Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+ trong dung dịch nước bằng chitosan và axit humic

• Tác giả: Phạm Thị Gái
• Người hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: CN. Hóa Phân tích – Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Hấp Phụ Ion Cu2+ Trong Nước Bằng Chitosan Và Axit Humic
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về chitin/chitosan
• 1.2. Nguồn gốc và sự tồn tại của Chitin/chitosan trong tự nhiên
• 1.3. Công thức cấu tạo
• 1.3.1. Cấu trúc hóa học của chitin
• 1.3.2. Cấu trúc hóa học của chitosan
• 1.4. Tính chất vật lý của chitin/chitosan
• 1.4.1. Tính chất vật lý của chitin
• 1.4.2. Tính chất vật lý của chitosan
• 1.5. Tính chất hóa học của chitin/chitosan
• 1.5.1. Tính chất hóa học của chitin
• 1.5.2. Tính chất hóa học của chitosan
• 1.6. Tính chất sinh học
• 1.7. Ưu, nhược điểm của chitin/chitosan
• 1.8. Nguyên tắc điều chế chitin/chitosan
• 1.8.1. Điều chế chitin từ vỏ tôm
• 1.8.2. Quá trình điều chế chitosan
• 1.9. Một số ứng dụng của chitosan
• 1.9.1. Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm
• 1.9.2. Ứng dụng chitosan trong y dược
• 1.9.3. Ứng dụng chitosan trong công nghiệp
• 1.9.4. Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp
• 1.9.5. Ứng dụng chitosan trong công nghệ in ấn và trong phim ảnh
• 1.10. Tổng quan về axit humic
• 1.10.1. Sự hình thành axit humic
• 1.10.2. Đặc điểm của axit humic
• 1.10.3. Thành phần nguyên tố của axit humic
• 1.10.4. Cấu tạo của axit humic
• 1.10.5. Bản chất tương tác của axit humic với ion kim loại trong dung dịch nước
• 1.10.6. Ứng dụng của axit humic trong nông nghiệp và môi trường
• 1.11. Giới thiệu về Đồng
• 1.11.1. Nguồn gốc và Đồng trong nước
• 1.11.2. Hàm lượng đồng trong nước thiên nhiên và nước thải
• 1.11.3. Tính độc hại
• 1.11.4. Nồng độ đồng cho phép
• 1.11.5. Đồng trong đất, phân vi lượng đồng
• 1.12. Phương pháp hấp phụ
• 1.12.1. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ
• 1.12.2. Khái niệm về sự hấp phụ
• 1.12.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ trong môi trường nước
• 1.12.4. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ
• 1.12.5. Phương trình hấp phụ Freundlich
• 1.12.6. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
• 2.1.1. Dụng cụ, thiết bị
• 2.2. Điều chế vật liệu
• 2.2.1. Điều chế chitin từ vỏ tôm
• 2.2.2. Điều chế chitosan từ chitin
• 2.2.3. Điều chế axit humic
• 2.2.4. Điều chế tổ hợp chitosan- axit humic
• 2.3. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ
• 2.3.1. Xác định độ ẩm, độ tro
• 2.3.2. Xác định độ ẩm không khí
• 2.3.3. Xác định hàm lượng tro
• 2.3.4. Điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ
• 2.3.5. Phổ hồng ngoại, phổ phân tích nhiệt DTA/TG
• 2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nước của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp hấp phụ bể
• 2.4.1. Nghiên cứu đẳng nhiệt
• 2.4.2. Xác định tải trọng hấp phụ cực đại
• 2.4.3. Ảnh hưởng của lực ion
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả điều chế vật liệu hấp phụ
• 3.1.1. Kết quả điều chế chitin
• 3.1.2. Kết quả điều chế chitosan
• 3.1.3. Kết quả nghiên cứu điều chế axit humic từ than bùn
• 3.1.4. Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp chitosan- axit humic
• 3.2. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ
• 3.2.1. Kết quả khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ
• 3.2.2. Phổ hồng ngoại, phổ phân tích nhiệt DTA/TG
• 3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nước của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp hấp phụ bể
• 3.3.1. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ
• 3.3.2. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của chitosan
• 3.3.3. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của axit humic
• 3.3.4. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của chitosan/axit humic
• 3.3.5. Tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan
• 3.3.6. Tải trọng hấp phụ cực đại của axit humic
• 3.3.7. Tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan/axit humic
• 3.3.8. Kết quả ảnh hưởng của lực ion
• 3.3.8.1. Ảnh hưởng của lực ion NaCl
• 3.3.8.2. Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3
• 3.3.8.3. Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4
• 3.3.8.4. Ảnh hưởng của lực ion MgCl2
• 3.3.8.5. Ảnh hưởng của lực ion CaCl2
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu hấp phụ ion Cu2

Nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+ trong nước bằng vật liệu chitosan và axit humic là một lĩnh vực quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường nước. Hấp phụ ion là quá trình mà các ion kim loại nặng, như Cu2+, được giữ lại trên bề mặt của các chất hấp phụ. Chitosan, một polysaccharide tự nhiên, và axit humic, một thành phần chính trong chất mùn, đã được chứng minh là có khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại. Việc sử dụng chitosan và axit humic không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có từ vỏ tôm và than bùn, góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Tính chất của chitosan và axit humic

Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch acid loãng, tạo thành dung dịch keo trong. Tính chất chitosan cho phép nó tương tác tốt với các ion kim loại, làm cho nó trở thành một chất hấp phụ hiệu quả. Axit humic, ngược lại, có khả năng tạo phức với các ion kim loại, giúp tăng cường khả năng hấp phụ. Sự kết hợp giữa chitosan và axit humic tạo ra một vật liệu hấp phụ có hiệu suất cao trong việc loại bỏ ion Cu2+ khỏi nước, nhờ vào sự tương tác giữa các nhóm chức năng trên bề mặt của chúng.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định khả năng hấp phụ của chitosan, axit humic và tổ hợp của chúng đối với ion Cu2+. Các mẫu chitosan được điều chế từ vỏ tôm, trong khi axit humic được chiết xuất từ than bùn. Các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện trong điều kiện kiểm soát, với các biến số như pH, nồng độ ion và thời gian tiếp xúc được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình hấp phụ. Kết quả được phân tích bằng các phương pháp như phổ hồng ngoại (IR) và phân tích nhiệt (TG/DTA) để xác định các đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ.

2.1. Điều chế vật liệu hấp phụ

Quá trình điều chế chitosan từ vỏ tôm bao gồm các bước xử lý hóa học để loại bỏ protein và khoáng chất, sau đó là quá trình deacetyl hóa để tạo ra chitosan. Tương tự, axit humic được chiết xuất từ than bùn thông qua các phương pháp hóa học, giúp tách biệt các thành phần hữu cơ. Việc tạo ra tổ hợp chitosan/axit humic được thực hiện bằng cách trộn lẫn hai chất này trong một tỷ lệ nhất định, nhằm tối ưu hóa khả năng hấp phụ của vật liệu mới tạo ra.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu hấp phụ chitosan/axit humic có khả năng hấp phụ ion Cu2+ cao hơn so với từng thành phần riêng lẻ. Các thí nghiệm đẳng nhiệt cho thấy rằng quá trình hấp phụ tuân theo mô hình Langmuir, cho thấy sự hình thành lớp hấp phụ đơn trên bề mặt vật liệu. Điều này cho thấy rằng chất hấp phụ có khả năng tạo ra các liên kết mạnh với ion kim loại, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý nước. Kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong việc xử lý ô nhiễm nước mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu tự nhiên.

3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng pH của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ ion Cu2+. Ở pH thấp, khả năng hấp phụ tăng lên do sự gia tăng nồng độ ion dương trong dung dịch, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác với bề mặt của chitosan và axit humic. Ngoài ra, nồng độ ion trong dung dịch cũng ảnh hưởng đến tải trọng hấp phụ cực đại, cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất trong xử lý nước.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng chitosan và axit humic làm vật liệu hấp phụ có thể là một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý ô nhiễm nước, đặc biệt là đối với ion Cu2+. Kết quả cho thấy rằng tổ hợp chitosan/axit humic không chỉ nâng cao khả năng hấp phụ mà còn tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có, góp phần bảo vệ môi trường. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo là mở rộng nghiên cứu với các ion kim loại khác và tối ưu hóa quy trình sản xuất vật liệu hấp phụ để nâng cao hiệu quả xử lý nước.