòng th i c a quá trình [8] ...............................2
n c a lignin [13, 14] ..........................................................10

Hình 3. C u trúc lignin và các liên k t quan tr ng [13] ............................................12
Hình 4. C u trúc c a polyvinyl alcol ........................................................................13
Hình 5.
tinh ch lignin công nghi p................................................................17
Hình 6.
ch t o v t li u L-PVA ......................................................................18
Hình 7. Hình nh SEM c a v t li u t l
i 30000 l n .................................23
Hình 8. Ph h ng ngo i (FTIR) c a lignin công nghi p tinh ch .............................24
Hình 9. Ph h ng ngo i (FTIR) c a lignin- PVA .....................................................25
Hình 10. S
màu c a dung d ch theopH ................................................26
Hình 11.
ng c a th
n hi u su t h p ph Cr(VI) trên các v t li u
h p ph L-CN và L-PVA ..........................................................................................28
Hình 12. S ph thu c c a

ng h p ph crôm(VI) trên các v t li u L-CN và
L-PVA vào th i gian .................................................................................................28
Hình 13.
ng c
n kh
p ph c a lignin và t h p lignin
PVA ...........................................................................................................................31
Hình 14. Hi u su t h p ph Cr(VI) c a v t li u L-CN theo th i gian các n
Cr(VI) khác nhau.......................................................................................................32
Hình 15. Hi u su t h p ph Cr(VI) theo th i gian c a v t li u h p ph L-PVA các
n
Cr(VI) khác nhau.........................................................................................33
Hình 16. nh
ng n
ng h p ph Cr(VI) c a
v t li u L-CN.............................................................................................................34
Hình 17. nh
ng n
ng h p ph Cr(VI) c a
v t li u L-PVA ..........................................................................................................35
Hình 18.
ng nhi t h p ph Cr(VI) trên v t li
i ...........36
Hình 19.
ng nhi t h p ph Cr(VI) trên v t li u L-PVA ............................36
Hình 20.
th d ng tuy n tính bi u di n m i quan h gi a Ce /qe và C0 theo mô
hình h p ph
ng nhi t Langmuir ...........................................................................37
Hình 21.

th d ng tuy n tính bi u di n m i quan h gi a ln(qe) và ln(Ce) theo mô
hình h p ph
ng nhi t Freundlich ..........................................................................37
Hình 22.
th d ng tuy n tính bi u di n m i quan h gi a Ce /qe và C0 theo mô
hình h p ph
ng nhi t Langmuir ...........................................................................39


Hình 23.
hình h p ph

th d ng tuy n tính bi u di n m i quan h gi a ln(qe) và ln(Ce) theo mô
ng nhi t Freundlich ..........................................................................39


DANH M C B NG
B ng 1. M t s ch tiêu ô nhi

c th i m

n ..........................................4

B ng 2
ng h p ph Cr(VI) c a m t s v t li u [18] ...................................7
B ng 3. Tính ch t v t lý PVA [10] ...........................................................................14
B ng 4. B ng các d ng c , thi t b s d ng trong quá trình thí nghi m...................22
B ng 5. Các hoá ch t s d ng trong quá trình thí nghi m ........................................22
B ng 6. S
màu c

c ngâm các v t li u Lignin theo pH ...............26
B ng 7. Kh
B ng 8.

p ph c a v t li u lignin, lignin-PVA theo th i gian .............27
ng c a pH t i kh
p ph Cr(VI) c a L-CN và t h p lignin

- PVA.........................................................................................................................30
B ng 9.
ng c a n
Cr(VI) t i kh
p ph c a L-CN theo th i
gian ............................................................................................................................32
B ng 10.
ng c a n
Cr(VI) t i kh
p ph cùa L-PVA ..........33
B ng 11. Các thông s c a quá trình h p ph Cr(VI) trên v t li u lignin theo mô hình
Langmuir và Freundlich ............................................................................................38
B ng 12. Các thông s c a quá trình h p ph Cr(VI) trên v t li u t h p lignin PVA
theo mô hình Langmuir và Freundlich ......................................................................40
B ng 13.

