Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất Chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II))

Chia sẻ: Minh Van Thuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:232

Thêm vào BST

Báo xấu

206
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất Chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) nhằm nghiên cứu, điều chế được Chitosan biến tính dạng vảy bền trong mồi trường acid có khả năng hấp phụ cao các ion kim loại; Xác định được các đặc tính hấp phụ của các vật liệu vừa điều chế đối với các ion kim loại U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) trong dung dịch nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất Chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II))

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ------------  ------------ HỒ THỊ YÊU LY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA PHÂN TÍCH ĐÀ LẠT - 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ------------  ------------ HỒ THỊ YÊU LY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH Mã số: 62.44.29.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA PHÂN TÍCH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN MỘNG SINH 2. PGS.TS. NGUYỄN VĂN SỨC ĐÀ LẠT - 2014
LỜI CAM ĐOAN Luận án Tiến sĩ Hóa học “Nghiên cứu điều chế và sử dụng hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II))” do tôi thực hiện một cách trung thực. Những kết quả nghiên cứu trong luận án chưa được các tác giả khác công bố ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Tôi xin cam đoan danh dự về công trình khoa học này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 02 năm 2014 Nghiên cứu sinh Hồ Thị Yêu Ly i
Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy PGS.TS Nguyễn Mộng Sinh, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ dẫn, góp ý, sửa chữa và bổ sung cho tôi những kiến thức chuyên môn quý báu để hoàn thành luận án tiến sĩ này. Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Sức, người đã truyền cho tôi ngọn lửa đam mê trong nghiên cứu khoa học. Thầy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ về vật chất cũng như tinh thần cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Thầy luôn luôn kề cận chia sẽ, khích lệ, đôn đốc tôi nỗ lực vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án. Thầy là tấm gương để tôi phấn đấu trong suốt con đường làm việc và nghiên cứu tiếp theo. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Tuấn đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu trong thời gian qua. PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến đã hỗ trợ cho tôi nguồn vật liệu chitosan và đã bổ sung cho tôi nguồn tài liệu tham khảo quý giá. Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp tôi giải quyết các thủ tục hành chính. Bộ môn Công nghệ Môi trường và Hóa học đã nhiệt tình hỗ trợ phòng thí nghiệm, máy móc, trang thiết bị thí nghiệm và các hóa chất cần thiết khác. Ban Giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã tạo điều kiện về thời gian, cũng như các bạn đồng nghiệp đã gánh vác công việc, hỗ trợ tôi trong thời gian tôi đi học. Nghiên cứu sinh: Hồ Thị Yêu Ly ii
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ........................................................................................................... i Lời cảm ơn .............................................................................................................. ii Mục lục .................................................................................................................. iii Danh mục chữ viết tắt ........................................................................................... viii Danh mục hình ảnh.................................................................................................. x Danh mục sơ đồ.................................................................................................... xvi Danh mục bảng biểu ............................................................................................ xvii Danh mục phụ lục ................................................................................................ xix Mở đầu ................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................ 7 1.1. CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT CỦA CHITOSAN ........................................ 7 1.1.1. Cấu trúc của chitin, chitosan ............................................................. 7 1.1.2. Quy trình sản xuất chitosan ............................................................... 8 1.1.3. Tính chất lý – hóa học của chitosan ................................................. 11 1.1.4. Sự khâu mạng chitosan ................................................................... 14 1.1.5. Một số dẫn xuất của chitin và chitosan ............................................ 16 1.1.6. Ứng dụng của chitin/chitosan và dẫn xuất của nó. ........................... 17 1.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CHITOSAN VÀ CÁC DẪN XUẤT CỦA NÓ TRONG HẤP PHỤ TÁCH LOẠI LÀM GIÀU ION KIM LOẠI ........................................................................................................ 19 1.2.1. Trong nước .................................................................................... 19 1.2.2. Ngoài nước .................................................................................... 21 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 28 2.1. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ..................... 28 iii
