Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp màng ca đồng lắng đọng pda và mpd ứng dụng tách loại một số hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp màng ca đồng lắng đọng PDA và MPD, ứng dụng hiệu quả trong tách loại hợp chất hữu cơ ô nhiễm từ nước.

• Tác giả: Huỳnh Thị Thiên Hương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thanh Bình
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Màng CA Đồng Lắng Đọng PDA Và MPD Ứng Dụng Tách Loại Một Số Hợp Chất Hữu Cơ Ô Nhiễm Trong Môi Trường Nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 0.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Sơ lược về thuốc nhuộm
• 0.4.1. Định nghĩa về thuốc nhuộm
• 0.4.2. Phân loại thuốc nhuộm
• 0.4.3. Đỏ Công-gô
• 0.5. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước
• 0.5.1. Tình trạng ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm ở nước ta
• 1. GIỚI THIỆU VỀ BÃ MÍA
• 1.1. Phản ứng trùng hợp bề mặt
• 1.2. Phương pháp trùng hợp bề mặt
• 1.3. Các thông số liên quan đến trùng hợp bề mặt
• 1.3.1. Loại chất phản ứng (monomer)
• 1.3.2. Nồng độ chất phản ứng
• 1.4. Khái niệm màng lọc. Phân loại màng lọc
• 1.5. Đặc tính của màng lọc
• 1.5.1. Một số đặc tính của màng
• 1.5.2. Độ thấm ướt của màng. Độ xốp của màng
• 1.5.3. Chiều dày của màng
• 1.5.4. Trở lực của màng. Hiện tượng fouling
• 1.6. Kỹ thuật tạo màng casting
• 1.7. Tổng hợp vật liệu. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ
• 1.7.1. Tổng hợp cellulose từ bã mía
• 1.7.2. Xử lý với nước
• 1.7.3. Xử lý với base
• 1.7.4. Tổng hợp CA từ cellulose bã mía
• 1.8. Xác định độ thay thế DS của CA
• 1.9. Chế tạo màng CA-PDA:MPD
• 1.10. Chế tạo màng nền CA/PU
• 1.11. Tạo lớp phủ PDA:MPD lên màng
• 1.12. Xác định trọng lượng phân tử trung bình
• 1.13. Xác định độ thấm ướt và tốc độ chảy của màng
• 1.14. Khảo sát khả năng tách loại của vật liệu màng biến tính với CR
• 1.15. Khảo sát khả năng tách loại của vật liệu màng biến tính với dung dịch BSA
• 1.16. Khảo sát đặc tính chống nghẽn của màng
• 1.17. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu màng. Lập đường chuẩn CR
• 1.18. Lập đường chuẩn Bovine serum albumin (BSA)
• 1.19. Tính toán hiệu suất quá trình tách loại thuốc nhuộm
• 1.20. Các phương pháp đặc trưng vật liệu
• 1.20.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-vis
• 1.20.2. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR
• 1.20.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.20.4. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.20.5. Phương pháp đo góc thấm ướt
• 1.20.6. Phương pháp phân tích nhiệt DTA, TGA. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Đặc trưng bã mía và cellulose
• 2.2. Đặc trưng cellulose acetate
• 2.2.1. Kết quả độ thay thế DS, độ nhớt
• 2.2.2. Độ thay thế DS
• 2.2.3. Phổ hồng ngoại FT-IR
• 2.2.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.2.5. Kết quả phân tích nhiệt (DTA, TGA)
• 2.3. Đặc trưng vật liệu màng CA-PDA:MPD
• 2.3.1. Đặc trưng các màng với tỉ lệ DA:MPD khác nhau
• 2.3.2. Kết quả hiển vi điện tử quét SEM
• 2.3.3. Độ thấm ướt của màng. Tốc độ dòng chảy
• 2.3.4. Đặc trưng của màng CA-PDA:MPD tỉ lệ 0,1:1
• 2.3.4.1. Kết quả phổ FT-IR. Kết quả phân tích nhiệt (DSC, TGA) của màng
• 2.3.4.2. Kết quả đo góc tiếp xúc
• 2.3.4.3. Kết quả đặc trưng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
• 2.3.4.4. Kết quả khảo sát điểm đẳng điện của màng CA-PDA:MPD 0,1:1
• 2.4. Khảo sát khả năng tách loại của màng
• 2.4.1. Kết quả khảo sát khả năng tách loại của các màng CA và CA biến tính với phẩm màu đỏ Công-gô
• 2.4.2. Kết quả khảo sát khả năng tách loại của màng CA và CA biến tính với dung dịch BSA. Kết quả khảo sát đặc tính chống nghẽn của màng
• 2.4.3. Tương tác giữa DA và MPD trong phản ứng IP
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao)

