Luận văn Biến tính vật liệu bùn đỏ bằng Chitosan, ứng dụng loại bỏ ion kim loại Chì và Niken

Nội dung tài liệu: Luận văn Biến tính vật liệu bùn đỏ bằng Chitosan, ứng dụng loại bỏ ion kim loại Chì và Niken

1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --------------------------------- Lưu Thị Thủy BIẾN TÍNH VẬT LIỆU BÙN ĐỎ BẰNG CHITOSAN, ỨNG DỤNG LOẠI BỎ ION KIM LOẠI CHÌ VÀ NIKEN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA VÔ CƠ TP. HCM – 2021
2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --------------------------------- Lưu Thị Thủy BIẾN TÍNH VẬT LIỆU BÙN ĐỎ BẰNG CHITOSAN, ỨNG DỤNG LOẠI BỎ ION KIM LOẠI CHÌ VÀ NIKEN Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA VÔ CƠ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1: TS. Đinh Văn Phúc Hướng dẫn 2: PGS.TS. Trần Ngọc Quyển TP. HCM – 2021
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố và sử dụng để bảo vệ trong bất cứ một luận văn nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Lưu Thị Thủy i
4. LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đinh Văn Phúc và PGS.TS. Trần Ngọc Quyển, là những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy, Cô trong và ngoài Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ bảo, truyền dạy cho tôi những kiến thức bổ ích, quý báu trong suốt thời gian theo học tại học viện. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ nhân viên thuộc Trung tâm Thiết bị Khoa học và Phân tích Sinh Hóa lý, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, cùng các Thầy, Cô của phòng sau đại học, phòng đào tạo, văn phòng khoa đã giải quyết các thủ tục hành chính để tôi có điều kiện hoàn thành luận văn này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy, các anh, chị phòng thí nghiệm FM&D – Trường Đại học Duy Tân, cùng với các Thầy, Cô, các bạn sinh viên trong phòng thí nghiệm Hóa phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và các anh chị học viên lớp Hóa vô cơ 2019A đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. TP.HCM, ngày 12 tháng 04 năm 2021 Học viên Lưu Thị Thủy ii
5. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng anh Tên tiếng việt Atomic Absorption AAS Phổ hấp thụ nguyên tử Spectrophotometric ALA Aminolevulinic Acid Aminolevulinic Acid Enzyme Delta- Enzyme Delta- ALAD Aminolevulinic Acid Aminolevulinic Acid Dehydratase Dehydratase Bùn đỏ xử lý bằng ARM Acid Activated Red mud axit clohydric Acid-treated activated ATARM Bùn đỏ xử lý bằng axit red mud Đẳng nhiệt hấp phụ- BET Brunauer-Emmett-Teller giải hấp nitơ Bùn đỏ biến tính bởi Ce-RM Ce-Red mud xeri oxit CS Chitosan Chitosan Phổ tán sắc năng lượng EDX Energy-Dispersive X-ray tia X Bùn đỏ đồng nhiệt phân với Fe-C-CO2 Red mud-Biochar-CO2 vỏ cam trong môi trường cacbon dioxit Bùn đỏ đồng nhiệt phân với Fe-C-N2 Red mud-Biochar-N2 vỏ cam trong môi trường nitơ iii
6. Fourier-transform infrared Phổ hồng ngoại biến đổi FT-IR spectroscopy Fourier HS Enzyme Heme Synthetase Enzyme Heme Synthetase Iron oxide-coated acid- Bùn đỏ xử lý bằng axit và IOCATARM treated activated red mud phủ oxit sắt từ La-RM La-Red mud Bùn đỏ biến tính bởi lantan Bùn đỏ biến tính bởi Mg-RM Mg-Red mud magie clorua MG5 Methylene Green5 Methylene Green5 pHPZC pH Point of Zero Charge pH tại điểm đẳng điện RM Red mud Bùn đỏ RM/CS Red mud/Chitosan Bùn đỏ/Chitosan RM500 Red mud 500 ℃ Bùn đỏ xử lý nhiệt ở 500 ℃ Bùn đỏ được trộn với laterit RS-10 Red mud/Laterit/Silicagel-10 và silicagel với tỉ lệ 45 : 45 : 10 Bùn đỏ được trộn với laterit RS-15 Red mud/Laterit/Silicagel-15 và silicagel với tỉ lệ 42,5 : 42,5 : 15 Bùn đỏ được trộn với laterit RS-5 Red mud/Laterit/Silicagel-5 và silicagel với tỉ lệ 47,5 : 47,5 : 5 iv
7. Scanning Electron SEM Kính hiển vi điện tử quét Microscope Bùn đỏ được trộn với laterit TC-20 Red mud/Laterit/Silicagel-20 và silicagel với tỉ lệ 40 : 40 : 20 Thermal Gravimetric Phân tích nhiệt trọng lượng TG-DSC Analysis-Differential và phân tích nhiệt vi sai scanning calorimetry Thermal treatment of Red TRM Bùn đỏ xử lý nhiệt ở 600 ℃ mud X-Ray Photoelectron XPS Phổ quang điện tử tia X spectroscopy XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X v
8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Thành phần các loại khoáng chính trong quặng bôxit .................... 4 Bảng 1. 2. Thành phần hóa học của bùn đỏ ..................................................... 4 Bảng 1. 3. Một số hằng số lý học quan trọng của chì .................................... 14 Bảng 1. 4. Một số hằng số lý học quan trọng của niken ................................ 17 Bảng 2. 1. Tỉ lệ khối lượng chitosan và bùn đỏ .............................................. 35 Bảng 2. 2. Điều kiện đo phổ xác định hàm lượng nguyên tố chì và niken theo phương pháp F-AAS ....................................................................................... 39 Bảng 3. 1. Ảnh hưởng của tỉ lệ chitosan đến diện tích bề mặt của vật liệu .... 40 Bảng 3. 2. Thành phần nguyên tố có trong Chitosan, Bùn đỏ và RM/CS ...... 42 Bảng 3. 3. Các giá trị hằng số động học của quá trình hấp phụ Ni(II) ........... 51 Bảng 3. 4. Các giá trị hằng số đẳng nhiệt của quá trình hấp phụ Ni(II) ở các nhiệt độ khác nhau .......................................................................................... 57 Bảng 3. 5. Các giá trị hằng số động học của quá trình hấp phụ Pb(II) ........... 62 Bảng 3. 6. So sánh khả năng hấp phụ Ni(II) bởi các vật liệu khác nhau ........ 66 Bảng 3. 7. So sánh khả năng hấp phụ Pb(II) bởi các vật liệu khác nhau ........ 67 vi
9. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1. Hình ảnh của bùn đỏ ....................................................................... 3 Hình 1. 2. Cấu trúc của chitin và chitosan ..................................................... 11 Hình 1. 3. Các ứng dụng của chitosan ........................................................... 12 Hình 1. 4. Các cơ chế hấp phụ MG5 được đề xuất cho các chất hấp thụ sinh học khác nhau ......................................................................................................... 23 Hình 1. 5. Cơ chế hấp phụ thuốc nhuộm trên vật liệu composite CS – La3+ - MMT ............................................................................................................... 24 Hình 1. 6. Các cơ chế được đề xuất để hấp phụ Cd(II) trên vật liệu ATPCFS- CSEs ................................................................................................................ 25 Hình 2. 1. Quy trình tổng hợp vật liệu RM/CS ............................................... 34 Hình 3. 1. Phổ ghép XRD của Bùn đỏ (a), Chitosan (b) và RM/CS (c) ......... 41 Hình 3. 2. Kết quả phân tích thành phần nguyên tố EDX của chitosan (a), bùn đỏ (b) và RM/CS (b) ....................................................................................... 41 Hình 3. 3. Ảnh SEM của chitosan (a, d), bùn đỏ (b, e), RM/CS (c, f) ở các độ phóng đại khác nhau 2000 lần và 20 000 lần .................................................. 43 Hình 3. 4. Phổ ghép FT-IR của Chitosan, Bùn đỏ và RM/CS ........................ 44 Hình 3. 5. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA-DTG của Bùn đỏ trước và sau khi biến tính bằng Chitosan ...................................................................... 45 Hình 3. 6. Điểm đẳng điện của vật liệu RM/CS ............................................. 46 Hình 3. 7. Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng niken ............................. 47 Hình 3. 8. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) của vật liệu RM/CS ......................................................................................................................... 48 Hình 3. 9. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni(II) của vật liệu RM/CS ...................................................................................................... 49 Hình 3. 10. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Ni(II) của vật liệu RM/CS ......................................................................................... 50 vii
10. Hình 3. 11. Đồ thị động học hấp phụ Ni(II) bởi vật liệu RM/CS ................... 51 1/2 Hình 3. 12. Mối liên hệ giữa Qe và căn bậc hai của thời gian t ................... 52 Hình 3. 13. Phổ FT-IR của vật liệu trước và sau hấp phụ Ni(II) .................... 53 Hình 3. 14. Phổ XRD của vật liệu trước và sau hấp phụ Ni(II) ...................... 54 Hình 3. 15. Phổ TG-DSC của vật liệu trước và sau hấp phụ Ni(II) ................ 54 Hình 3. 16. Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ Ni(II) ở các nhiệt độ khác nhau ......... 56 Hình 3. 17. Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng chì ............................... 58 Hình 3. 18. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu RM/CS ......................................................................................................................... 59 Hình 3. 19. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu RM/CS ................................................................................................ 59 Hình 3. 20. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Pb(II) của vật liệu RM/CS ......................................................................................... 60 Hình 3. 21. Đồ thị động học hấp phụ Pb(II) bởi vật liệu RM/CS ................... 61 1/2 Hình 3. 22. Mối liên hệ giữa Qe và căn bậc hai của thời gian t ................... 63 Hình 3. 23. Dung lượng hấp phụ của vật liệu RM/CS ở các nồng độ đầu Pb(II) khác nhau ......................................................................................................... 64 Hình 3. 24. Phổ FT - IR của vật liệu trước và sau hấp phụ Pb(II) .................. 65 Hình 3. 25. Phổ XRD của vật liệu trước và sau hấp phụ Pb(II) ..................... 65 Hình 3. 26. Phổ TG-DSC của vật liệu trước và sau hấp phụ Pb(II) ............... 66 viii