2.1.1. Hóa chất và thiết bị ......................................................................... 28 2.1.2. Phương pháp phân tích .................................................................... 29 2.2. VẬT LIỆU HẤP PHỤ ................................................................................ 31 2.2.1. Điều chế CTSK ............................................................................... 31 2.2.2. Xác định độ trương nước của các mẫu CTSK ................................. 31 2.2.3. Xác đinh độ bền trong môi trường nước có pH khác nhau của một số mẫu CTSK ................................................................................................ 32 2.2.4. Xác định độ đề acetyl hóa một số mẫu CTSK................................. 32 2.2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ một số ion kim loại loại đối với các mẫu CTSK ....................................................................................................... 34 2.2.6. Điều chế CTSK-CT ......................................................................... 34 2.2.7. Xác định liều lượng acid citric dùng để ghép mạch ........................ 34 2.2.8. Xác định phần trăm glutaraldehyde đã ghép vào mạch CTSK và % acid gắn vào mạch CTSK-CT ................................................................... 35 2.2.9. Xác định cấu trúc vật liệu bằng phổ hồng ngoại ............................. 36 2.2.10. Xác định hình thái bề mặt của vật liệu .......................................... 36 2.2.11. Xác định pH tại điểm đẳng điện tích ............................................ 36 2.2.12. Xác định diện tích bề mặt riêng ................................................... 36 2.2.13. Xác định khối lượng riêng và pH của vật liệu trong nước ............ 36 2.3. NGHIÊN CÚU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN ................................................... 37 2.3.1. Nghiên cứu động học hấp phụ ......................................................... 39 2.3.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ....................................................... 40 2.3.2. Nhiệt động học hấp phụ .................................................................. 44 2.4. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT BẰNG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BOX-BEHNKEN DESIGN (BBD) CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RMS) ......................................... 45 2.5. KHẢO SÁT HẤP PHỤ LIÊN TỤC CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT ......... 48 2.5.1. Ảnh hưởng của lưu lượng qua cột ................................................... 48 2.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .................................................... 49 iv
2.5.3. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ ............................................. 49 2.6. NGHIÊN CỨU GIẢI HẤP ......................................................................... 49 2.6.1. Xác định hiệu suất rửa giải ở các nồng độ HNO3 và NaHCO3 khác nhau 50 2.6.2. Xây dựng đường cong rửa giải các ion kim loại ..................................... 50 2.7. XÁC ĐỊNH LƯỢNG VẾT CÁC ION KIM LOẠI TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ LÀM GIÀU TRÊN VẬT LIỆU CTSK-CT ......................................................................................................... 51 2.8. XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH LOẠI CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC THẢI ................................... 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................... 55 3.1. ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU CHITOSAN BIẾN TÍNH ................................... 55 3.1.1. Xác định độ trương nước của các mẫu CTSK .................................. 55 3.1.2. Xác đinh độ bền trong môi trường nước có pH khác nhau của một số mẫu CTSK .............................................................................................. 55 3.1.3. Xác định độ đề acetyl hóa của cá c mẫu CTSK ............................... 56 3.1.4. Khả năng hấp phụ một số ion kim loại loại đối với các mẫu CTSK . 56 3.1.5. Khảo sát liều lượng acid citric dùng để ghép mạch CTSK ............... 57 3.1.6. Xác định phần trăm glutaraldehyde gắn trong mạch CTSK và % acid citric gắn trong mạch CTSK - CT ............................................................. 58 3.1.7. Khảo sát cấu trúc của vật liệu ......................................................... 59 3.1.8. Xác định hình dạng và kích thước của vật liệu ............................... 61 3.1.9. pH tại điểm đẳng điện tích không .................................................... 62 3.1.10. Một số tính chất vật lý của vật liệu ................................................ 64 3.2. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN CÁC ION KIM LOẠI U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) BẰNG CTSK .............................................. 65 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc .................................................... 65 3.2.2. Ảnh hưởng của pH .......................................................................... 66 v
