Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng maleic acid đến khả năng hấp phụ ion crom IV trong hydrogel từ acrylamide và polyacrylamide

• Tác giả: Nguyễn Thiện Thanh
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Maleic Acid đến khả năng hấp phụ ion Crom(VI) của hydrogel từ Maleic Acid, Acrylamide, và Polyacrylamide
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN VÀ CAM KẾT
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về Hydrogel
• 1.2. Định nghĩa Hydrogel
• 1.3. Cơ chế khâu mạch hydrogel
• 1.4. Tính chất hydrogel
• 1.5. IPNs hydrogel và semi-IPN hydrogel
• 1.6. Các loại hydrogel đáp ứng môi trường
• 1.7. Ứng dụng của hydrogel và semi-IPN hydrogel
• 1.7.1. Trong xử lý nước sinh hoạt
• 1.7.2. Trong nông nghiệp
• 1.8. Tổng hợp hydrogel
• 1.8.1. Nguyên tắc chung
• 1.8.2. Các phương pháp tổng hợp
• 1.8.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp
• 1.9. Tổng quan về AAM, MA và PAM
• 1.10. Một số kỹ thuật trong nghiên cứu semi-IPN hydrogel
• 1.10.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 1.10.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.10.3. Tỷ lệ và tốc độ trương nở (swelling ratio và swelling rate - SR)
• 1.10.4. Khảo sát khả năng mang ion kim loại bằng phương pháp UV-Vis
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Quy trình thí nghiệm
• 2.2. Quy trình tổng hợp các mẫu hydrogel
• 2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả đo phổ hồng ngoại (FTIR)
• 3.2. Kết quả đo SEM
• 3.3. Kết quả đo lưu biến
• 3.4. Khảo sát tốc độ trương nở
• 3.5. Khảo sát ứng dụng mang ion kim loại
• 3.6. Kết quả xây dựng đường chuẩn
• 3.7. Kết quả khảo sát ứng dụng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về hydrogel và ứng dụng

Hydrogel là mạng polymer ba chiều giàu nhóm ưa nước, có khả năng hấp thụ lượng lớn nước hoặc dung môi hữu cơ. Cấu trúc này giúp hydrogel trở thành vật liệu siêu hấp thụ, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong y sinh, nông nghiệp và xử lý nước. Maleic acid (MA) được sử dụng để tăng cường tính phân cực và độ bền của hydrogel, đặc biệt trong việc hấp phụ ion crom IV. Acrylamide (AAM) và polyacrylamide (PAM) là các polymer phổ biến trong tổng hợp hydrogel, với khả năng tạo liên kết lưỡng cực-ion với kim loại nặng.

1.1. Cơ chế khâu mạch hydrogel

Hydrogel được phân loại dựa trên bản chất liên kết khâu mạch: khâu mạch vật lý và khâu mạch hóa học. Khâu mạch vật lý dựa trên tương tác ion, kỵ nước hoặc liên kết hydro, không cần hóa chất khâu mạch. Khâu mạch hóa học sử dụng liên kết cộng hóa trị, tạo độ bền cơ học cao. Semi-IPN hydrogel kết hợp mạng polymer khâu mạch và polymer mạch thẳng, tối ưu hóa tính chất vật liệu.

1.2. Tính chất và ứng dụng của hydrogel

Hydrogel có khả năng trương nở cao, phù hợp cho vận chuyển thuốc và cố định protein. Semi-IPN hydrogel từ PAM, AAM và MA được nghiên cứu để cải thiện khả năng hấp phụ kim loại nặng, đặc biệt là ion crom IV. Ứng dụng trong xử lý nước và nông nghiệp là tiềm năng lớn của vật liệu này.

II. Phương pháp tổng hợp và nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào tổng hợp semi-IPN hydrogel từ PAM, AAM và MA với các nồng độ MA khác nhau. Phương pháp trùng hợp gốc tự do được sử dụng để tạo mạng polymer. Các tính chất vật lý và hóa học của hydrogel được đánh giá qua phương pháp đo lưu biến, tỷ lệ trương nở và khả năng hấp phụ ion crom IV.

2.1. Quy trình tổng hợp hydrogel

Quy trình tổng hợp bao gồm việc kết hợp PAM với mạng copolymer AAM-MA ở các nồng độ MA khác nhau. Hệ xúc tác APS/TEMED được sử dụng để thúc đẩy quá trình trùng hợp. Kết quả cho thấy hydrogel có độ bền cơ học và khả năng trương nở tăng theo nồng độ MA.

2.2. Phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích bao gồm FTIR để xác định cấu trúc hóa học, SEM để quan sát bề mặt, và UV-Vis để đánh giá khả năng hấp phụ ion crom IV. Kết quả cho thấy hydrogel có khả năng hấp phụ cao và có thể tái sử dụng nhiều lần.

III. Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu chứng minh rằng semi-IPN hydrogel từ PAM, AAM và MA có khả năng hấp phụ ion crom IV hiệu quả. Tỷ lệ trương nở và tốc độ trương nở tăng theo nồng độ MA, đồng thời độ bền cơ học của hydrogel cũng được cải thiện. Kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước và loại bỏ kim loại nặng.

3.1. Khả năng hấp phụ ion crom IV

Hydrogel thể hiện khả năng hấp phụ ion crom IV cao, đạt hiệu suất tối ưu ở pH trung tính. Kết quả từ phương pháp UV-Vis cho thấy dung lượng hấp phụ tăng theo nồng độ MA, chứng minh vai trò quan trọng của MA trong cải thiện tính chất vật liệu.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển vật liệu hydrogel ứng dụng trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Semi-IPN hydrogel từ PAM, AAM và MA có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực môi trường và nông nghiệp, đặc biệt là loại bỏ ion crom IV từ nguồn nước ô nhiễm.