i và t

- PVA ...................................41


Khoá lu n t t nghi p

ng

M

i h c Khoa h c T nhiên

U

Cùng v i s
ng m nh m c a n n kinh t , tình tr ng ô nhi m môi
ng ngày m t di n ra nghiêm tr
c bi t là ô nhi m ngu
c gây ra b i
ho
ng s n xu
i n gây ô nhi m mô

i s ng nói chung và ngành m
ng cao b i các y u t

kim lo i n ng

c th i. Chính vì v y, v

n nói riêng. Công ngh m
c bi t là các ion
ng trong công ngh m

t ra nhi u câu h i l

i v i các nhà khoa h
i s tìm tòi, nghiên c u,
sáng t o các gi i pháp kh c ph
ng c a nghành m , v
phát sinh các
ngu n th

c th i ch

Có nhi

ng kim lo i n ng cao.

lý kim lo i n
p ph

tt

i
p ph

c quan

tâm, v i nhi u công trình khoa h c v v t li u h p ph
c công b
c t . Vi c lo i b kim lo i n ng nói chung và crôm
c th i
công nghi p m b
p ph
c quan tâm.

,v
nghiên c u tìm ki m v t li u h p ph có s n trong t nhiên r
c chú ý. Vì v y,
vi c l a ch n và th c hi
tài B
lý crôm(VI)
c b ng v t li u t h p lignin - polyvinyl alcol
h c và th c ti n.
M c tiêu nghiên c u:
c c a v t li u t h p lignin

c kh
PVA t ng h p

n thi t,

x lý Cr(VI)
c trong phòng thí nghi m.

khoa

ng

N i dung nghiên c u bao g m:
Ch t o v t li u t h p lignin - PVA trên v t li u mang;
a v t li u h p ph ch t
c;
Kh o sát m t s y u t
n kh
h p ph Cr(VI) trong

c c a v t li u t h p lignin - PVA ch t o
c và c a v t li u lignin
i (th
t cân b ng h p ph , pH c a dung d ch, n
Cr(VI) trong dung d
u);
so sánh t i tr ng h p ph c
i và mô hình h p ph Cr(VI)
c a v t li u t h p lignin i.

1

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

1. T NG QUAN
1.1.
c th i ô nhi m crôm(VI) và v
1.1.1. Ngu n g c phát sinh
S d ng thành qu
Brugnatelli

ng

c a Alessandro Volta, nhà hóa h c Ý Luigi V.
o ra l p ph
n hóa u tiên. Hi n nay công ngh

c ng d ng r ng rãi trong nhi

cc

Làm s ch b

V tc nm

i s ng và công ngh .
B ir

c

B i kim lo i

Mài nh
dung môi

Kh d u m

HCl, H2SO4,

Làm s ch b

NaOH

pháp hoá h

Zn(CN)2
ZnCl2
ZnO
NaCN
NaOH

c th i ch a
d um

n hoá

ki m

CuSO4,Cu(CN)2
NaCN, H2SO4
Ch t m
bóng
NiSO4,

M k m
CN-, Zn+
axit

M

Axit, mu i

vàng, b c

H2SO4, CrO3

M niken
Ni2+
axit

ng

M
Cr6+
axit

M vàng,
b c
CNaxit

CNmu

ng

c th i ch a axit
CN-, kim lo i n ng
Hình 1.

công ngh m v i các dòng th i c a quá trình [8]
2

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

c th i phát sinh t
v
1.1.2.

i h c Khoa h c T nhiên

n làm s ch b m

n m và

c

ng, thi t b .
c th i công nghi p m ch a Cr(VI)

Thành ph
m niken, m thi

c th i m
n ph thu
(
crôm,

),
ng ch a các mu i hòa tan c a kim lo i, ph pH r ng,

ngoài ra còn có thành ph
m
n g m các thành ph n cyanua, Cr(VI), axit/ ki
r a.
ng
c tách thành 3 dòng th i chính:
- Dòng th i ch a ki m/ axit: N
ki
ngh m ;

2CO3

.
c th i
c th i t p trung, ch t t y

c th i có ch

2SO4,

HCl, HNO3,

i, pH kho ng t 1-10 tùy t ng công

- Dòng th i ch a Cr(VI) v i n
r t cao, ngoài Cr
c th i có th có

2+
các ch
, Cu2+, Ni2+, Zn2+
2SO4, HCl, HNO3 và m t s t p ch t
hóa h c t ng n
có th t 30 - 300 mg/L, pH = 1 - 7.
- Dòng th i ch a xyanua: Ngoài thành ph n chính là CN- còn m t s ph c c a
xyanua v i k
i, mùn, ch t t y r a, ch t h
cyanua n m trong kho ng 5 - 300 mg/L, pH > 1. Ngoài ra còn ch a m t s t p ch t
c.
Ngoài 3 dòng th i trên
c th i ngành công nghi p m còn ch a các ch t
u m , ch t t y r a, dung môi h
tr
ng, cát, r
c th i m
n có ch a nhi u thành ph n khác nhau, s bi
các ch t r ng,
th hi n trong B ng 1.