3.2.3. Ảnh hưởng kích thước vảy của vật liệu đến hiệu suất quá trình hấp phụ ........................................................................................................................ 69 3.2.4. Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất quá trình hấp phụ71 3.2.5. Nghiên cứu động học hấp phụ của các ion kim loại đến CTSK ....... 72 3.2.6. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ ......................................................... 74 3.3. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN CÁC ION KIM LOẠI U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) BẰNG CTSK-CT ........................................ 79 3.3.1. Ảnh hưởng của pH .......................................................................... 79 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc .................................................... 80 3.3.3. Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất quá trình hấp phụ81 3.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................. 83 3.3.5. Nghiên cứu động học hấp phụ ......................................................... 90 3.3.6. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ ......................................................... 92 3.4. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT BẰNG QHTN BOX-BEHNKEN DESIGN (BBD) CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RMS) .......................................................................... 98 3.4.1. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ U(VI) lên CTSK-CT .................. 98 3.4.2. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Cu(II) lên CTSK-CT ................ 102 3.4.3. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Pb(II) lên CTSK-CT ................. 104 3.4.4. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Zn(II) lên CTSK-CT ................ 107 3.4.5. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Cd(II) lên CTSK-CT ................ 110 3.5. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ LIÊN TỤC CÁC ION KIM LOẠI U(VI), Cu(II) VÀ Pb(II) TRÊN CỘT NHỒI CTSK-CT ....................................... 113 3.5.1. Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion U(VI) lên cột nhồi CTSK-CT113 3.5.2. Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion Cu(II) lên cột nhồi CTSK-CT116 3.5.3. Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion Zn(II) lên cột nhồi CTSK-CT119 vi
3.6. GIẢI HẤP .............................................................................................. 122 3.6.1. Kết quả giải hấp U(VI) .................................................................. 122 3.6.2. Kết quả giải hấp các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) ................ 123 3.7. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) VÀ Cd(II) TRONG MỘT SỐ MẪU NƯƠC ........................................ 124 3.8. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH LOẠI CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) VÀ Cd(II) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP ................................................................................................. 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 129 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ............................................................................ 142 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 145 vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Tên gọi -- Không xác định ANOVA Phân tích phương sai C0 Nồng độ đầu CBHP Cân bằng hấp phụ CTS Chitosan chưa khâu mạch CTSK Chitosan khâu mạch CTSK-CT Chitosan khâu mạch gắn acid citric dd Dung dịch ĐĐA Độ đề acetyl hóa DF Độ tự do (Degree of Freedom) ĐHHP Động học hấp phụ ĐNHP Đẳng nhiệt hấp phụ F Tốc độ tuyến tính qua cột FL Freundlich FT-IR Phổ hồng ngoại (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) HSHP Hiệu suất hấp phụ Ka Hằng số tốc độ trong mô hình BDST KCN Khu công nghiệp KL Kim loại KNHP Khả năng hấp phụ LM Langmuir LT Lý thuyết m Khối lượng N0 Dung lượng hấp phụ cột NĐ Nồng độ pHPZC pH tại điểm điện tích không (the point of zero charge) PL Phụ lục PT Phương trình viii
q Dung tích hấp phụ cột Q Lưu lượng QHTN Quy hoạch thực nghiệm QTHP Quá trình hấp phụ RMSE The residual root mean squared error (sai số dư) R-P Redlich-Peterson SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) SS Tổng bình phương (Sum of Squares) STT Số thứ tự t Thời gian TG Thời gian TN Thực nghiệm V Thể tích dung dịch Z Chiều cao lớp hấp phụ ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin, chitosan ..................................................... 7 Hình 1.2. Sự sắp xếp các mạch polymer trong ba dạng của chitin ........................... 8 Hình 1.3. Công thức cấu tạo của chitin và chitosan ................................................. 9 Hình 1.4. Ảnh chụp chitosan, chitin và vỏ tôm, cua ................................................ 9 Hình 1.5. Một số dẫn xuất của chitin, chitosan ...................................................... 17 Hình 3.1. Độ trương nước của CTSK .................................................................... 55 Hình 3.2. Lượng CTSK bị hòa tan theo môi trường pH khác nhau ........................ 56 Hình 3.3. Sự phụ thuộc ĐĐA theo liều lượng glutaraldehyde ghép mạch .............. 56 Hình 3.4. Hiệu suất hấp phụ của các ion kim loại lên CTSK với liều lượng glutaraldehyde khác nhau ...................................................................................... 