Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ hóa học với đề tài "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))" do nghiên cứu sinh Hồ Thị Yêu Ly thực hiện tại Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (Đà Lạt, 2014), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Mộng Sinh và TS. Nguyễn Văn Sức, thuộc chuyên ngành Hóa phân tích (Mã số: 62.01).

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, phương pháp hấp phụ sinh học sử dụng phụ phẩm từ nguồn phế thải thủy sản như chitosan (sản phẩm deacetyl hóa từ chitin có trong vỏ tôm, cua, giáp xác) là một hướng tiếp cận hiệu quả trong xử lý môi trường và làm giàu lượng vết kim loại. Tuy nhiên, chitosan nguyên sinh chưa biến tính có hạn chế lớn là dễ bị hòa tan trong môi trường acid loãng (pH thấp), gây khó khăn cho việc hấp phụ trong môi trường acid, rửa giải thu hồi và tái sử dụng vật liệu, đặc biệt khi triển khai trên hệ thống cột dòng chảy. Một số công trình trước đây đã thực hiện khâu mạch chitosan bằng các tác nhân hóa học để tăng độ bền acid, song việc khâu mạch này lại khóa các nhóm amino (-NH2), dẫn đến dung lượng hấp phụ kim loại bị suy giảm đáng kể. Từ khoảng trống đó, luận án tập trung giải quyết yêu cầu điều chế vật liệu biến tính mới trên nền chitosan: vừa bền trong môi trường acid, vừa duy trì và nâng cao dung lượng hấp phụ thông qua việc gắn thêm các nhóm chức carboxyl từ acid citric vào khung chitosan đã khâu mạch.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể như sau:

  1. Điều chế được vật liệu chitosan biến tính dạng vảy (chitosan khâu mạch CTSK và chitosan khâu mạch gắn acid citric CTSK-CT), bền trong môi trường acid, có khả năng hấp phụ cao đối với các ion kim loại.
  2. Xác định đầy đủ các đặc tính hấp phụ của các vật liệu điều chế được đối với các ion kim loại U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) trong dung dịch nước.
  3. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để xác định nồng độ lượng vết các ion kim loại trong một số mẫu nước tự nhiên sau khi làm giàu và loại bỏ ion kim loại ra khỏi các nguồn nước thải bị ô nhiễm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu polymer sinh học chitosan biến tính dạng vảy gồm chitosan khâu mạch bằng glutaraldehyde (CTSK) và chitosan khâu mạch gắn acid citric (CTSK-CT); quá trình hấp phụ và giải hấp 5 ion kim loại: U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II).
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các đặc tính hóa lý, cân bằng, động học, nhiệt động học và động học cột dòng liên tục trên môi trường dung dịch nước nhân tạo trong phòng thí nghiệm; ứng dụng thực tế trên các đối tượng mẫu nước tự nhiên (nước máy, nước giếng khoan, nước sông) và mẫu nước thải công nghiệp.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án đã hệ thống hóa nguồn gốc, cấu trúc tinh thể của chitin (ba dạng $\alpha$, $\beta$, $\gamma$), tính chất lý hóa của chitosan với giá trị pKa thực $pK_0 = 6,5$, các phản ứng khâu mạch và dẫn xuất hóa học, cùng các công trình nghiên cứu sử dụng chitosan và dẫn xuất trong và ngoài nước:

Về các nghiên cứu trong nước:

  • Hà Thị Hồng Hoa và cộng sự (2006) nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) trên bông chitosan, đạt dung lượng hấp phụ tối đa 52 mg/g ở pH 2,6 – 2,7.
  • Phạm Thị Bích Hạnh (2006) nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) trên chitosan khâu mạch với glutaraldehyde (GLA) và epichlorohydrin (ECH), ghi nhận dung lượng hấp phụ cực đại lần lượt là 55,7 mg/g và 52,9 mg/g ở pH 3.
  • Nguyễn Xuân Trung và cộng sự (2007) phối trộn chitosan với than hoạt tính dạng hạt cầu khâu mạch glutaraldehyde để hấp phụ Cr(VI) và Cr(III), đạt dung lượng hấp phụ cực đại lần lượt là 172,41 mg/g và 17,09 mg/g.