3

K57 Công ngh

in

ng

Khoá lu n t t nghi p

ng

B ng 1. M t s ch tiêu ô nhi m trong
STT Thông s

i h c Khoa h c T nhiên
c th i m

c th
qua x lý

n

QCVN 40:
BTNMT
A

B

2011/

1

pH

-

3 - 11

6-9

5,5 - 9

2

BOD5 (200C)

mg/L

200 - 400

30

50

3

COD

mg/L

400 - 600

75

150

5

Cr(VI)

mg/L

5 - 50

0,05

0,1

6

Cr(III)

mg/L

5 - 20

0,2

1

7

ng

mg/L

15 - 200

2

2

8

K m

mg/L

20 - 150

3

3

9

Niken

mg/L

5 - 85

0,2

0,5

10

S t

mg/L

1,0 - 50

1

5

11

Xianua

mg/L

1 - 50

0,07

0,1

ng c
c tính c a crôm

c th i ch a crôm

1.1.3.

ng và s c kho

i

Nhìn chung, s h p th c a crôm tu thu c vào tr ng thái oxy hoá c a nó [1].
Cr(III) là m t ch
ng thi t y
s ng s d ng
ng, protein và
ch t béo. S thi u h t nó có th sinh ra b nh g i là thi u h
c l i Cr(VI)
l ir
c. Trong quá trình chuy n hoá thành Cr(III), Cr(VI) t o ra g c OH t do
mang n
ng có th làm t bi n ADN. Cr(VI) b h p thu nhi
Cr(III) (m c
h p th còn tu thu c vào d ng và h p ch t mà nó s h p th ) và còn có th th m
qua màng t bào. N u Cr(III) ch h p th 1% thì crôm(VI) h p th
n 50% [18].
ng.
c ch
i v i sinh v
c, tiêu di t các sinh v t phù du,
gây b nh cho cá và bi
i các tính ch t lý hoá c
c, t o ra s tích t sinh h c
i theo chi u dài chu i th
Khi n
crôm
l n, sinh v t có th

b ch t ho c thoái hóa, v i n
nh có th gây ng
c mãn tính ho c tích t sinh
h c,
n s s ng c a sinh v t v lâu dài.
n ch
ng cây
tr ng, v t nuôi canh tác nông nghi p, làm thoái
t do s ch y tràn và th m c a
c th i.

4

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i v i h th ng x
ho

i h c Khoa h c T nhiên

c th i, c n tách riêng n u không s

ng

ng c a vi sinh v t khi th c hi n x lý sinh h c. Ngoài ra, gây
ng ng d
c, gây
c h th ng c ng rãnh.
nh h

n
n

i

Cr(VI) xâm nh
xúc v
ng xâm nh

ng: hô h p, tiêu hoá, và khi ti p
o th i c a crôm
i ch y u qua

ng tiêu hoá [1, 18].
d gây bi n ch
phát tri n t

ng lên t bào, lên mô t o ra s
].

Các nghiên c u cho th y con ng

i h p th Cr(VI) nhi u h n Cr(III)

c tính

c a Cr(VI) cao h n Cr(III) kho ng 100 l n
c th i sinh ho t ch a crôm kho ng
0,7
à ch y u d ng Cr(VI), có c tính v i nhi u lo i ng v t có vú. Cr(VI)
dù v i m t
ng nh c ng gâ
cv i
i [1]. N u crôm có n ng l n h n
giá tr 0,1 mg/L s gây r i lo n s c kho nh nôn m a.
Cr(VI) và các h p ch t c a Cr(VI) ch y u gây các b nh ngoài da nh : loét
da, viêm da ti p xúc, xu t hi n m n c m. Khi crôm xâm nh p
ng hô h p
d d n t i b nh viêm y t h u, viêm ph qu n, viêm thanh qu n do niêm m c b kích
thích (sinh ng a m i, h t h i, ch y
c m i), th ng vách ng n lá mía, ung th ph i
[18].
Nhi m c crôm còn có th gây ung th gan, viêm gan, viêm th n, au r ng,
tiêu hoá kém, gâ
c cho h th n kinh và tim.
1.1.4.