Tóm tắt

I. Luận Văn Thạc Sĩ

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và tổng hợp màng CA (Cellulose Acetate) từ bã mía, một phụ phẩm nông nghiệp phổ biến. Mục tiêu chính là ứng dụng màng CA trong việc tách loại các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước. Nghiên cứu này không chỉ mang tính học thuật mà còn có giá trị thực tiễn cao, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm nước hiện nay.

1.1. Tổng Hợp Màng CA

Tổng hợp màng CA từ bã mía là quá trình chính trong nghiên cứu. Cellulose từ bã mía được xử lý và chuyển hóa thành Cellulose Acetate, một vật liệu polymer thân thiện với môi trường. Màng CA có tính ưa nước, khả năng kháng tắc nghẽn cao, và được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước. Quá trình tổng hợp bao gồm các bước xử lý với nước, base, và cuối cùng là tạo màng.

1.2. Đồng Lắng Đọng PDA MPD

Đồng lắng đọng PDA (Polydopamine) và MPD (m-Phenylenediamine) là phương pháp biến tính bề mặt màng CA để cải thiện hiệu suất tách loại. PDA được tạo ra từ quá trình oxi hóa Dopamine, mang lại tính chất linh hoạt cho màng. MPD được sử dụng trong quá trình trùng hợp bề mặt, tạo ra lớp phân tách hoạt tính giúp tăng khả năng thấm nước và ổn định hóa học.

II. Ứng Dụng Tách Loại Hợp Chất Hữu Cơ

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng màng CA biến tính để tách loại các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước. Các hợp chất này bao gồm thuốc nhuộm và các chất hữu cơ khác, thường được thải ra từ các ngành công nghiệp như dệt may. Màng CA biến tính không chỉ hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm mà còn thân thiện với môi trường, không thải thêm chất độc hại.

2.1. Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp

Xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là từ ngành dệt nhuộm, là một trong những ứng dụng chính của màng CA biến tính. Nước thải từ các nhà máy dệt nhuộm chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc hại, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Màng CA biến tính với PDA và MPD có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất này, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

2.2. Khả Năng Kháng Nghẽn

Một trong những ưu điểm nổi bật của màng CA biến tính là khả năng kháng nghẽn cao. Hiện tượng fouling (nghẽn màng) là vấn đề thường gặp trong các hệ thống lọc nước. Màng CA biến tính với PDA và MPD có cấu trúc bề mặt được cải thiện, giúp giảm thiểu hiện tượng này, từ đó tăng tuổi thọ và hiệu suất của màng.

III. Công Nghệ Màng Hóa Học Môi Trường

Nghiên cứu này đóng góp vào lĩnh vực công nghệ màng và hóa học môi trường bằng cách phát triển một phương pháp mới để xử lý ô nhiễm nước. Màng CA biến tính không chỉ là một giải pháp hiệu quả mà còn là một bước tiến trong việc sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường. Nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp như bã mía.

3.1. Tách Chất Ô Nhiễm

Tách chất ô nhiễm là mục tiêu chính của nghiên cứu. Màng CA biến tính được thiết kế để loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại như thuốc nhuộm từ nước thải. Quá trình này không chỉ giúp làm sạch nước mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu suất tách loại cao, đặc biệt là với các loại thuốc nhuộm phổ biến như Congo Red.

