Nghiên cứu biến tính cellulose tách từ dăm tre làm vật liệu hấp phụ ion Mn2+ Zn2+ trong nước

Nghiên cứu biến tính cellulose tách từ dăm tre làm vật liệu hấp phụ ion Mn2+ Zn2+ trong nước

1. Lý do chọn đề tài

Tre có mặt ở nhiều nơi trên thế giới và ở khắp các làng quê Việt Nam. Từ lâu, con người đã biết sử dụng tre để làm nhà, làm đũa, vật dụng nông nghiệp. Tre non làm thức ăn, tre khô làm củi đun, … Ngày nay, trong công nghiệp, tre còn được dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy và làm thuốc chữa các bệnh ngứa, hen suyễn, ho, … trong y học.

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhưng nó cũng góp phần tạo ra lượng chất thải độc hại tác động trực tiếp đến sức khỏe con người và động thực vật. Các ngành công nghiệp như thuộc da, điện tử, công nghiệp hóa dầu… đã gây ô nhiễm nguồn nước vì chứa các ion kim loại độc hại như Cu, Pb, Ni, Cd, As… Xử lý nguồn nước ô nhiễm là vấn đề cấp bách của các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, các nhà khoa học đang có xu hướng tìm đến các vật liệu xanh, thân thiện với môi trường, có giá thành rẻ. Đã có nhiều vật liệu được nghiên cứu như xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía, … làm vật liệu hấp phụ, tuy nhiên chúng tôi chưa tìm thấy tài liệu về vật liệu từ tre. Do vậy, trong đề tài nghiên cứu này chúng tôi chọn vật liệu là dăm tre với nội dung “Nghiên cứu biến tính cellulose tách từ dăm tre làm vật liệu hấp phụ ion Mn²⁺, Zn²⁺ trong nước”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Biến tính cellulose tách từ dăm tre làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng: Dăm tre

3.2. Phạm vi nghiên cứu: Quy mô phòng thí nghiệm.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

– Phân tích và tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài.

– Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài.

– Trao đổi với giáo viên hướng dẫn.

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

– Tách cellulose từ dăm tre.

– Biến tính cellulose.

– Xác định khả năng biến tính bằng:

+ Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR).

+ Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM).

– Khả năng hấp phụ ion Mn²⁺, Zn²⁺ của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

5. Ý nghía khoa học và thực tiễn

5.1. Ý nghĩa khoa học

– Nghiên cứu biến tính cellulose tách từ dăm tre.

– Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Mn²⁺, Zn²⁺ trong nước.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cung cấp tư liệu cho những nghiên cứu về khả năng hấp phụ ion kim loại trong nước, tạo ra hướng phát triển mới trong việc xử lý ion kim loại bằng vật liệu rẻ tiền, thân thiện với môi trường.

6. Cấu trúc luận văn

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. TRE

1.1.1. Phân loại khoa học

1.1.2. Đặc điểm sinh thái

1.1.3. Thu hoạch và lọc nhựa

a. Thu hoạch

b. Lọc nhựa

1.1.4. Thành phần hóa học

1.2. CELLULOSE

1.2.1. Cấu trúc phân tử

1.2.2. Tính chất vật lý

1.2.3. Tính chất hóa học

1.2.4. Trạng thái tự nhiên

1.2.5. Ứng dụng

1.3. PHƯƠNG PHÁP TÁCH CELLULOSE

1.3.1. Phương pháp tách cellulose

1.3.2. Phản ứng của hydratcacbon và lignin trong môi trường kiềm

a. Phản ứng của hydratcacbon trong môi trường kiềm

b. Phản ứng của lignin trong môi trường kiềm

1.3.3. Phản ứng hóa học trong quá trình nấu bột sunfat

a. Phản ứng của hydratcacbon

b. Phản ứng của lignin

1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH

1.4.1. Khái quát chung

1.4.2. Các ion kim loại nặng và vấn đề ô nhiễm nguồn nước

a. Kẽm trong nước

b. Mangan trong nước

1.5. HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC

1.5.1. Các khái niệm

1.5.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

a. Mô hình động học hấp phụ

b. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt

1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

a. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian

b. Ảnh hưởng của tính tương đồng

c. Ảnh hưởng của pH

d Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại nặng

e. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt chất rắn

Nghiên cứu biến tính cellulose tách từ dăm tre làm vật liệu hấp phụ ion Mn2+ Zn2+ trong nước

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ

2.1.1. Nguyên liệu

Dăm tre được làm sạch, sấy ở 80^oC đến khô.