lý crôm

, quá trình oxi hóa chuy
i Cr(VI) thành Cr(III).
2Các ch
ng là Fe(0), Fe (II), Mn (II), S , CH4 và các ch t h u

xit humic, axit fulvic các axit amin (Palmer và Wittbrodt, 1991).
Mangan(II, IV) hidroxit và oxit c a nó là ch t oxy hóa ch y u. Palmer và
Wittbrodt (1991) ch ra r ng t
oxi hóa c a Cr(III) b i MnO2 trên m
di n
tích t l v i di n tích b m t, t l kh
gi m pH. Nghiên c
ra r
t vai trò quan tr ng trong quá trình oxy hóa [18].

5

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p
N

ng

i h c Khoa h c T nhiên

u ki n không thu n l

c l i có

th x y ra. Quá trình oxy hóa chuy n Cr(VI) thành Cr(III) b
oxy hoá, ch t kh và pH.

Cr(III)
(James et al., 1997) [18].

ng b i các ch t

t o thành h p ch t (ph c) v i các ch t h

t t a hoá h c
x lý Cr
c h t ph
Cr(VI) v d ng Cr(III) trong mô
ng
axit m nh (pH < 2, th i gian ph n ng nhanh kho ng 10 phút) s d ng các ch t kh
4,

SO2, Na2S2O3

t t a Cr(III)

pH trung tính. N

c

th i có ch a các thành ph n oxy hóa, Cr(III) có th b oxi hóa tr l i thành Cr(VI).
Cân b ng hóa h c gi a tr ng thái r n và hòa tan c a crôm
c s d ng trong quá trình x lý. K t t a c a Cr(III) xu t hi
FeCr2O4, FexCry(OH)3 [18].

kh

i d ng Cr(OH)3,

K t t a/hòa tan c a crôm ph thu c pH, kh
o ph c v i các ch t h u
có m t c a m t s ion khác. Ch t h
t o ph c v i crôm làm cho
t t a và h p ph
t t a Cr(III)
chuy n

hoá Cr(VI) thành Cr(III)

nh lu t Le Chatelier) [6].

c th i sau khi trung hòa t o thành các k t t
pháp l ng [18].

c tách ra b

i ion
Các lo i nh
hình ho c là m
nh a b tr

nhiên ho c nh
ng là -Cl- ho c OH-.

lo i b Cr(VI) là nh
n
i resin [18]. Các ion trong

Nh

ng có hi u qu trong các giá tr pH th p vì Cr(VI) s
i là HCrO4-, Cr2O72- ch không ph i là CrO42-, t l v
i ion
và ion lo i b là 1:1. Khi có m t CrO42- hai v
cs d
lo i b
m t Cr(VI). Cr(VI) có ái l c l n v
i ion nên các ion (SO42-,
NO3-, Cl-) ít
ng t i kh
i [18].
Vi c tái sinh nh
thu h i và tái s d ng.

c th c hi n v i NaCl ho c NaOH. Cr(VI) có th

6

K57 Công ngh

c

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

p ph
Nhi u ch t h p ph
c nghiên c
ng th i có th t n d ng v t li u ph th

xu
lo i b Cr(VI) chi phí th p
c bi t ph ph m trong nông nghi p.

Kh n ng h p ph Cr(VI) c a m t s v t li u
B ng 2.
Lo i

c th hi n trong B ng 2.

ng h p ph Cr(VI) c a m t s v t li u [18]