57 Hình 3.5. Hiệu suất hấp phụ của các ion kim loại lên CTSK gắn acid citric ở các nồng độ khác nhau ................................................................................................. 58 Hình 3.6. Phổ FT - IR ghép của mẫu CTS, CTSK và CTSK-CT ........................... 60 Hình 3.7. Ảnh SEM của CTS, CTSK và CTSK-CT .............................................. 62 Hình 3.8. pHPZC của CTSK .................................................................................. 63 Hình 3.9. pHPZC của CTSK-CT ............................................................................ 63 Hình 3.10. Ảnh chụp vật liệu CTS, CTSK và CTSK-CT ....................................... 64 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của CTSK .... 65 Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ các ion KL của CTSK ........ 67 Hình 3.13. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ U(VI) ............... 69 Hình 3.14. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ Cu(II) ............... 70 x
Hình 3.15. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ Pb(II) ............... 70 Hình 3.16. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ Cd(II) ............... 70 Hình 3.17. Ảnh hưởng của liều lượng CTSK đến khả năng hấp phụ các ion KL ... 71 Hình 3.18. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình hấp phụ ion U(VI) lên CTSK ...................................................................... 72 Hình 3.19. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình hấp phụ ion Cu(II) lên CTSK ...................................................................... 73 Hình 3.20. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình hấp phụ ion Pb(II) lên CTSK ....................................................................... 73 Hình 3.21. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình hấp phụ ion Cd(II) lên CTSK ...................................................................... 73 Hình 3.22. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với U(VI)...................... 75 Hình 3.23. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Cu(II) ..................... 76 Hình 3.24. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Pb(II) ...................... 77 Hình 3.25. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Zn(II)...................... 78 Hình 3.26. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Cd(II) ..................... 78 Hình 3.27. Ảnh hưởng của pH đến KNHP các ion KL của CTSK-CT ................... 80 Hình 3.28. Ảnh hưởng của TG tiếp xúc đến KNHP ion KL của CTSK-CT ........... 81 Hình 3.29 Ảnh hưởng của liều lượng CTSK-CT đến KNHP U(VI)....................... 82 Hình 3.30. Ảnh hưởng liều lượng CTSK-CT đến KNHP Cu(II), Pb(II), Zn, Cd(II)82 xi
Hình 3.31. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của U(VI) ở các nhiệt độ khác nhau .. 85 Hình 3.32. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Cu(II) ở các nhiệt độ khác nhau.. 86 Hình 3.33. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Pb(II) ở các nhiệt độ khác nhau .. 87 Hình 3.34. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Zn(II) ở các nhiệt độ khác nhau .. 88 Hình 3.35. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Cd(II) ở các nhiệt độ khác nhau.. 89 Hình 3.36. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion U(VI) lên CTSK-CT ........................................................................................................ 90 Hình 3.37. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Cu(II) lên CTSK-CT ........................................................................................................ 91 Hình 3.38. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Pb(II) lên CTSK-CT ........................................................................................................ 91 Hình 3.39. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Zn(II) lên CTSK-CT ........................................................................................................ 91 Hình 3.40. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Cd(II) lên CTSK-CT ........................................................................................................ 92 Hình 3.41. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ U(VI) lên CTSK-CT ... 93 Hình 3.42. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Cu(II) lên CTSK-CT... 94 Hình 3.43. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Pb(II) lên CTSK-CT ... 95 Hình 3.44. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Zn(II) lên CTSK-CT ... 95 Hình 3.45. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Cd(II) lên CTSK-CT... 96 Hình 3.46. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ U(VI) ...................................................................................... 101 Hình 3.47. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ U(VI) ................................................................................ 101 xii