3.2. Nghiên Cứu Môi Trường

Nghiên cứu này cũng đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu môi trường bằng cách cung cấp một giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm nước. Việc sử dụng bã mía làm nguyên liệu chính không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tận dụng được nguồn phụ phẩm nông nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường nước do các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là thuốc nhuộm tổng hợp, đang là vấn đề cấp thiết toàn cầu và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người cũng như hệ sinh thái thủy sinh. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp dệt nhuộm đóng góp lớn vào kinh tế nhưng cũng là nguồn phát thải chính các chất ô nhiễm hữu cơ vào nguồn nước, với khoảng 20-30% lượng thuốc nhuộm bị thải ra môi trường chưa qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm năm 2008, nhiều cơ sở thải vượt gấp 2-3 lần các giới hạn cho phép về độ màu, BOD5, COD và tổng chất rắn lơ lửng, làm giảm oxy hòa tan và ảnh hưởng xấu đến sinh vật thủy sinh.

Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp màng cellulose acetate (CA) từ bã mía – một phụ phẩm nông nghiệp giàu cellulose (chiếm 40-50% thành phần) – và biến tính bề mặt màng với polydopamine (PDA) và m-phenylenediamine (MPD) nhằm nâng cao khả năng tách loại các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước. Nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện tính thấm nước, độ xốp, khả năng chống nghẽn và hiệu suất lọc của màng trong khoảng thời gian thực nghiệm tại phòng thí nghiệm, với phạm vi ứng dụng hướng tới xử lý nước thải ngành dệt nhuộm.

Việc phát triển màng lọc từ nguyên liệu tái tạo, thân thiện môi trường như bã mía không chỉ góp phần giảm chi phí sản xuất mà còn hỗ trợ xử lý ô nhiễm nước hiệu quả, giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng và môi trường sinh thái.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết polymer màng lọc: Cellulose acetate (CA) là polymer sinh học có khả năng tạo màng tốt, dễ phân hủy, thân thiện môi trường. Độ thay thế (DS) của nhóm acetyl ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học của màng, như độ thấm nước và độ bền cơ học.

• Phản ứng trùng hợp bề mặt (Interfacial Polymerization - IP): Phương pháp tạo màng mỏng polyamide (PA) trên bề mặt màng nền bằng phản ứng giữa monomer axit clorua (Trimesoyl chloride - TMC) và diamine (m-phenylenediamine - MPD). Lớp polyamide mỏng (300-400 nm) giúp tăng khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ.

• Biến tính bề mặt với polydopamine (PDA): PDA được tổng hợp từ dopamine (DA) qua quá trình oxy hóa tự nhiên trong môi trường kiềm, tạo lớp phủ có nhiều nhóm chức như catechol, amin, imine giúp tăng tính linh hoạt, khả năng thấm nước và chống bám bẩn cho màng.

• Khái niệm và đặc tính màng lọc: Màng lọc được phân loại theo kích thước lỗ (MF, UF, NF, RO), có thể đối xứng hoặc không đối xứng, với các đặc tính quan trọng như độ thấm ướt, độ xốp, chiều dày, trở lực và khả năng chống fouling (nghẽn).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Cellulose được chiết xuất từ bã mía thu thập tại Bình Định, Việt Nam. Các hóa chất như dopamine, MPD, TMC được sử dụng với độ tinh khiết cao (>96%). Thuốc nhuộm Congo Red (CR) và protein Bovine Serum Albumin (BSA) dùng để khảo sát khả năng tách loại.

• Quy trình tổng hợp:

  1. Xử lý bã mía với nước, NaOH, EDTA và H2O2 để thu cellulose tinh khiết.
  2. Tổng hợp cellulose acetate (CA) từ cellulose bằng phản ứng acetyl hóa với acid acetic và anhydride acetic, xác định độ thay thế DS.
  3. Chế tạo màng nền CA pha trộn với polyurethane (PU) bằng phương pháp casting, tạo màng bất đối xứng.
  4. Biến tính bề mặt màng bằng đồng lắng đọng PDA và MPD trong dung dịch đệm tris-HCl (pH 8,5) có xúc tác CuSO4 và H2O2, sau đó trùng hợp bề mặt với TMC trong dung môi hữu cơ.
  5. Bảo quản màng trong nước đề ion trước khi sử dụng.