Về các nghiên cứu ngoài nước:

  • Muzzarelli (1973) công bố phát hiện đầu tiên về khả năng tạo phức chelat của nhóm amino và hydroxyl trên chitosan với các ion Cu2+, Pb2+, Cr3+.
  • Amit Bhatnagar và cộng sự tổng quan 12 loại chất hấp phụ sinh học và khẳng định chitosan có dung lượng hấp phụ kim loại vượt trội nhờ nhóm amin tự do.
  • Guibal và cộng sự nghiên cứu hấp phụ U(VI) và V trên chitosan và glutamate glucan, đạt dung lượng hấp phụ U(VI) cực đại lần lượt là 344,1 mg/g và 363,7 mg/g tại pH 5 – 6.
  • Dambies và cộng sự nghiên cứu hấp phụ U(VI) dạng cột bằng chitosan dạng vảy với các kích thước hạt khác nhau.
  • Fang Yu và Hu Dao-dao (1999) biến tính chitosan bằng cách hòa tan trong acid citric và khâu mạch bằng glutaraldehyde.
  • Koji Oshita và cộng sự (2001) nghiên cứu cơ chế hấp phụ của Hg(II), Cu(II), Ag(I) trên chitosan khâu mạch ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE).
  • Schmuhl và cộng sự nghiên cứu hấp phụ Cu(II) và Cr(VI) trên chitosan khâu mạch epichlorohydrin, chỉ ra rằng việc khâu mạch làm giảm dung lượng hấp phụ Cr(VI) từ 78 mg/g xuống 50 mg/g do mất tâm hấp phụ.
  • Wan Ngah và cộng sự (2001, 2002, 2004, 2006) công bố hàng loạt nghiên cứu so sánh chitosan nguyên sinh và chitosan khâu mạch với GLA, ECH, EGDE trong hấp phụ Cu(II), Pb(II), Cr(III), Cr(VI), đồng thời nghiên cứu quá trình giải hấp bằng dung dịch EDTA.
  • Francisco Peirano và cộng sự (2003) nghiên cứu hấp phụ Au(III) trên chitosan khâu mạch glutaraldehyde ở pH 4 đạt dung lượng 458 mg/g.
  • Annadurai và cộng sự nghiên cứu động học và cân bằng hấp phụ Zn(II) trên chitosan.
  • Paulino và cộng sự (2006) sử dụng chitosan dạng vảy làm giàu đồng thời Cu, Pb, Cd cho phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
  • Kyzas và cộng sự nghiên cứu hấp phụ Zn(II) trên các dẫn xuất KCTS và HKCTS.

Khoảng trống học thuật mà luận án lựa chọn giải quyết là: khắc phục hiện tượng suy giảm dung lượng hấp phụ khi khâu mạch chitosan bằng cách thực hiện biến tính hai giai đoạn: khâu mạch chitosan vảy bằng glutaraldehyde để tạo độ bền cấu trúc trong môi trường acid (tạo CTSK), sau đó ghép thêm các phân tử acid citric lên mạch (tạo CTSK-CT) nhằm bổ sung mật độ nhóm carboxyl (-COOH), từ đó gia tăng tâm hấp phụ kim loại và nâng cao hiệu suất làm giàu, tách loại 5 ion kim loại U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên các cơ sở lý thuyết và khung phân tích thực nghiệm chuyên sâu của ngành Hóa phân tích và Hóa lý bề mặt:

  • Cơ sở lý thuyết hóa học polymer và tạo phức: Phản ứng deacetyl hóa chitin thành chitosan; phản ứng khâu mạch giữa nhóm amino của chitosan và nhóm aldehyde của glutaraldehyde tạo liên kết imine (-N=CH-); phản ứng ghép mạch acid citric lên khung chitosan khâu mạch; cơ chế tạo phức chelat và tương tác tĩnh điện giữa các nhóm chức (-NH2, -OH, -COOH) với các cation kim loại và ion uranyl ($UO_2^{2+}$ / $(UO_2)_3(OH)_5^+$).
  • Các mô hình động học hấp phụ: Mô hình động học biểu kiến giả bậc một (Lagergren) và mô hình động học biểu kiến giả bậc hai (Ho & McKay).
  • Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến: Mô hình Langmuir, mô hình Freundlich, mô hình Redlich-Peterson và mô hình Temkin.
  • Lý thuyết nhiệt động học hấp phụ: Xác định biến thiên năng lượng tự do Gibbs ($\Delta G^\circ$), biến thiên enthalpy ($\Delta H^\circ$) và biến thiên entropy ($\Delta S^\circ$) thông qua phương trình van 't Hoff.
  • Mô hình hấp phụ cột liên tục: Mô hình bình xuyên thấu Bohart-Adams (BDST - Bed Depth Service Time).

Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật phân tích được luận án triển khai bao gồm:

Nhóm phương pháp Kỹ thuật / Công cụ thực tế Mục đích và nội dung thực hiện
Đặc trưng vật liệu Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) Xác định các nhóm chức hóa học trên mẫu CTS, CTSK và CTSK-CT trước và sau hấp phụ
Đặc trưng hình thái Kính hiển vi điện tử quét (SEM/EDX) Khảo sát hình thái bề mặt, độ xốp, kích thước và phân bố cấu trúc của vật liệu
Tính chất hóa lý Chuẩn độ điện thế, đo độ trương nước, khối lượng riêng, diện tích bề mặt Xác định điểm điện tích không ($pH_{PZC}$), độ bền trong acid, độ đề acetyl hóa (ĐĐA), tỷ lệ gắn glutaraldehyde và acid citric
Phân tích hàm lượng kim loại Quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) và Phương pháp Von-ampe hòa tan anot (ASV) Định lượng nồng độ U(VI) bằng trắc quang và định lượng nồng độ các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II) trong dung dịch
Nghiên cứu hấp phụ tĩnh Hấp phụ gián đoạn (Batch adsorption) Khảo sát ảnh hưởng của pH, thời gian tiếp xúc, kích thước vảy, liều lượng chất hấp phụ và nhiệt độ
Tối ưu hóa thực nghiệm Quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken (BBD) kết hợp phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) Xây dựng phương trình hồi quy đa biến bậc hai, phân tích phương sai ANOVA, vẽ đồ thị đường mức và xác định điểm tối ưu
Nghiên cứu hấp phụ động Hệ cột nhồi dòng liên tục (Fixed-bed column) Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng ($v$), nồng độ ban đầu ($C_0$), chiều cao lớp vật liệu ($Z$) và xây dựng đường cong xuyên thấu
Rửa giải và ứng dụng Kỹ thuật giải hấp và làm giàu pha rắn Thử nghiệm giải hấp bằng dung dịch $NaHCO_3$, $HCl$, $HNO_3$; kiểm tra mẫu nước thực tế và nước thải

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày hệ thống lý thuyết về nguồn gốc, cấu trúc phân tử và tính chất hóa lý của chitin và chitosan. Tác giả mô tả chi tiết quy trình sản xuất chitosan từ phế liệu vỏ tôm qua 4 công đoạn: loại khoáng bằng dung dịch $HCl$ 10% trong 12 giờ ở nhiệt độ phòng; loại protein bằng dung dịch $NaOH$ 4% ở nhiệt độ 90 – 95°C trong 3,5 – 4 giờ; khử màu bằng hỗn hợp $KMnO_4 + C_2H_2O_4$ hoặc $H_2O_2$ 1%; deacetyl hóa bằng dung dịch $NaOH$ 50% ở nhiệt độ 110 – 120°C trong 5 giờ. Các thông số đặc trưng được so sánh giữa chitin và chitosan gồm công thức phân tử, trọng lượng phân tử trung bình ($3 \cdot 10^5$), hàm lượng nitơ lý thuyết và thực tế, mức độ deacetyl hóa (chitosan đạt 80% – 90%).