Hình 3.48. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và thời gian đến hiệu suất hấp phụ U(VI) ........................................................................ 101 Hình 3.49. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất hấp phụ U(VI) ...................................................................................... 101 Hình 3.50. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ Cu(II) ...................................................................................... 104 Hình 3.51. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ Cu(II) .............................................................................................. 104 Hình 3.52. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ Cu(II) ................................................................................ 104 Hình 3.53. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cu(II) ...................................................................................... 104 Hình 3.54. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ Pb(II) ....................................................................................... 107 Hình 3.55. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ Pb(II) .............................................................................................. 107 Hình 3.56. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất hấp phụ Pb(II) .............................................................................................. 107 Hình 3.57. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất hấp phụ Pb(II) ....................................................................................... 107 Hình 3.58. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ Zn(II) ...................................................................................... 109 Hình 3.59. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ Zn(II) .............................................................................................. 109 Hình 3.60. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất hấp phụ Zn(II) .............................................................................................. 109 xiii
Hình 3.61. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ Zn(II) ...................................................................................... 109 Hình 3.62. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ Cd(II) ...................................................................................... 112 Hình 3.63. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ CdII) ............................................................................................... 112 Hình 3.64. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cd(II) .............................................................................................. 112 Hình 3.65. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cd(II) ...................................................................................... 112 Hình 3.66. Ảnh hưởng của lưu lượng đến thời gian điểm thoát QTHP cột của CTSK-CT đối với U(VI) ..................................................................................... 114 Hình 3.67. Ảnh hưởng nồng độ đầu vào U(VI) đến TG của đường cong thoát .... 115 Hình 3.68. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ đến thời gian thoát của U(VI) 115 Hình 3.69. Ảnh hưởng của lưu lượng đến thời gian điểm thoát QTHP cột của CTSK-CT đối với Cu(II) ..................................................................................... 117 Hình 3.70. Ảnh hưởng nồng độ đầu vào Cu(II) đến TG của đường cong thoát .... 118 Hình 3.71. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ đến thời gian thoát của Cu(II) 118 Hình 3.72. Ảnh hưởng của lưu lượng đến TG điểm thoát QTHP cột của CTSK-CT đối với Zn(II) ....................................................................................................... 120 Hình 3.73. Ảnh hưởng nồng độ đầu vào Zn(II) đến TG của đường cong thoát .... 121 Hình 3.74. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ đến thời gian thoát của Zn(II) 121 Hình 3.75. Kết quả giải hấp U(VI) ra khỏi vật liệu hấp phụ CTSK-CT ............... 123 Hình 3.76. Kết quả giải hấp đối với các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) ra khỏi vật liệu hấp phụ CTSK-CT .................................................................................. 123 xiv
DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm .................................................. 10 Sơ đồ 1.2. Quy trình điều chế chitosan khâu mạch ................................................ 15 Sơ đồ 1.3. Phản ứng khâu mạch giữa chitosan và glutaraldehyde .......................... 16 Sơ đồ 2.1. Quy trình thí nghiệm xác định độ bền các mẫu CTSK .......................... 33 Sơ đồ 2.2. Quy trình điều chế chitosan khâu mạch gắn acid citric ......................... 35 Sơ đồ 2.3. Quy trình nghiên cứu hấp phụ gián đoạn các ion kim loại..................... 38 Sơ đồ 2.4. Quy trình hấp phụ làm giàu U(VI) trong các mẫu nước ........................ 51 Sơ đồ 2.5. Quy trình hấp phụ làm giàu Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) trong các mẫu nước ...................................................................................................................... 52 Sơ đồ 2.6. Quy trình thí nghiệm tách loại U(VI) trong mẫu nước thải ................... 53 Sơ đồ 2.7. Quy trình thí nghiệm tách loại Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) trong mẫu nước thải ............................................................................................................... 54 Sơ đồ 3.1. Phản ứng giữa CTSK và acid citric ....................................................... 59 xv