• Phương pháp phân tích:

  • Độ nhớt và khối lượng phân tử trung bình của CA được xác định bằng nhớt kế Ostwald và phương trình Mark-Houwink-Sakurada.
  • Độ thấm ướt và tốc độ dòng chảy của màng được đo theo công thức chuẩn.
  • Khả năng tách loại được khảo sát với dung dịch CR 100 ppm và BSA 50 ppm qua hệ thống lọc hút chân không ở áp suất 0,4 MPa.
  • Đặc tính chống nghẽn được đánh giá qua tỷ lệ thu hồi thông lượng (FRR) sau khi lọc BSA 500 ppm.
  • Các phương pháp đặc trưng vật liệu bao gồm phổ UV-Vis, FT-IR, SEM, XRD, DTA, TGA, đo góc thấm ướt, phổ EDS và xác định điểm đẳng điện.

• Timeline nghiên cứu:

  • Chuẩn bị nguyên liệu và tổng hợp CA: 2 tháng.
  • Chế tạo và biến tính màng: 1 tháng.
  • Thí nghiệm khảo sát tính chất và hiệu suất tách loại: 2 tháng.
  • Phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn: 1 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp cellulose acetate (CA) từ bã mía:

   • Độ thay thế DS của CA đạt khoảng 2,5, phù hợp với đặc tính màng lọc.
   • Khối lượng phân tử trung bình (M̅v) của CA được xác định khoảng 1,2 × 10^5 g/mol.
   • Độ nhớt dung dịch CA đạt giá trị thể hiện tính chất polymer tốt cho tạo màng.

2. Đặc tính vật liệu màng CA-PDA:MPD:

   • Độ thấm ướt của màng biến tính tăng từ 45% (màng CA nguyên bản) lên đến 72% với tỉ lệ DA:MPD là 0,1:1, cho thấy màng có tính ưa nước cao hơn.
   • Tốc độ dòng chảy qua màng tăng 35% so với màng nền CA, đạt khoảng 120 L/m².h ở áp suất 0,4 MPa.
   • Góc tiếp xúc với nước giảm từ 78° xuống còn 52°, minh chứng cho sự cải thiện tính thấm ướt.

3. Khả năng tách loại hợp chất hữu cơ:

   • Màng CA-PDA:MPD đạt hiệu suất loại bỏ Congo Red (CR) lên đến 95%, cao hơn 20% so với màng CA nguyên bản.
   • Hiệu suất loại bỏ BSA đạt khoảng 92%, cho thấy khả năng giữ lại protein và các phân tử hữu cơ lớn hiệu quả.
   • Tỷ lệ thu hồi thông lượng (FRR) sau khi lọc BSA đạt 85%, chứng tỏ màng có khả năng chống nghẽn tốt.

4. Đặc tính chống nghẽn và ổn định:

   • Tỷ lệ suy giảm thông lượng tổng (Rt) dưới 15%, tỷ lệ suy giảm không thể đảo ngược (Rir) chỉ khoảng 5%, cho thấy màng có khả năng tự làm sạch và duy trì hiệu suất lọc lâu dài.
   • Điểm đẳng điện của màng CA-PDA:MPD được xác định ở pH khoảng 5,8, phù hợp với điều kiện xử lý nước thải dệt nhuộm.

Thảo luận kết quả

Việc tổng hợp CA từ bã mía không chỉ tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu tái tạo mà còn tạo ra vật liệu màng có đặc tính phù hợp cho xử lý nước thải. Độ thay thế DS cao giúp màng có tính ổn định và khả năng tạo màng tốt. Biến tính bề mặt với PDA và MPD thông qua phản ứng trùng hợp bề mặt IP đã cải thiện đáng kể tính thấm nước và khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ như thuốc nhuộm và protein.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng màng CA nguyên bản hoặc màng polyamide đơn thuần, màng CA-PDA:MPD đồng lắng đọng cho thấy hiệu suất lọc và chống nghẽn vượt trội, nhờ vào lớp phủ PDA giàu nhóm chức năng và cấu trúc polyamide dày đặc. Các biểu đồ thể hiện tốc độ dòng chảy, hiệu suất loại bỏ CR và BSA, cũng như tỷ lệ thu hồi thông lượng minh họa rõ ràng sự cải thiện này.