V t li u h p ph

Ngu n

Dung
ng
h p ph

Chitosan

Chitosan

Masri et al., 1974

27,3

Sét

H n h p tro bay và
wallastonite

Panday et al., 1984

0,271

Sét

Bentonite bi n tính

Cadena et al., 1990

57

Sét

Bentonite

Khan et al., 199; Cadena et
al., 1990

0,512; 55

X d a

X d a

Manju and Anirudham, 1997

50

Sinh kh i

T o xanh

Roy et al., 1993

162,23

Sinh kh i
ch t

V tr u

Roy et al., 1993

164,31

Rêu bùn

Than bùn

Tummavuori and Aho, 1980

43,9

Tannin

V qu óc chó

Orhan and Büyükgüngör,
1993

1,33

Tannin

Bã cà phê

Orhan and Büyükgüngör,
1993

1,42

Tannin

V qu h ch

Orhan and Büyükgüngör,
1993

1,47

Tannin

Bã trà

Orhan and Büyükgüngör,
1993

1,55

Tannin

Mùn c a

Bryant et al., 1992; Dikshit,
1989; Zarraa, 1995

10,1;
16,05;
4,44

Zeolite

Zeolite b sung
EHDMA

Santiago et al., 1992

0,42

ch t

7

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

Zeolite

Zeolite b sung CETYL

Santiago et al., 1992

0,65

Nhi t phân
mùn c a

Nhi t phân mùn c a

Hamadi et al ., 2001

20,0924,65

Cacbon

Than ho t tính d ng h t
F400

Hamadi et al ., 2001

19,1326,25

V t li u h p ph cacbon ho t tính (GAC)
Cr(III) h p ph

n trên b m t GAC, h p ph Cr(VI) b

m
n tích. M i lo i GAC có kh
ng h p ph than ho t tính GAC 400 h p ph t
h p ph CrO42-, HCrO4-, Cr2O7tính làm t
a (pznc = 7,5) có kh

ng c a

i b crôm khác nhau,
pH 5 - 6. GAC có th

h p ph t t nh t i v i HCrO4-. Than ho t

i b t t nh t pH = 2 [18].

Tu
c ph bi n vì GAC h p ph Cr(VI) ch u
ng
r t l n c a pH, yêu c u ph i b sung ch t hóa h c ti n x
gi m pH. Trong quá
trình tái sinh v t li u h p ph
ng Cr(VI) trên ch t h p ph s
c gi i phóng t o
ra m t dòng th i th c p, yêu c u c
cx
ôi khi GAC sau khi h p ph crôm
s

c v n chuy

chôn l p thay vì tái sinh.
c màng

Màng l c bán th
c s d ng trong x
l c các cation, anion và
các h p ch
c, bao g m c HCrO4- và CrO42-. Kh
c c a màng
ph thu c vào áp l c l c. D a vào tính ch
c th i mà ta l a ch n màng l c
v i các thông s khác nhau. M c dù màng l
cs d

u ra có
tinh khi t cao nh
th ng ph i ho t ng m t áp l c cao. Chính vì v y,
l
c quan tâm trong công ngh x lý Cr(VI).
nghi m màng l c nano lo i b crôm. Do b m t
n tích âm nên Cr(VI) và các anion b
y b i màng. Khi n
ion
c a dung d
u ng này t ng nên kh n ng lo i b Cr(VI) gi m. Kh
n ng lo i b crôm t
[18].
Vi l c, siêu l c không hi u qu trong quá trình x lý Cr(VI) do Cr(VI) là ion
c quá nh
có th s d ng hi u qu công ngh vi l c, siêu l c trong
x lý Cr(VI)
n ti n x lý, cho Cr(VI) ph n ng t o ph c v i các phân
t l
Theo nghiên c u c a Bohdziewicz và c ng s (2000), khi s d ng
n ti n x lý, màng siêu l c có kh
i
8

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

b Cr(VI)

ng

i h c Khoa h c T nhiên

t 98% (Bohdziewicz, 2000). Màng vi l c

b k t t a Cr(III) trong

ng

cs d

lo i

c th i công nghi p [18].
n hóa

S d ng quá trình oxi hóa

anot và kh

n m t chi
qua, có th
c th i Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cr6+, Cu2+.

catot, quá trình này x y ra khi cho

d

lo i b các kim lo i n ng trong

Các kim lo i n ng bám dính, k t t
h p ch t crôm

c thu h i. Quá trình kh

c th i ch a H2Cr2O7, pH t

ng 2 [8]. Ph n ng

x
Cr2O72- + 14H+ + 12e

2Cr + 7H2O

c
D a trên nguyên t c m t s loài th c v t, vi sinh v
lo
ng c a quá trình phát tri n sinh kh
P
c ph i có n
kim lo i n ng nh
sung ch
ng (nit , ph tpho) và các nguyên t
tri n c a các loài th c v
có l n nhi u kim lo i thì hi u qu x lý kém [7, 18].

