Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+ và Pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

0.1. Lý do chọn đề tài

0.2. Mục đích nghiên cứu

0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

0.4. Phương pháp nghiên cứu

0.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

0.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

0.6. Cấu trúc luận văn

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về nguồn phế liệu vỏ tôm

1.2. Tổng quan về chitin và chitosan

1.2.1. Lược sử nghiên cứu chitin/ chitosan

1.2.2. Sự tồn tại của chitin

1.2.3. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan

1.2.3.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitin

1.3. Giới thiệu về xơ dừa

1.3.1. Dừa và sợi xơ dừa

1.3.2. Cấu trúc của sợi xơ dừa

1.3.3. Tính chất của sợi xơ dừa

1.3.4. Xử lí sợi xơ dừa

1.3.4.1. Lý thuyết chung về quá trình xử lí sợi

1.3.4.2. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính

1.4. Phương pháp hấp phụ

1.4.1. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ

1.4.2. Khái niệm về sự hấp phụ

1.4.3. Nguyên lí của quá trình hấp phụ

1.4.4. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ

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

1.4.6. Cơ chế hấp phụ

1.5. Tính chất và ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước đối với sức khỏe con người và sinh vật

1.5.1. Khái quát chung

1.5.2. Giới thiệu về niken và chì

2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất

2.2. Dụng cụ và các thiết bị chính

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Quy trình tách chitin và điều chế chitosan

2.3.1.1. Quy trình tách chitin từ vỏ tôm

2.3.1.2. Qui trình điều chế chitosan

2.3.2. Xác định một số chỉ tiêu hóa lí của chitin/chitosan

2.3.2.1. Xác định độ ẩm của chitin/ chitosan

2.3.2.2. Xác đinh hàm lượng tro của chitin/chitosan

2.3.3. Nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính bằng chitosan

2.3.3.1. Quy trình xử lí sợi xơ dừa

2.3.3.2. Điều chế VLHP xơ dừa biến tính

2.3.3.3. Xác định đặc trưng của cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ hồng ngoại

2.3.3.4. Xác định đặc trưng cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ phân tích nhiệt

2.3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính bằng phương pháp hấp phụ bể

2.3.4.1. Cách tiến hành

2.3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ

2.3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ đến quá trình hấp phụ

2.3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion lạ

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tách chitin từ vỏ tôm

3.1.1. Xác định hàm lượng chitin trong vỏ tôm

3.1.2. Deaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan

3.1.3. Xác định hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin

3.1.4. Xác định hàm lượng tro của chitosan

3.2. Kết quả nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính

3.2.1. Xác định hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa

3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn – rắn chitosan/xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính

3.2.3. Hiệu suất của quá trình chế tạo VLHP xơ dừa biến tính

3.2.4. Phổ hồng ngoại của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính

3.2.5. Phổ phân tích nhiệt trọng lượng TGA của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính

3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion M2+ bằng phương pháp hấp phụ bể

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH

3.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ

3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion M2+ ban đầu

3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion lạ

3.3.4.1. Ảnh hưởng của lực ion NaCl

3.3.4.2. Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3

3.3.4.3. Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4

3.3.4.4. Ảnh hưởng của lực ion CaCl2

3.3.4.5. Ảnh hưởng của lực ion MgCl2

3.3.4.6. Ảnh hưởng của các cation Na+, Ca2+, Mg2+

3.3.4.7. Ảnh hưởng các anion Cl-, CO32-, PO43-

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu xơ dừa và chitosan

Vật liệu xơ dừa là một nguồn nguyên liệu phong phú và dễ dàng thu thập tại Việt Nam. Xơ dừa có cấu trúc nhiều lỗ xốp, giúp tăng khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng trong nước. Chitosan, một dẫn xuất của chitin, được chiết xuất từ vỏ tôm, có khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại như Ni2+ và Pb2+. Việc biến tính xơ dừa bằng chitosan không chỉ nâng cao khả năng hấp phụ mà còn tạo ra một vật liệu thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định khả năng hấp phụ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan đối với các ion Ni2+ và Pb2+ trong dung dịch nước. Theo nghiên cứu, chitosan có khả năng tạo liên kết với các ion kim loại nặng, từ đó giúp loại bỏ chúng khỏi môi trường nước, góp phần bảo vệ sức khỏe con người và sinh thái.

1.1. Tính chất hấp phụ của vật liệu xơ dừa

Xơ dừa có khả năng hấp phụ cao nhờ vào cấu trúc vật lý của nó. Các thành phần như cellulose, hemicellulose và lignin trong xơ dừa tạo ra các vị trí hấp phụ cho các ion kim loại. Nghiên cứu cho thấy rằng khả năng hấp phụ của xơ dừa có thể được cải thiện khi kết hợp với chitosan. Chitosan không chỉ tăng cường khả năng hấp phụ mà còn giúp cải thiện tính chất cơ học của vật liệu. Việc sử dụng xơ dừa biến tính bằng chitosan trong xử lý nước thải là một giải pháp bền vững, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có.

II. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2 và Pb2

Phương pháp nghiên cứu được thực hiện thông qua các thí nghiệm hấp phụ trong bể. Các yếu tố như pH, nồng độ ion ban đầu và thời gian hấp phụ được khảo sát để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ. Kết quả cho thấy rằng pH có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Ở pH thấp, khả năng hấp phụ của ion Ni2+ và Pb2+ tăng lên do sự hình thành các ion dương trong dung dịch. Nồng độ ion ban đầu cũng ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ, với nồng độ cao hơn dẫn đến khả năng hấp phụ tốt hơn. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ cũng được xác định, cho thấy rằng sau một khoảng thời gian nhất định, khả năng hấp phụ không còn tăng lên đáng kể.

2.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ

Nghiên cứu cho thấy rằng pH của dung dịch có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan. Khi pH giảm, khả năng hấp phụ của ion Ni2+ và Pb2+ tăng lên do sự gia tăng nồng độ ion dương trong dung dịch. Điều này cho thấy rằng việc điều chỉnh pH có thể là một yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Kết quả này khẳng định rằng việc tối ưu hóa pH có thể giúp nâng cao hiệu quả của vật liệu hấp phụ trong việc loại bỏ ion kim loại nặng khỏi nước.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan có khả năng hấp phụ ion Ni2+ và Pb2+ hiệu quả. Các thí nghiệm cho thấy rằng hiệu suất hấp phụ đạt tối đa ở một số điều kiện nhất định, như pH, nồng độ ion ban đầu và thời gian hấp phụ. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ giúp loại bỏ các ion kim loại nặng mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước.

3.1. Đánh giá hiệu quả của vật liệu hấp phụ

Hiệu quả của vật liệu hấp phụ xơ dừa biến tính bằng chitosan được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như khả năng hấp phụ, tốc độ hấp phụ và khả năng tái sử dụng. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng hấp phụ cao đối với cả ion Ni2+ và Pb2+, với hiệu suất hấp phụ đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu. Điều này chứng tỏ rằng vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan không chỉ hiệu quả trong việc loại bỏ kim loại nặng mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+ và Pb2+ từ xơ dừa biến tính bằng chitosan