Kết quả phù hợp với các báo cáo trong ngành về việc sử dụng màng biến tính PDA để tăng tính kỵ nước và chống fouling, đồng thời cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải dệt nhuộm, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng màng CA-PDA:MPD trong xử lý nước thải dệt nhuộm:

   • Triển khai thử nghiệm quy mô pilot tại các khu công nghiệp dệt nhuộm để đánh giá hiệu quả thực tế.
   • Mục tiêu giảm độ màu và COD trong nước thải xuống dưới quy chuẩn quốc gia trong vòng 6 tháng.

2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất màng:

   • Điều chỉnh tỷ lệ DA:MPD và thời gian trùng hợp để cân bằng giữa tốc độ dòng chảy và hiệu suất loại bỏ.
   • Giảm chi phí sản xuất bằng cách sử dụng nguyên liệu bã mía địa phương và tái sử dụng dung môi trong vòng 1 năm.

3. Nâng cao khả năng chống nghẽn và tuổi thọ màng:

   • Phát triển quy trình làm sạch màng định kỳ bằng phương pháp vật lý và hóa học phù hợp.
   • Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì hệ thống lọc màng trong 3 tháng đầu triển khai.

4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng:

   • Khảo sát khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ khác như thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa trong nước thải công nghiệp.
   • Phát triển màng composite kết hợp với các vật liệu nano để tăng hiệu quả lọc trong 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Hóa lý:

   • Nắm bắt quy trình tổng hợp và biến tính màng polymer từ nguyên liệu tự nhiên, áp dụng trong xử lý môi trường.

2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường:

   • Áp dụng công nghệ màng lọc mới trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt ngành dệt nhuộm, nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí.

3. Doanh nghiệp sản xuất và xử lý nước thải:

   • Tìm hiểu giải pháp màng lọc thân thiện môi trường, tiết kiệm năng lượng và có khả năng tái sử dụng nguyên liệu.

4. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách:

   • Tham khảo các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến để xây dựng tiêu chuẩn, quy định phù hợp với thực tế và thúc đẩy phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Màng CA-PDA:MPD có ưu điểm gì so với màng CA truyền thống?
   Màng biến tính với PDA và MPD có độ thấm nước cao hơn 35%, khả năng loại bỏ thuốc nhuộm và protein đạt trên 90%, đồng thời chống nghẽn tốt với tỷ lệ thu hồi thông lượng lên đến 85%, vượt trội so với màng CA nguyên bản.

2. Nguồn nguyên liệu bã mía có ảnh hưởng thế nào đến chất lượng màng?
   Bã mía chứa 40-50% cellulose, là nguồn nguyên liệu tái tạo, giá rẻ và thân thiện môi trường. Cellulose chiết xuất từ bã mía có độ tinh khiết cao, giúp tổng hợp CA với độ thay thế DS phù hợp, đảm bảo tính chất vật lý và hóa học của màng.

3. Phản ứng trùng hợp bề mặt IP hoạt động như thế nào trong nghiên cứu này?
   IP tạo lớp polyamide mỏng trên bề mặt màng nền bằng phản ứng giữa TMC (trong dung môi hữu cơ) và MPD (trong dung dịch nước), giúp tăng khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhờ lớp màng chọn lọc dày đặc và ổn định.

4. Khả năng chống nghẽn của màng được đánh giá ra sao?
   Qua thí nghiệm lọc BSA 500 ppm, màng CA-PDA:MPD giữ được 85% lưu lượng sau khi làm sạch, với tỷ lệ suy giảm thông lượng không thể đảo ngược chỉ 5%, cho thấy màng có khả năng chống fouling hiệu quả.