2.1.2. Hóa chất, dụng cụ

a. Tách cellulose từ dăm tre

– Hóa chất: NaOH, Na₂S, HCl, H₂O₂.

– Dụng cụ: Bình cầu, bếp điện, cân phân tích, bình định mức, đũa khuấy, nhiệt kế, …

b Biến tính cellulose bằng axit citric

– Hóa chất: Axit citric, HNO₃, NaOH, ZnSO₄.7H₂O, MnSO₄.H₂O.

– Dụng cụ: Máy đo pH, máy khuấy từ, tủ sấy, pipet, cốc, bình định mức, đũa thủy tinh, phễu lọc, …

c. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Mn²⁺, Zn²⁺ của vật liệu hấp phụ

– Hóa chất: HNO₃, NaOH, ZnSO₄.7H₂O, MnSO₄.H₂O.

– Dụng cụ: Máy đo pH, máy khuấy từ, tủ sấy, pipet, cốc, bình định mức, đũa thủy tinh, phễu lọc, …

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1. Tách cellulose từ dăm tre

Dăm tre

Bột cellulose thô (còn lignin)

Bột cellulose trắng (cellulose)

Xử lý hóa bằng p² sunfat (Kraft)

Tẩy trắng

a.Xử lý hóa bằng phương pháp sunfat (phương pháp Kraft)

b. Chỉ số Kappa (chỉ số K)

2.2.2. Tẩy trắng bột cellulose thô

a. Giai đoạn C (tẩy trắng bằng dung dịch clo)

b. Giai đoạn E (thủy phân bằng NaOH)

c. Giai đoạn H (tẩy trắng bằng dung dịch hypoclorit)

d. Giai đoạn P (tẩy trắng bằng hydro peoxyt H₂O₂)

2.2.3. Biến tính cellulose bằng axit citric

Cách tiến hành

Quy trình biến tính cellulose được thực hiện như sau:

Làm sạch

Sản phẩm thô

Axit citric

Sản phẩm hấp phụ (cellulose biến tính)

Bột cellulose trắng (cellulose) zơ(cellulose )

Cân 1 g bột cellulose rồi ngâm vào 1 thể tích nhất định dung dịch axit citric. Sau khi được khuấy trong 30 phút ở 20°C, sấy khô ở 50°C trong 24 giờ. Phản ứng nhiệt hóa giữa axit và rơm được tiến hành bằng cách nâng cao nhiệt độ đến 120°C và tiếp tục biến tính. Sau khi làm mát, sản phẩm phản ứng được rửa với 200ml nước cất ấm/g sản phẩm để loại bỏ axit citric dư. Sau đó sấy lại ở 60oC cho khô rồi bảo quản để sử dụng [10].

2.2.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính

a. Nguyên tắc của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

b. Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử

c.Mối liên hệ giữa sự hấp thụ ánh sáng và mật độ nguyên tử

2.2.5. Phân tích sản phẩm cellulose biến tính từ cellulose tách từ dăm tre

2.2.6. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion kim loại nặng (Mn²⁺, Zn²⁺) của cellulose biến tính

a. Cách tiến hành

b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÁCH CELLULOSE TỪ DĂM TRE

Quá trình tách cellulose từ dăm tre được thực hiện theo phương pháp sunfat.

Cho vào bình cầu 10g dăm tre khô. Dung dịch nấu chứa NaOH và Na₂S, khối lượng hỗn hợp được tính toán để đảm bảo lượng kiềm là 16% (tính theo Na₂O so với tre). Đổ dịch nấu vào, đun bình cầu trên bếp điện, gia nhiệt, sau đó giữ nhiệt độ ổn định ở nhiệt độ sôi [2].

Chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình nấu tre theo phương pháp sunfat (phương pháp Kraft).