c s d ng kim

y, bèo ong, t
ph i b
ng c n thi t cho s phát
n di n tích l n,

c th i

S d ng vi sinh v t
Các vi sinh v t có kh
c Cr(VI) thành Cr(III) bao g m:
Psuedomonas, Micrococcus, Escherichia, Enterobacter, Bacillus, Aeromonas,
Achromobacter, Desulfomamaculum (McLean và Beveridge, 1999), t o (Cervantes
et al., 2001), n m men và n m [18].
Các y u t
n kh
c a vi sinh v t, bao g m oxy hòa tan,
n
cacbon h
h p thu c a sinh v
i v i crôm. Sinh v t
tham gia quá trình kh có th là vi sinh v t hi u khí ho c vi sinh v t k
ph n
u nh y c
iv
u ki n y m khí, ph n ng kh sinh
h c b c nh tranh b i ph n ng kh
i gian,
th
bi
i thành CO2

HCO3-, ho c do ph n ng oxi hóa kh tiêu th axit.
S d ng th c v t

sinh kh

h p thu crôm vào g c, r và mô trên m
i d ng Cr(III), khi thu ho ch th c v t, crôm
9

K57 Công ngh

t, nó tích tr trong
c lo i b . Th c
ng


Khoá lu n t t nghi p
v

làm n

ng
nh crôm

i h c Khoa h c T nhiên

tb im ts

chuy

i crôm v

d ng Cr(III).
Th c v t chuy

i Cr(VI) v d ng Cr(III)

gi
c tính c
nh trong sinh kh i, mô th c v t, cây tr ng, sau thu ho

ng th i gi m
lý n u crôm
c cô l p.

cc

1.2. V t li u h p ph
1.2.1. Lignin
Lignin là m t ph c h p ch t hóa h c ph bi
c tìm th y trong h m ch
th c v t, ch y u là gi a các t bào, trong thành t bào th c v
là ch t liên k t trong thành t bào th c v t, liên k t ch t ch v i m ng cellulose và
hemicellulose. Lignin là m t trong các polymer h
bi n nh
t, ch
sau cellulose và hemicellulose, chi m kho ng 15 - 25% kh
ng sinh kh i th c
v t. Lignin không ph i là c
t ch t ch v

t o nên màng t bào giúp th c v t c ng ch c và giòn. Th c v
ng lignin
tích t càng l n và là m t trong các thành ph n b phân h y lâu nh t c a th c v t sau
khi ch

r

t ph n l n ch t mùn b sung ch

t [9].

C u trúc
C u trúc c a lignin khá ph c t
c hình thành t
phenylpropene.
c
n lên lignin là coumaryl alcohol, sinapyl
alcohol và coniferyl alcohol (Hình 2). [7].

Hình 2.

n c a lignin [13, 14]

10

K57 Công ngh

ng

Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

Trong t nhiên các monomer này b oxy hóa b i peroxidedase t o thành các
g
thành m t polyler ph c h p ba chi u.

p t i nhi

m ph n ng t o

Các liên k t C-O quan tr
-O-4, -O-4 và 4-O-5; liên k t C5, 5-5, -1, và liên k t - (Hình 3). Ngoài ra các nhóm ch c c u t o lên lignin bao
g m methoxyl, phenolic hydroxyl, aliphatic hydroxyl, và các nhóm cacbonyl khác.
Các nhóm ch c
n ho t tính c a lignin bao g m nhóm phenolic
hydroxyl t do, methoxyl, benzylic hydroxyl, ether c a benzylic v
u m ch
th ng và nhóm carbonyl [13].
Lignin t o liên k t hóa h c v i hemicellulose và ngay c v
không nhi
b n hóa h c c a nh ng liên k t này ph thu c vào b n ch t liên
k t, c u trúc hóa h c c a lignin và các g
ng tham gia liên k t. Carbon alpha
(C ) trong c
o liên k t cao nh t v i kh i
hemicellulose.