5. Màng này có thể ứng dụng trong xử lý nước thải ngành nào khác ngoài dệt nhuộm?
   Ngoài dệt nhuộm, màng có thể ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp chứa hợp chất hữu cơ phức tạp như ngành giấy, da, mỹ phẩm, và xử lý nước cấp sinh hoạt nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và protein.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công cellulose acetate từ bã mía với độ thay thế DS khoảng 2,5 và khối lượng phân tử trung bình phù hợp cho tạo màng lọc.
• Chế tạo màng CA nền pha trộn polyurethane và biến tính bề mặt đồng lắng đọng PDA và MPD bằng phương pháp trùng hợp bề mặt IP, cải thiện đáng kể tính thấm nước và khả năng loại bỏ hợp chất hữu cơ.
• Màng biến tính đạt hiệu suất loại bỏ Congo Red và BSA trên 90%, đồng thời có khả năng chống nghẽn cao với tỷ lệ thu hồi thông lượng 85%.
• Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng màng lọc thân thiện môi trường, hiệu quả trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm và các ngành công nghiệp khác.
• Đề xuất triển khai thử nghiệm quy mô lớn và tối ưu hóa quy trình sản xuất để ứng dụng thực tế trong vòng 1-2 năm tới.

Khuyến khích các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai thử nghiệm pilot, đồng thời phát triển các giải pháp làm sạch và tái sử dụng màng nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền của công nghệ lọc màng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Sơ lược về thuốc nhuộm. Định nghĩa về thuốc nhuộm.

Phân loại thuốc nhuộm. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước. Tình trạng ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm ở nước ta. Tác hại của ô nhiễm nước do chất thải màu hữu cơ.

Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ trong môi trường nước 9 1. Giới thiệu về bã mía. Phản ứng trùng hợp bề mặt. Phương pháp trùng hợp bề mặt.

Các thông số liên quan đến trùng hợp bề mặt. Loại chất phản ứng (monomer). Nồng độ chất phản ứng. Khái niệm màng lọc.

Phân loại màng lọc. Đặc tính của màng lọc. Một số đặc tính của màng. Độ thấm ướt của màng.

Độ xốp của màng. Chiều dày của màng. Trở lực của màng. Hiện tượng fouling.

Kỹ thuật tạo màng casting. Tổng hợp vật liệu. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ. Tổng hợp cellulose từ bã mía.

Xử lý với nước. Xử lý với base. Tổng hợp CA từ cellulose bã mía. Xác định độ thay thế DS của CA.

Chế tạo màng CA-PDA:MPD. Chế tạo màng nền CA/PU. Tạo lớp phủ PDA:MPD lên màng. Xác định trọng lượng phân tử trung bình.

Xác định độ thấm ướt và tốc độ chảy của màng. Khảo sát khả năng tách loại của vật liệu màng biến tính với CR. Khảo sát khả năng tách loại của vật liệu màng biến tính với dung dịch BSA………………………………………. Khảo sát đặc tính chống nghẽn của màng.

Xác định điểm đẳng điện của vật liệu màng. Lập đường chuẩn CR. Lập đường chuẩn Bovine serum albumin (BSA). Tính toán hiệu suất quá trình tách loại thuốc nhuộm.

Các phương pháp đặc trưng vật liệu. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-vis. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp đo góc thấm ướt. Phương pháp phân tích nhiệt DTA, TGA. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS).

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Đặc trưng bã mía và cellulose. Đặc trưng cellulose acetate. Kết quả độ thay thế DS, độ nhớt.

Độ thay thế DS. Phổ hồng ngoại FT-IR. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD). Kết quả phân tích nhiệt (DTA, TGA).

Đặc trưng vật liệu màng CA-PDA:MPD. Đặc trưng các màng với tỉ lệ DA:MPD khác nhau. Kết quả hiển vi điện tử quét SEM. Độ thấm ướt của màng.

Tốc độ dòng chảy. Đặc trưng của màng CA-PDA:MPD tỉ lệ 0,1:1. Kết quả phổ FT-IR. Kết quả phân tích nhiệt (DSC, TGA) của màng.

Kết quả đo góc tiếp xúc. Kết quả đặc trưng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS). Kết quả khảo sát điểm đẳng điện của màng CA-PDA:MPD 0,1:1 65 3. Khảo sát khả năng tách loại của màng.

Kết quả khảo sát khả năng tách loại của các màng CA và CA biến tính với phẩm màu đỏ Công-gô. Kết quả khảo sát khả năng tách loại của màng CA và CA biến tính với dung dịch BSA. Kết quả khảo sát đặc tính chống nghẽn của màng. Tương tác giữa DA và MPD trong phản ứng IP.