Các yếu tố được khảo sát là:

– Thời gian nấu : Z₁ = 3 giờ ÷ 4 giờ.

– Tỉ lệ NaOH/Na₂S: Z₂ = 2 ÷ 4.

– Tỉ lệ dịch nấu/tre: Z₃ = 13/1 ÷ 16/1.

Mã hóa các biến theo công thức:

(3.1)

Trong đó: (3.2)

(3.3)

, là mức trên và mức dưới của yếu tố ảnh hưởng thứ j.

Đánh giá quá trình tách cellulose dựa vào lượng lignin còn lại trong dăm tre sau khi nấu. Lượng lignin được đánh giá qua chỉ số kappa (Test TAPPI T263).

Chúng tôi tiến hành xác định V’ là thể tích (ml) dung dịch KMnO4 0,1N phản ứng với 0,1 gam bột sau khi nấu.

Do vậy, hàm mục tiêu được chọn là = thể tích dung dịch KMnO4 0,1N (ml) phản ứng với 0,1 gam bột sau khi nấu.

Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình tách cellulose từ dăm tre là: thời gian nấu là 3,8 giờ, tỉ lệ NaOH/Na₂S là 3,9, tỉ lệ dịch nấu/tre là 14,53, nhiệt độ là nhiệt độ sôi của hỗn hợp.

3.2. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH CELLULOSE

Ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng biến tính cellulose bằng axit citric được đánh giá qua khả năng hấp phụ ion Zn²⁺ trong điều kiện: pH dung dịch bằng 4, nồng độ Zn²⁺ bằng 315 mg/l.

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit

Điều kiện tiến hành: tỉ lệ rắn : lỏng = 1g : 30ml, thời gian biến tính (thời gian nung ở 120oC) là 120 phút, nồng độ axit thay đổi từ 30% – 60%. Kết quả thu được trình bày ở bảng 3.5 và hình 3.1.

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến quá trình biến tính cellulose

Nồng độ axit (%)		30	40	50	60
Zn²⁺	C₀ (ppm)	315	315	315	315
	C_f (ppm)	101,49	71,36	58,38	86,08
	%H (%)	67,78	77,35	81,47	72,67

Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến quá trình biến tính cellulose

Kết quả từ hình 3.1 cho thấy khả năng hấp phụ của cellulose tăng khi nồng độ axit citric tăng và đạt cao nhất ở nồng độ axit là 50% nhưng sau đó lại giảm khi tăng nồng độ axit citric đến 60%. Nguyên nhân là do khi nồng độ axit tăng thì số phân tử axit tăng, số phân tử axit dễ thấm sâu vào các mao quản của cellulose nhiều hơn, làm tăng tốc độ phản ứng este hóa nên làm tăng khả năng hấp phụ. Khi nồng độ của axit citric nhiều quá sẽ phá hủy cấu trúc cellulose làm hiệu suất hấp phụ giảm.

3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng

Điều kiện tiến hành: nồng độ axit citric là 50%, thời gian biến tính là 120 phút, và tỉ lệ rắn : lỏng thay đổi từ 1g : 20ml – 1g : 60ml. Kết quả được trình bày ở bảng 3.6. và hình 3.2.

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến quá trình biến tính cellulose

Thể tích axit 50% (ml)		20	30	40	50	60
Zn²⁺	C₀ (ppm)	315	315	315	315	315
	C_f (ppm)	80,19	57,58	47,79	74,31	98,12
	%H (%)	74,54	81,72	84,83	76,41	68,85

Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến quá trình biến tính cellulose

Kết quả hình 3.2 cho thấy khả năng hấp phụ của cellulose biến tính bằng axit citric 50% đạt cao nhất ở tỉ lệ rắn lỏng là 1g : 40ml. Khi thể tích axit tăng lên thì hiệu suất hấp phụ giảm nguyên nhân là do khi lượng axit càng nhiều dẫn đến việc phá hủy cấu trúc cellulose nên hiệu suất hấp phụ giảm.