cl
ng n m m
acid 4-Ong liên k t v i lignin. Các liên k t có
th là ether, ester (liên k t v i xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay
glycoside (ph n ng gi a nhóm kh c a hemicellulose và nhóm OH phenolic c a
lignin).
C u trúc hóa h c c a lignin r t d b
u ki n nhi
cao và
pH th
u ki n trong quá trình ti n x lý b
c. nhi
ph n ng
o
C, lignin b k t kh i thành nh ng ph n riêng bi t và tách ra kh i
cellulose. Nh ng nghiên c
i v i g c ng, nhóm ether -O-4
aryl b phá h y trong quá trình n
ng th
i v i g m m, quá trình n
làm b t ho t các nhóm ho
ng c a lignin v trí
các nhóm này b oxy hóa thành carbonyl ho c t o cation benzylic, cation này s ti p
t c t o liên k t C-C [13].
C u trúc c
ng, tùy thu c vào lo i g , tu i c a cây ho c c u trúc
c a nó trong g . Ngoài vi
c phân lo i theo lignin c a g c ng, g m m và c ,
lignin có th
c phân thành hai lo i chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringyl lignin.

G m m ch a ch y u là guaiacyl, g c ng ch a ch y u syringyl. Các nghiên c u
ra r ng guaiacyl lignin h n ch s
c
i và vì v y lo i nguyên
li
khó b t n công b

11

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

Lignin có c u trúc ba chi

i h c Khoa h c T nhiên

nh hình hay còn g i c

không du i xo n trong dung d ch và bao h c quanh h
v ng. Khi ghép v i các amin t o thành s n ph n có c

nh hình,

t o thành c u trúc b n

nh hình có l i cho hi u

su t và quá trình h p ph . Ngoài ra các nhóm ch a nito có th
p
ph kim lo i n ng do g c ch a nito có ái l
t o liên k t v i các ion kim lo i
có tính axit [5, 7, 13].
Tùy thu c vào ngu
lý

u mà lignin có tính ch t
s s d ng công th c hóa h c cho phù h p.

Hình 3. C u trúc lignin và các liên k t quan tr ng [13]
Tính ch t v t lý
Lignin có c
nh hình, kh
trùng h p v i n = 25 - 45, liên k t gi
12

ng phân t t 4000 -10000, m
lignin r t ph c t p. B n ch t c a
K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

nh ng liên k
1600
c c tím [19].

y
u nhi t khá t

140 -

i kém b n v i tia

Tính ch t hóa h c
c mà
n v ng trong t nhiên,
t keo g n h t cellulose và hemicellul
i tác d ng c a
ki m bisulfitnatri và axit sulfuric, lignin có ph n nào suy thoái và chuy n thành hòa
tan.
Lignin có th tham gia vào các ph n ng oxy hóa phá v chu i cacbon, t o
thành axit béo, ph n ng hydro hóa, ph n ng kh , ph n ng v i halogen, axit nitric,
ph n ng methyl hóa. Bên c
ng nhóm ch
t v t li u h p ph
lo i b kim lo i n ng ra kh
c [5, 9, 10].
ng d ng
L

c s d ng vào nhi
t ng h p, ch t liên k t, ch
li
t có ti
].

vi c ng d

c nhu m, sàn
t ng h p v t

1.2.2. Polyvinyl alcol
C u trúc c a polyvinyl alcohol
(PVA) nh Hình 4.
D a vào m
th y phân, PVA
c chia thành hai lo i: PVA th y phân
m t ph n và PVA th y phân hoàn toàn.
PVA có c u trúc không gian nh
isotactic, syndiotactic hay atactic. T ng
h p PVA b ng cách th y phân polyvinyl
formate thì PVA t o ra
d ng
syndiotactic, th y phân polyvinyl
benzoate t o PVA d ng isotactic, th y
phân polyvinyl acetate t o h n h p ba
lo i syndiotactic, isotactic và atactic
y u [10, 12].

13

Hình 4. C u trúc c a polyvinyl alcol

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

Tính ch t v t lý
nhi
hóa, có th
PVA

ng PVA là ch t r

m m
k t tinh. M t s tính ch t v t lý c a

c th hi n trong B ng 3.
B ng 3. Tính ch t v t lý PVA [10]