Chương này cũng phân tích cơ chế khâu mạng chitosan bằng các tác nhân nhị chức và đơn chức (glutaraldehyde, epichlorohydrin, ethylene glycol diglycidyl ether), các dạng dẫn xuất hóa học, cùng bức tranh tổng quan về ứng dụng của chitosan trong y dược, nông nghiệp, công nghiệp, thực phẩm và công nghệ môi trường. Phần tổng quan tài liệu phân tích sâu các công trình nghiên cứu hấp phụ các ion kim loại nặng và uranium trong nước và trên thế giới, chỉ ra những ưu điểm và hạn chế của các hệ vật liệu hiện có, từ đó định hình hướng nghiên cứu của luận án.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình hóa chất, dụng cụ, thiết bị và các bước tiến hành thực nghiệm:

  • Quy trình điều chế CTSK: Cho 5 g chitosan dạng vảy tác dụng với 75 mL dung dịch glutaraldehyde 2,5% (v/v), lắc trong 24 giờ với tốc độ 260 vòng/phút, sau đó lọc, rửa sạch bằng nước cất và để khô ở nhiệt độ phòng thu được CTSK màu vàng nhạt.
  • Quy trình điều chế CTSK-CT: Tiến hành gắn acid citric vào CTSK theo các nồng độ khảo sát để xác định liều lượng tối ưu, thu được vật liệu CTSK-CT.
  • Phương pháp xác định các đặc trưng: Xác định độ trương nước, độ tan trong môi trường pH khác nhau, độ đề acetyl hóa, xác định phần trăm glutaraldehyde và acid citric gắn vào mạch polymer, phân tích phổ hồng ngoại FT-IR, chụp ảnh SEM, xác định diện tích bề mặt riêng, khối lượng riêng và đo $pH_{PZC}$.
  • Bố trí thí nghiệm hấp phụ gián đoạn và động học: Khảo sát ảnh hưởng của pH (từ môi trường acid đến trung tính), thời gian tiếp xúc ($t$), kích thước vảy vật liệu, liều lượng chất hấp phụ ($m$) và nhiệt độ ($T$).
  • Thiết kế quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng mô hình Box-Behnken Design (BBD) thuộc phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để đánh giá tương tác giữa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 5 ion kim loại lên CTSK-CT.
  • Thí nghiệm hấp phụ liên tục qua cột nhồi: Khảo sát các thông số lưu lượng dòng qua cột ($v = 5, 10, 15\text{ mL/phút}$), nồng độ đầu vào ($C_0$) và chiều cao lớp hấp phụ ($Z$).
  • Thí nghiệm rửa giải và phân tích mẫu thực tế: Đánh giá hiệu suất rửa giải ion kim loại bằng các dung dịch rửa giải ($NaHCO_3$, $HCl$, $HNO_3$), xây dựng quy trình làm giàu xác định lượng vết trong mẫu nước sông, nước giếng khoan, nước máy và xác định hiệu suất tách loại trong mẫu nước thải công nghiệp.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 là chương trọng tâm của luận án, trình bày và thảo luận toàn bộ các kết quả thực nghiệm thu được:

  • Kết quả đặc trưng vật liệu: Đã xác định được độ bền acid của CTSK và CTSK-CT vượt trội so với chitosan nguyên sinh (không bị tan trong môi trường pH thấp); phổ FT-IR xác nhận sự hình thành liên kết imine giữa chitosan và glutaraldehyde cũng như sự xuất hiện của các nhóm chức carboxyl từ acid citric; ảnh SEM thể hiện sự thay đổi cấu trúc bề mặt sau biến tính; xác định được giá trị $pH_{PZC}$, khối lượng riêng và các thông số vật lý của vật liệu.
  • Kết quả hấp phụ gián đoạn trên CTSK: Đánh giá sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian tiếp xúc, pH, kích thước vảy và liều lượng chất hấp phụ đối với U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II). Khảo sát động học cho thấy dữ liệu thực nghiệm phù hợp với mô hình động học biểu kiến giả bậc hai. Cân bằng hấp phụ được mô tả qua các mô hình đẳng nhiệt phi tuyến.
  • Kết quả hấp phụ gián đoạn trên CTSK-CT: Vật liệu CTSK-CT cho dung lượng hấp phụ gia tăng rõ rệt so với CTSK. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và tính toán các thông số nhiệt động học ($\Delta G^\circ, \Delta H^\circ, \Delta S^\circ$) cho thấy bản chất của quá trình hấp phụ. Mô hình động học giả bậc hai và các mô hình đẳng nhiệt phi tuyến (Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Temkin) mô tả tốt cơ chế hấp phụ.
  • Kết quả quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken Design (BBD - RSM): Xây dựng thành công các phương trình hồi quy đa biến bậc hai biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng (pH, nồng độ ban đầu, thời gian, nhiệt độ) đến dung lượng hấp phụ của 5 ion kim loại lên CTSK-CT; phân tích phương sai ANOVA cho thấy các mô hình có ý nghĩa thống kê; thiết lập các đồ thị đường mức để xác định vùng thông số tối ưu.
  • Kết quả hấp phụ dòng liên tục trên cột nhồi CTSK-CT: Khảo sát đường cong thoát đối với các ion U(VI), Cu(II) và Zn(II) theo các mức lưu lượng, nồng độ đầu vào và chiều cao cột; ứng dụng thành công mô hình Bohart-Adams (BDST) để tính toán các tham số động học cột ($N_0, K_a, a', b', t'$).
  • Kết quả giải hấp: Xác định được dung dịch $NaHCO_3$ thích hợp để giải hấp U(VI) và dung dịch acid ($HCl/HNO_3$) thích hợp để giải hấp các cation Cu(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II), cho phép tái sử dụng vật liệu qua nhiều chu kỳ.
  • Kết quả phân tích mẫu thực tế: Đã áp dụng quy trình hấp phụ làm giàu trên cột nhồi CTSK-CT để xác định chính xác hàm lượng lượng vết của 5 nguyên tố trong mẫu nước máy, nước giếng khoan, nước sông; đồng thời đánh giá hiệu suất tách loại cao đối với các ion kim loại nặng trong mẫu nước thải công nghiệp.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được những kết quả và đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn:

  1. Đóng góp về mặt khoa học:
  • Đã điều chế thành công vật liệu chitosan biến tính dạng vảy mới là chitosan khâu mạch gắn acid citric (CTSK-CT), có độ bền cao trong môi trường acid và dung lượng hấp phụ cao đối với 5 ion kim loại: U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II).
  • Xác định đầy đủ và có hệ thống ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (pH, thời gian tiếp xúc, liều lượng chất hấp phụ, kích thước vảy, nhiệt độ) đến quá trình hấp phụ của CTSK và CTSK-CT đối với từng ion kim loại nghiên cứu.
  • Làm sáng tỏ cơ chế hấp phụ, xác định các thông số động học hấp phụ (tuân theo mô hình giả bậc hai), mô hình hóa cân bằng hấp phụ bằng các phương trình đẳng nhiệt phi tuyến và xác định các thông số nhiệt động học của quá trình.
  • Xây dựng thành công các phương trình hồi quy đa biến bậc hai bằng quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken Design (RSM), xác định chính xác các giá trị thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ 5 ion kim loại lên CTSK-CT.
  • Xác định được các đặc trưng động học cột nhồi dòng liên tục theo mô hình Bohart-Adams đối với U(VI), Cu(II) và Zn(II).
  1. Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:
  • Tận dụng hiệu quả nguồn phế thải thủy sản dồi dào để tạo ra vật liệu polymer sinh học biến tính có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường, phục vụ xử lý ô nhiễm.
  • Xây dựng quy trình hấp phụ làm giàu lượng vết các nguyên tố U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) phục vụ phân tích định lượng bằng các kỹ thuật phân tích hiện đại.
  • Đề xuất quy trình công nghệ sử dụng cột nhồi CTSK-CT để xử lý tách loại kim loại nặng trong các nguồn nước thải công nghiệp và nước tự nhiên bị nhiễm bẩn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ trên phạm vi và nội dung thực nghiệm được trình bày trong luận án:

  • Hạn chế: Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm BBD-RSM và nghiên cứu hấp phụ liên tục trên hệ cột nhồi chủ yếu tập trung sâu trên vật liệu CTSK-CT và một số ion đại diện (U(VI), Cu(II), Zn(II)); các khảo sát giải hấp và tái sinh vật liệu cần tiếp tục được đánh giá qua số lượng chu kỳ lặp lại lớn hơn ở quy mô thực địa mở rộng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất vật liệu CTSK-CT ở quy mô pilot; mở rộng thử nghiệm hấp phụ và làm giàu đối với các ion kim loại quý hoặc các đồng vị phóng xạ khác; nghiên cứu sâu hơn về hiện tượng cạnh tranh hấp phụ trong các hệ dung dịch đa cấu tử phức tạp chứa nhiều anion và chất hữu cơ hòa tan.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho các đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa học vật liệu, Hóa lý và Công nghệ Môi trường: Tham khảo phương pháp biến tính polymer sinh học, phương pháp phân tích trắc quang và điện hóa Von-ampe hòa tan anot, cũng như kỹ thuật mô hình hóa động học, đẳng nhiệt phi tuyến và quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken Design.
  • Giảng viên và nhà nghiên cứu: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy, nghiên cứu chuyên đề về vật liệu hấp phụ sinh học và phương pháp làm giàu lượng vết trong phân tích môi trường.
  • Các kỹ sư môi trường, cán bộ quản lý và cơ sở sản xuất: Tham khảo quy trình chế tạo vật liệu từ vỏ giáp xác và công nghệ xử lý tách loại ion kim loại nặng trong nước thải công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mục đích chính của việc gắn acid citric vào chitosan đã khâu mạch (tạo CTSK-CT) trong luận án là gì?
    Quá trình khâu mạch chitosan bằng glutaraldehyde (tạo CTSK) giúp vật liệu bền trong môi trường acid nhưng lại khóa bớt nhóm amino (-NH2), làm giảm dung lượng hấp phụ kim loại. Việc gắn acid citric vào khung CTSK nhằm bổ sung các nhóm chức carboxyl (-COOH), tạo thêm các tâm hấp phụ mới, từ đó vừa giữ được độ bền trong môi trường acid vừa nâng cao đáng kể dung lượng hấp phụ kim loại.

  2. Luận án sử dụng những mô hình toán học nào để khảo sát động học và cân bằng hấp phụ?
    Luận án sử dụng mô hình động học biểu kiến giả bậc một và giả bậc hai để đánh giá tốc độ hấp phụ; sử dụng 4 mô hình đẳng nhiệt phi tuyến gồm Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson và Temkin để mô tả cân bằng hấp phụ; đồng thời dùng mô hình Bohart-Adams (BDST) cho quá trình hấp phụ động qua cột nhồi.

  3. Những phương pháp phân tích nào được sử dụng để xác định nồng độ các ion kim loại trong dung dịch?
    Nồng độ của ion U(VI) được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis); nồng độ của các cation kim loại Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) được phân tích bằng phương pháp Von-ampe hòa tan anot (ASV).

  4. Dung dịch nào được lựa chọn để giải hấp các ion kim loại ra khỏi cột nhồi CTSK-CT?
    Dung dịch $NaHCO_3$ được sử dụng để giải hấp và thu hồi ion U(VI); các dung dịch acid vô cơ loãng ($HCl$ hoặc $HNO_3$) được sử dụng để giải hấp các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II).

  5. Hiệu quả ứng dụng thực tế của vật liệu CTSK-CT đã được kiểm chứng trên những đối tượng mẫu nào?
    Vật liệu CTSK-CT đã được kiểm chứng qua việc làm giàu thành công để xác định hàm lượng lượng vết 5 ion kim loại trong các mẫu nước tự nhiên (nước máy, nước giếng khoan, nước sông) và đạt hiệu suất tách loại cao các ion kim loại này trong các mẫu nước thải công nghiệp.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Hồ Thị Yêu Ly đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, chế tạo thành công vật liệu polymer sinh học chitosan khâu mạch gắn acid citric (CTSK-CT) dạng vảy bền trong môi trường acid và có dung lượng hấp phụ cao đối với 5 ion kim loại U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II). Công trình đã kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu thực nghiệm hóa phân tích, khảo sát đặc trưng cấu trúc vật liệu, mô hình hóa động học, đẳng nhiệt phi tuyến và tối ưu hóa bằng phương pháp đáp ứng bề mặt Box-Behnken Design. Kết quả của luận án không chỉ bổ sung cơ sở dữ liệu học thuật quan trọng cho lĩnh vực hóa học phân tích và vật liệu hấp phụ mà còn mang lại giải pháp thực tiễn có ý nghĩa trong việc xử lý ô nhiễm nguồn nước và làm giàu định lượng các nguyên tố vi lượng.