3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính

Điều kiện tiến hành: nồng độ axit citric là 50%, tỉ lệ rắn : lỏng = 1g : 40ml, nung ở nhiệt độ 120^oC trong thời gian thay đổi từ 30 phút – 150 phút. Kết quả được trình bày ở bảng 3.7 và hình 3.3.

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính cellulose

Thời gian (phút)		30	60	90	120	150
Zn²⁺	C₀ (ppm)	315	315	315	315	315
	C_f (ppm)	91,27	85,95	66,27	42,18	79,23
	%H (%)	71,03	72,71	78,96	86,61	74,85

Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính cellulose

Như vậy, khi tăng thời gian biến tính thì hiệu suất hấp phụ tăng và đạt cao nhất ở thời gian là 120 phút. Sự gia nhiệt ở 120^oC tạo điều kiện cho các axit citric tách nước thành các anhydrit. Các anhydrit này sẽ tham gia phản ứng este hóa với cellulose (tại mỗi vị trí phản ứng như vậy đã xuất hiện 2 nhóm chức axit (từ axit citric). Tuy nhiên nếu kéo dài thời gian thì quá trình trên sẽ tiếp tục xảy ra với các nhóm chức axit còn lại của axit citric làm giảm số lượng nhóm chức axit nên làm giảm khả năng hấp phụ.

Tóm lại, trong quá trình biến tính cellulose bằng axit citric nhận thấy cellulose được biến tính ở điều kiện tối ưu là: nồng độ axit citric là 50%; tỉ lệ rắn : lỏng là 1g cellulose : 40 ml dung dịch axit, thời gian biến tính là 120 phút.

$E:\hoc tap\cao hoc\luan van\hinh anh\xenlulozo bien tinh.jpg$

Hình 3.4. Cellulose biến tính

3.3. PHÂN TÍCH SẢN PHẨM CELLULOSE BIẾN TÍNH

3.3.1. Phổ hồng ngoại

Kết quả phân tích hồng ngoại cho phép chúng ta đánh giá sự có mặt của các nhóm chức cũng như khẳng định phần nào cấu trúc phân tử của chúng. Kết quả được trình bày ở hình 3.5 và 3.6.

So sánh 2 phổ hồng ngoại ở hình 3.5 và 3.6. cho thấy:

– Hình 3.5 và hình 3.6 có sự xuất hiện của pic ở số sóng 3402.07 cm^-1 (hình 3.5) và 3413.30 cm^-1 (hình 3.6) đặc trưng cho nhóm -OH. Tuy nhiên cường độ pic ở hình 3.6 lớn hơn hình 3.5 chứng tỏ số lượng nhóm -OH tăng lên sau phản ứng.

– Cường độ dao động của nhóm cacbonyl ứng với số sóng 1732.77 cm^-1 tăng lên rõ rệt ở hình 3.6 phản ảnh kết quả của phản ứng este hóa ở cellulose biến tính. Cellulose biến tính với cấu trúc bề mặt xốp và gia tăng số lượng nhóm -COOH có thể kết luận rằng cellulose biến tính có đầy đủ đặc tính cho quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

$E:\hoc tap\cao hoc\luan van\hinh anh\IR chua bien tinh.jpg$

Hình 3.5. Phổ IR của cellulose dăm tre chưa biến tính

$E:\hoc tap\cao hoc\luan van\hinh anh\IR bien tinh.jpg$

Hình 3.6. Phổ IR của cellulose dăm tre biến tính

3.3.2. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM)

$E:\hoc tap\cao hoc\luan van\ket qua SEM\ket qua SEM\cenlulose chua bien tinh\cenlulose xu ly - 4.tif$

Hình 3.7. Ảnh SEM của cellulose chưa biến tính

$E:\hoc tap\cao hoc\luan van\ket qua SEM\ket qua SEM\cenlulose da bien tinh\cenlulose xu ly 04.tif$

Hình 3.8. Ảnh SEM của cellulose biến tính

Từ ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM nhận thấy: cellulose biến tính có diện tích bề mặt và cấu trúc xốp hơn cellulose chưa biến tính.