D ng

B t

Màu s c

Tr ng t i kem

T tr ng riêng, g/cm3

1,27 - 1,31

Th tích riêng, in3/lb

22,9 - 21,1

Ch s khúc x , nD25

1,49 - 1,53
o hóa, %

b

o hóa, psi

c
Nhi

i 600
i 22000

o hóa, Shore

10 - 100
o hóa, 0C

hàn g n nhi
o hóa, 0C

Nhi

165 - 210
100 - 150

b n nhi t, trên 100 0C

Làm th m màu ch m

trên 1500C
Trên 2000C

Làm th m màu nhanh
Phân h y

b n b o qu n (m

Không gây h ng

H s dãn n nhi t, 0- 450C

7.10-5 - 12.10-5

Nhi t dung riêng, cal/g/0C

0,4

Tính b t cháy

Cháy v i t

c a gi y

ng c a ánh sáng

Không

ng

ng c a axit m nh

Hòa tan ho c phân h y

ng c a ki m m nh

Ch y m m ho c hòa tan

ng c a axit y u

Ch y m m ho c hòa tan

ng c a ki m y u

Ch y m m ho c hòa tan

ng c a dung môi h

Không

ng

Các tính ch t quan tr ng nh t c a PVA là kh
c, d t o
màng, ch u d u m
b n kéo cao, ch
ng k t dính tuy t v i và
kh
t tác nhân phân tán
nh [10].

14

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

Lo i ancol thu
Kh

i h c Khoa h c T nhiên

c coi là tan trong

c l nh; lo i ancol thu phân m t ph n tan c
t hàm c a kh

c nóng và không tan
c l nh.
ng phân

ng phân t , kh

t càng th p thì polyme càng d tan.
c hoà tan trong

c khi s d ng nên kh

o

màng c a chúng r t quan tr ng trong h u h t các ng d ng. Màng và l p ph PVA
không c n chu k
n, s t o màng d dàng x y ra b
kh i dung d ch.
Màng PVA h

m t t c các lo i khí, tr

m và NH3.

1.2.3. V t li u t h p lignin - PVA

t lignin có kh

u d ng b t m n, nhi u nghiên c u khoa h c ch ng
p ph m t s kim lo i n
Cr(VI). Tuy nhiên,
i có kh
c pH ki m. Trong quá trình h p ph

m c dù có th lo i b
c kim lo i n
c p, sau quá trình h p ph
màu c a dung d

ng th

o ra dòng th i th

D a vào tính ch t t o màng c a PVA, trong quá trình ph i tr

ng nh t h n

h p b t lignin, PVA nhi
900C t o ra d ch keo. Khi h th p nhi
d ch keo,
c t o thành và mang lignin trong c u trúc. Sau màng
c t o liên
k t
h n ch kh n

c c a v t li u. T h p ligninc
t o thành
c ph lên v t li u mang.

15

K57 Công ngh

ng


Khoá lu n t t nghi p

ng

i h c Khoa h c T nhiên

.
2.1.

U

ng nghiên c u
V t li u sodium ligninsulfonate do công ty Khang Nghi Chemical s n su t,
hàm
ng 65%, xu t s Trung Qu c.
Polyvinyl alcol d ng b t, s n xu t b i công ty TNHH Kararay, Singapore.
V t li u lignin-

c t ng h p t l 1 : 1 v kh

ng.

Dung d ch g c Cr(VI) n
20; 50; 200ppm
c pha t K2Cr2O7 trong
phòng thí nghi m t i Trung tâm Công ngh V t li u.
2.2.

u
th c hi n n i dung nghiên c

d ng m t s

c u sau:
p và t ng h p tài li u
Các s li u, tài li
n n i dung nghiên c
c thu th p, t ng h p
và k th a nhi u ngu n thông tin khác nhau t sách, báo, báo cáo khoa h c, lu
khoá lu
t
n và t các website trên internet.
ng h p và phân tích s li u

bi u

D a trên c s các k t qu nghiên c u, ti n hành thi t l p các b ng s li u và
giá kh n ng x lý Cr(VI) c a v t li u ch t o dc.

Phân tích Cr(VI)
c b ng ph ng pháp so màu quang i n d a trên
ph n ng t o ph c màu
tím c a Cr(VI) v i Diphenylcarbazide trong mô
ng
axit (pH = 1 ± 0,3) [4, 20]. Dung dung d ch t o ph c màu
c o quang
c sóng
540nm b ng máy
i phòng thí nghi m, Trung tâm Công ngh V t li u.
2.2.1. Ch t o v t li u
Tinh ch lignin công nghi p
S d ng p
mô t nh trên Hình 5.

t t a lignin b ng axit H2SO4. S

16

K57 Công ngh

quy trình

c

ng