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan .................................. 11 Bảng 2.1. Lập đường chuẩn xác định U(VI) .......................................................... 29 Bảng 2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định các ion kim loại ..................... 30 Bảng 2.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp ................. 31 Bảng 2.4. Các Các mức tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình hấp phụ của CTSK-CT đối với các ion kim loại ...................................... 46 Bảng 2.5. Các giá trị thông số đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng lưu lượng qua cột .. 48 Bảng 2.6. Các giá trị thông số đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion kim loại .............................................................................................................................. 49 Bảng 2.7. Các giá trị thông số đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao cột ......... 49 Bảng 3.1. % glutaraldehyde gắn vào mạch CTSK và % acid citric gắn vào mạch CTSK-CT ............................................................................................. 58 Bảng 3.2. Một số thông số vật lý của vật liệu ........................................................ 64 Bảng 3.3. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ......... 65 Bảng 3.4. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của pH vào HSHP của CTSK .............................................................................................................................. 66 Bảng 3.5. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 71 Bảng 3.6. Các số liệu đầu vào nghiên cứu cân bằng hấp phụ ................................. 74 Bảng 3.7. Các số liệu đầu vào NC ảnh hưởng của pH vào HSHP của CTSK-CT ... 79 Bảng 3.8. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ......... 80 Bảng 3.9. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 81 Bảng 3.10. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch ion KL 83 xvi
Bảng 3.11. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP U(VI) lên CTSK-CT.. 84 Bảng 3.12. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Cu(II) lên CTSK-CT . 85 Bảng 3.13. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Pb(II) lên CTSK-CT .. 86 Bảng 3.14. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Zn(II) lên CTSK-CT.. 87 Bảng 3.15. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Zn(II) lên CTSK-CT.. 88 Bảng 3.16. Các số liệu đầu vào nghiên cứu cân bằng hấp phụ của CTSK-CT đối với các ion kim loại ..................................................................................................... 92 Bảng 3.17. Dung lượng hấp phụ cực đại các ion kim loại lên CTSK và CTSK-CT ở các điều kiện hấp phụ tối ưu .................................................................................. 97 Bảng 3.18. Các giá trị tối ưu hóa các thông số quá trình hấp phụ ........................ 113 Bảng 3.19. Kết quả xác định sơ bộ nồng độ các ion trong các mẫu nước ............. 124 Bảng 3.20. Kết quả xác định nồng độ các ion trong các mẫu nước sau khi được làm giàu ..................................................................................................................... 124 Bảng 3.21. Kết quả xác định hiệu suất tách loại các ion kim loại trong các mẫu nước thải ............................................................................................................. 125 xvii
DANH MỤC PHỤ LỤC HÌnh 1. Đường chuẩn xác định U(VI) ................................................................. 149 HÌnh 2. Đường chuẩn xác định Cu(II) ................................................................ 149 HÌnh 3. Đường chuẩn xác định Pb(II) ................................................................. 149 HÌnh 4. Đường chuẩn xác định Zn (II) ................................................................ 150 HÌnh 5. Đường chuẩn xác định Cd(II) ................................................................ 150 Bảng 1. Độ trương nước các mẫu CTSK ............................................................. 150 Bảng 2. Tính tan của CTSK ................................................................................ 151 Bảng 3. Kết quả xác định độ ĐĐA các mẫu CTSK ............................................. 151 Bảng 4. Khả năng hấp phụ ion kim loại của các mẫu CTSK ................................ 151 Bảng 5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại của các mẫu CTSK-CT được biến tính bởi các nồng độ acid citric khác nhau ........................................... 152 Hình 6. Phổ FT-IR của CTSK-CT đã hấp phụ U(VI) .......................................... 153 Hình 7. Phổ FT-IR của CTSK-CT đã hấp phụ Cu(II) .......................................... 154 Bảng 6. Kết quả xác định pH tại điểm điện tích không ........................................ 155 Bảng 7. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của CTSK ..... 155 Bảng 8. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion kim loại của CTSK ........ 156 Bảng 9. Ảnh hưởng của kích thước vảy CTSK đến khả năng hấp phụ ion KL .... 156 Bảng 10. Ảnh hưởng của liều lượng CTSK đến khả năng hấp phụ ion KL .......... 157 Bảng 11a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ U(VI) bằng CTSK ...................... 157 Bảng 11b. Các tham số động học QTHP U(VI) bằng CTSK-CT ......................... 158 Bảng 12a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Cu(II) bằng CTSK ...................... 158 Bảng 12b. Các tham số động học QTHP Cu(II) bằng CTSK-CT ......................... 158 xviii