3.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Mn²⁺, Zn²⁺ CỦA CELLULOSE BIẾN TÍNH

Chúng tôi đã chọn loại cellulose được biến tính ở điều kiện tối ưu nhất (nồng độ axit 50%, tỉ lệ rắn lỏng 1:40, thời gian biến tính 120 phút). Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ được thể hiện cụ thể như sau:

3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ

Điều kiện tiến hành: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ ion được khảo sát trong trong khoảng pH dung dịch thay đổi từ 2 – 6, với điều kiện: nồng độ Mn²⁺ là 53,5 mg/l và Zn²⁺ là 315 mg/l, thời gian khuấy 30 phút, tỉ lệ cellulose : dung dịch bằng 1g : 100ml. Kết quả được trình bày ở các bảng 3.8 và hình 3.9.

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ

pH		2	3	4	5	6
Zn²⁺	C₀ (ppm)	315	315	315	315	315
	C_f (ppm)	205,81	165,80	115,30	101,25	120,35
	%H (%)	34,66	47,37	63,40	67,86	61,79
Mn²⁺	C₀ (ppm)	53,5	53,5	53,5	53,5	53,5
	C_f (ppm)	29,62	24,29	17,56	14,94	18,42
	%H (%)	44,64	54,60	67,18	72,07	65,57

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ

Kết quả hình 3.9 cho thấy khi pH tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng và đạt cao nhất ở pH = 5. Nguyên nhân là do trong môi trường axit mạnh (pH thấp) các phần tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều tích điện dương bởi vậy lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh đó nồng độ H⁺ cao sẽ xảy ra sự cạnh tranh với cation kim loại trong quá trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ. Tuy nhiên khi pH tăng cao thì xảy ra sự kết tủa ion Mn²⁺ và Zn²⁺ ở dạng hydroxit cũng làm giảm khả năng hấp phụ. Vì vậy pH = 5 được chọn làm pH tối ưu cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.4.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ

Điều kiện tiến hành: Thời gian cân bằng hấp phụ được nghiên cứu trong điều kiện: nồng độ Mn²⁺ là 53,5 mg/l và Zn²⁺ là 315 mg/l, tỉ lệ cellulose : dung dịch bằng 1g : 100ml dung dịch, pH của dung dịch bằng 5, thời gian thay đổi từ 30 phút đến 150 phút. Kết quả được trình bày ở bảng 3.9 và hình 3.10.

Bảng 3.9. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ

Thời gian (phút)		30	60	90	120	150
Zn²⁺	C₀ (ppm)	315	315	315	315	315
	C_f (ppm)	101,43	97,75	90,31	100,95	112,75
	%H (%)	67,80	68,97	71,33	67,95	64,21
Mn²⁺	C₀ (ppm)	53,5	53,5	53,5	53,5	53,5
	C_f (ppm)	14,95	13,83	11,67	13,18	15,19
	%H (%)	72,06	74,15	78,19	75,36	71,61

Hình 3.10. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ

Từ kết quả hình 3.10 cho thấy hiệu suất hấp phụ tăng theo thời gian và hiệu suất hấp phụ đạt cực đại sau 90 phút. Vì vậy thời gian hấp phụ là 90 phút được chọn làm thời gian tối ưu cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ

Điều kiện tiến hành: Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến quá trình hấp phụ được khảo sát trong khoảng tỉ lệ cellulose : dung dịch thay đổi từ 1g : 100ml ÷ 3g : 100ml dung dịch với điều kiện: nồng độ Mn²⁺ là 53,5 mg/l và Zn²⁺ là 315 mg/l, pH của dung dịch bằng 5, thời gian hấp phụ 90 phút. Kết quả được trình bày ở bảng 3.10 và hình 3.11.

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ

Khối lượng cellulose (g)		1	1,5	2	2,5	3
Zn²⁺	C₀ (ppm)	315	315	315	315	315
	C_f (ppm)	89,18	65,94	51,67	42,57	35,86
	%H (%)	71,69	79,07	83,60	86,49	88,62
Mn²⁺	C₀ (ppm)	53,5	53,5	53,5	53,5	53,5
	C_f (ppm)	11,55	9,16	6,71	5,36	4,34
	%H (%)	78,41	82,88	87,46	89,98	91,89

Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ

Như vậy, khi tăng khối lượng cellulose biến tính từ 1g – 3g thì hiệu suất hấp phụ tăng và đạt cao nhất ở tỉ lệ cellulose biến tính : dung dịch là 3g : 100ml. Do đó, tỉ lệ rắn : lỏng tối ưu là 3g : 100ml.