74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 79 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao) DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Từ Tiếng Anh Từ Tiếng Việt 1 CA Cellulose acetate Xenlulôzơ axetat 2 CE Cellulose Xenlulôzơ 3 CR Con-go Red Đỏ Công Gô 4 DMSO Dimethyl sulfoxide Đimêtyl sunfoxit 5 DS Degree of substitution Độ thay thế 6 MPD m-phenylenediamine m-phenyl điamin 7 TMC Trimesoyl clorua Trimesoyl clorua 8 PDA Polydopamine Poly Dopamin 9 DA Dopamine Dopamin 10 DTA Differential Thermal Phương pháp phân tích Analysis nhiệt vi sai 11 TGA Thermo Gravimetric Phương pháp phân tích Analysis nhiệt trọng lượng 12 PA Polyamit Polyamit 13 BSA Bovine serum albumin Huyết thanh bò DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm năm 2008.

Thành phần của bã mía. Các monomer clorua axit tham gia vào phản ứng IP. Các monomer diamine tham gia phản ứng IP. Tên hóa chất, nguồn gốc xuất xứ.

Kết quả xây dựng đường chuẩn CR. Kết quả xây dựng đường chuẩn BSA. Kết quả số liệu chuẩn độ. Độ thấm ướt của các màng CA và CA biến tính.

Kết quả khảo sát tốc độ dòng chảy của các màng CA/PU với tỉ lệ khối lượng DA:MPD khác nhau. Góc tiếp xúc với nước của màng. Thành phần hóa học của vật liệu màng CA-PDA:MPD 0,1:1. Các kết quả pHi và pHf.

Kết quả khảo sát tách loại với phẩm màu CR. Kết quả khảo sát tách loại của các màng CA và CA-PDA:MPD 0,1:1. Kết quả khảo sát thông lượng, tỷ lệ thu hồi thông lượng và các tỷ lệ suy giảm thông lượng của màng. 70 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.

Công thức cấu tạo của Công-gô đỏ………………………………. Cấu trúc của phân tử cellulose ……………………………………13 Hình 1. Liên kết hidro trong và ngoài mạch cellulose ……………………. Cấu trúc của phân tử CA …………………………………………15 Hình 1.

Tổng hợp polyurethane …………………………………………. Cấu trúc dopamine ………………………………………………. Sự hình thành polydopamine ……………………………………. Lớp mỏng được tạo ra bởi TMC và MPD thông qua IP ………….

Một số loại màng đối xứng ………………………………………. Một số loại màng bất đối xứng …………………………. Hệ thống lọc hút chân không. Phương trình đường chuẩn của CR ………………………………37 Hình 2.

Phương trình đường chuẩn của BSA ……………………………. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét ……………………42 Hình 2. Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể …………………………………. Mô phỏng sự tương tác của nước với bề mặt khác nhau ……….

Mô hình tán xạ năng lượng tia X …………………………………46 Hình 3. Phổ IR của bã mía ban đầu và cellulose bã mía …………………. Phổ FT-IR của Cellulose bã mía và cellulose acetate ……………. Phổ phân tích nhiệt DTA - TGA của mẫu CA ……………………54 Hình 3.

Ảnh sự thay đổi màu sắc của PDA và MPD ……………………. Hình ảnh màng CA và CA-PDA:MPD …………………………. Ảnh SEM bề mặt của các màng (A): CA; (B): CA/PU; (C), (D), (E), (F) màng CA-PDA:MPD với tỉ lệ DA:MPD lần lượt là 0,025:1; 0,05:1 và 0,1:1. Biểu đồ thể hiện độ thấm ướt của các màng CA-PDA:MPD với các tỉ lệ khác nhau ………………………………………………………………59 Hình 3.

Biều đồ biểu diễn tốc độ dòng chảy của vật liệu màng …………. Phổ IR của màng CA và CA-PDA:MPD 0,1:1 …………………. Phổ phân tích nhiệt DSC-TGA của màng CA-PDA:MPD 0,1:1. Góc tiếp xúc của các màng CA (A) và CA-PDA:MPD 0,1:1(B).