3.4.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ ion theo Freundlich

Từ kết quả ảnh hưởng của nồng độ cellulose đến quá trình hấp phụ, tiến hành vẽ đồ thị và xác định phương trình đường thẳng biểu thị sự phụ thuộc của lgvàolg. Qua đó xác định k và n (hằng số đặc trưng cho hệ hấp phụ). Kết quả được thể hiện ở các hình 3.12 và 3.13.

Hình 3.12. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich đối với Mn (II)

Từ phương trình đường thẳng y = 1,0413x + 0,4379 tính được hằng số k và n của hệ hấp phụ là:

k = 2,7409 và n = 1,0413

Hình 3.13. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich đối với Zn (II)

Từ phương trình đường thẳng y = 1,0512x + 0,5336 tính được hằng số k và n của hệ hấp phụ là:

k = 3,4166 và n = 1,0512

Từ các kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich mô tả khá chính xác sự hấp phụ các ion Mn²⁺, Zn²⁺ lên cellulose biến tính (thể hiện qua hệ số tương quan R² của phương trình hồi quy). Đồng thời, cho phép khẳng định cellulose biến tính có khả năng hấp phụ ion kim loại tốt. Từ phương trình thu được, chúng tôi đã xác định hằng số k và n đặc trưng cho hệ hấp phụ.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

– Đã tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình nấu tre bằng phương pháp sunfat là:

+ Tỉ lệ dịch nấu/tre: 14,53/1.

+ Tỉ lệ tác chất nấu NaOH/Na₂S = 3,9.

+ Nhiệt độ: nhiệt độ sôi của hỗn hợp.

+ Thời gian nấu: 3,8 giờ.

Với điều kiện này thì lượng lignin còn lại trong tre sau khi nấu là thấp nhất với chỉ số Kappa là 16,7.

– Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính cellulose nhằm tạo cellulose biến tính tối ưu nhất ở điều kiện:

+ Nồng độ axit citric: 50%.

+ Tỉ lệ rắn : lỏng là 1g: 40ml.

+ Thời gian biến tính: 120 phút.

– Chứng minh khả năng hấp phụ tốt của cellulose biến tính so với cellulose chưa biến tính bằng phổ hồng ngoại, ảnh SEM.

– Đã tìm ra các điều kiện tối ưu để hấp phụ ion kim loại lên cellulose biến tính như sau:

+ pH = 5.

+ Thời gian cân bằng hấp phụ: 90 phút.

+ Tỉ lệ cellulose : dung dịch: 3g : 100ml.

– Xác định hằng số đặc trưng cho hệ hấp phụ từ phương trình đẳng nhiệt Freundlich đối với Mn²⁺ và Zn²⁺ như sau:

Mn²⁺: k = 2,7409 và n = 1,0413

Zn²⁺: k = 3,4166 và n = 1,0512

– Việc biến tính cellulose bằng axit citric có tác dụng nâng cao hiệu suất hấp phụ ion kim loại. Hiệu suất hấp phụ cực đại đạt 91,89% đối với Mn²⁺ và 88,62% đối với Zn²⁺.

2. KIẾN NGHỊ

Khả năng hấp phụ phụ thuộc nhiều vào bản chất cấu trúc của vật liệu. Cần có những nghiên cứu thêm về cấu trúc (diện tích bề mặt) và thành phần (các polime) để hiểu rõ nguyên nhân giúp cellulose có khả năng hấp phụ tốt. Trên cơ sở đó, đề nghị các phương pháp biến tính để nâng cao hiệu suất hấp phụ và định hướng loại vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\HOA HUU CO\DAO HONG THAM

Nghiên cứu biến tính cellulose tách từ dăm tre làm vật liệu hấp phụ ion Mn2+ Zn2+ trong nước

About admin

Trả lời Hủy

Related Posts

About admin

Trả lời Hủy