Kết quả đặc trưng phổ EDS ……………………………………. Đồ thị điểm đẳng điện của vật liệu màng CA-PDA:MPD 0,1:1. Biểu đồ thể hiện khả năng tách loại của các màng CA………… 68 Hình 3. Biểu đồ thể hiện khả năng tách loại của màng CA và CA biến tính với dung dịch BSA ………………………………………………………….

Biểu đồ thể hiện thông lượng nước qua màng với BSA của các màng CA và CA biến tính …………………………………………………. Đồ thị thể hiện tỉ lệ thu hồi thông lượng của các màng CA và CA biến tính ……………………………………………………………………. Tương tác giữa DA và MPD trong phản ứng IP. Hình (A) là quá trình tự trùng hợp PDA.

Hình (B) là tương tác giữa PDA và MPD. Hình (C) là quá trình IP với TMC. Lý do chọn đề tài Đất nước ta đang trong quá trình hội nhập và phát triển về mọi mặt kinh tế xã hội, văn hóa. Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã mang những thành tựu to vô cùng lớn cho đất nước, góp phần xây dựng đất nước và nâng cao đời sống cả về vật chất và tinh thần cho nhân dân.

Tuy nhiên, bên cạnh đó, một vấn đề nóng mang tính chất cấp thiết toàn cầu mà hầu hết các nước trên thế giới kể cả nước ta đang đối mặt, đó là vấn đề ô nhiễm môi trường. Ô nhiễm môi trường có thể chia thành 3 phần: ô nhiễm đất, nước và không khí. Đặc biệt, ô nhiễm môi trường nước và không khí có ảnh hưởng trực tiếp đến con người và sinh vật. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất xử lý sơ sài thậm chí đưa trực tiếp ra môi trường.

Vì vậy, việc tìm ra phương pháp nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Thuốc nhuộm được sử dụng để rộng rãi trong các ngành công nghiệp, như dệt may, nhuộm, da, giấy, mỹ phẩm. Thuốc nhuộm có nguồn gốc tổng hợp và cấu trúc phân tử thơm phức tạp làm cho phân tử thuốc nhuộm ổn định với ánh sáng, nhiệt độ và tác nhân oxi hóa. Do tính tan tốt trong nước, thuốc nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước.

Chỉ một lượng nhỏ thuốc nhuộm thải ra môi trường cũng làm nước có màu. Như vậy, việc xử lý chất hữu cơ trong nước hiện nay đang được quan tâm và tìm biện pháp giải quyết. Trong số những phương pháp nghiên cứu để tách loại phẩm màu trong môi trường nước thì phương pháp màng lọc mang lại hiệu quả cao, nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, quy trình đơn giản, không đưa thêm chất độc hại vào môi trường. Hiện nay có nhiều vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm, thân thiện với môi trường như bã chè, bã mía, chuối sợi, vỏ dừa, rơm, bèo tây, đài sen…được sử dụng 2 để loại bỏ các chất độc hại trong môi trường nước.

Trên thế giới có rất nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía. Bã mía là một phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất đường mía, bã mía chiếm khoảng 25-30% trọng lượng mía đem ép, trong đó chứa trung bình 45-55% cellulose. Trước đây, bã mía được dùng chủ yếu để đốt lò hơi trong nhà máy sản xuất đường, ngoài ra bã mía còn được dùng để làm bột giấy. Ngày nay, bã mía đang được đánh giá là tiềm năng chế tạo vật liệu để xử lý nước thải.

Cellulose acetate (CA) là một trong những vật liệu màng polymer đầu tiên sử dụng để tách nước cơ bản. CA là polymer dễ phân hủy sinh học, thân thiện môi trường, bền nhiệt, không độc, có khả năng tạo màng tốt và là vật liệu có thể tái sử dụng. CA được điều chế từ các phụ phẩm nông nghiệp giúp tận dụng có hiệu quả các phụ phẩm nông nghiệp và giảm chi phí sản xuất. Màng CA có tính ưa nước, kháng tắc nghẽn (fouling) cao, và được ứng dụng nhiều trong xử lí nước thải.

Với mục đích cải thiện tính thấm nước, kích thước lỗ chân lông, độ xốp và tăng độ nhám bề mặt thì việc biến tính màng là giải pháp được đưa ra.