Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường nước bởi các ion kim loại nặng đang là một thách thức nghiêm trọng phát sinh từ quá trình công nghiệp hóa và gia tăng dân số. Các kim loại nặng như niken ($Ni^{2+}$) và chì ($Pb^{2+}$) có đặc tính không phân hủy sinh học, khả năng tích lũy sinh học cao trong chuỗi thức ăn và gây tổn hại nặng nề đến sức khỏe con người cũng như cân bằng hệ sinh thái. Việc loại bỏ các ion này ra khỏi nguồn nước bằng các giải pháp kỹ thuật thông thường đòi hỏi chi phí lớn và quy trình vận hành phức tạp. Trong số các biện pháp xử lý nước thải hiện hành, phương pháp hấp phụ sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp và phế phẩm chế biến thủy hải sản được quan tâm nghiên cứu nhờ nguồn nguyên liệu sẵn có, giá thành thấp và tính thân thiện với môi trường.

Tại Việt Nam, ngành chế biến thủy sản đông lạnh thải ra hàng nghìn tấn phụ phẩm vỏ tôm mỗi năm, đặc biệt là phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) tại khu vực miền Trung và Đồng bằng sông Cửu Long. Lượng phế phẩm này phần lớn chỉ dùng làm thức ăn gia súc hoặc bị thải bỏ gây ô nhiễm cục bộ, trong khi đây là nguồn cung cấp dồi dào để chiết xuất polymer sinh học chitin và dẫn xuất chitosan – chất có khả năng tạo phức và liên kết hiệu quả với các ion kim loại nặng. Đồng thời, xơ dừa tự nhiên là nguồn sinh khối phổ biến chứa hàm lượng lớn cellulose và lignin với cấu trúc mạng xốp, rất thích hợp để làm chất nền biến tính hóa học.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Hậu (chuyên ngành Sư phạm Hóa học, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng) tập trung giải quyết ba mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Tách chitin từ vỏ tôm phế liệu và điều chế chitosan từ nguồn chitin thu được thông qua phản ứng deacetyl hóa.
  2. Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) từ xơ dừa biến tính bằng chitosan.
  3. Ứng dụng vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan để xử lý và khảo sát khả năng hấp phụ các ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$ trong môi trường nước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn cụ thể như sau:

  • Đối tượng nghiên cứu: Sợi xơ dừa tự nhiên; chitin và chitosan điều chế từ vỏ tôm; vật liệu hấp phụ composite xơ dừa biến tính bằng chitosan; động thái và dung lượng hấp phụ đối với hai ion kim loại nặng $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$.
  • Phạm vi không gian và nguồn gốc nguyên liệu: Vỏ tôm phế phẩm (chủ yếu từ tôm thẻ chân trắng) được thu gom tại Công ty Xuất nhập khẩu Thủy hải sản Thọ Quang, quận Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng; sợi xơ dừa được thu mua từ cơ sở Xuân Sang, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng; các thí nghiệm phân tích đặc trưng nhiệt được thực hiện tại Khoa Hóa, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ ngày giao đề tài 10/09/2017 đến ngày hoàn thành 20/04/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng lý luận dựa trên cấu trúc phân tử của các polyme tự nhiên, hóa học phức chất và các mô hình nhiệt động học hấp phụ:

  • Cơ sở lý thuyết về chitin và chitosan: Chitin là poly($N$-acetyl-2-amino-2-deoxy-$\beta$-D-glucopyranose) liên kết qua cầu $\beta$-(1,4)-glycosid, tồn tại ở các dạng thù hình $\alpha$, $\beta$, $\gamma$ (trong đó vỏ tôm chủ yếu là $\alpha$-chitin với mạng lưới liên kết hydro bền vững). Phản ứng deacetyl hóa loại bỏ nhóm acetyl tại vị trí C(2) trong môi trường kiềm đặc chuyển hóa chitin thành chitosan (poly-$\beta$-(1,4)-D-glucosamine). Với sự xuất hiện của các nhóm amin tự do ($-NH_2$), chitosan hoạt động như một polycation và có khả năng phối trí mạnh với các ion kim loại chuyển tiếp.
  • Lý thuyết về sợi xơ dừa và quá trình biến tính: Thành phần xơ dừa gồm cellulose (35–45%), lignin (40–45%), pectin (2,7–4%) và hemicellulose (0,15–0,25%). Cơ sở xử lý xơ dừa dựa trên nguyên lý dùng axit loãng và kiềm kết hợp chất oxy hóa để hòa tan, loại bỏ bớt phần vô định hình (lignin, pectin), làm trương nở mạch cellulose để tăng khả năng tiếp xúc và tạo liên kết ghép với dung dịch chitosan.
  • Lý thuyết hấp phụ và mô hình toán học: Sử dụng thuyết hấp phụ đơn lớp Langmuir dựa trên giả thiết các tâm hấp phụ trên bề mặt là đồng nhất và không có sự tương tác tương hỗ giữa các tiểu phân bị hấp phụ. Phương trình Langmuir tuyến tính có dạng: $$\frac{C_f}{q} = \frac{1}{q_{\max} \cdot b} + \frac{C_f}{q_{\max}}$$ Trong đó $C_f$ là nồng độ cân bằng (mg/L), $q$ là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g), $q_{\max}$ là tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g), và $b$ là hằng số liên kết Langmuir. Ngoài ra, văn bản cũng phân tích mô hình thực nghiệm Freundlich và mô hình hấp phụ đa lớp BET.
  • Độc tính kim loại nặng: Đánh giá tính chất hóa lý của niken ($Ni$) và chì ($Pb$). Trong đó, niken gây dị ứng da, viêm mũi và ung thư hô hấp; chì tích tụ trong mô xương, gây tổn thương hệ thần kinh trung ương, suy giảm chỉ số thông minh ở trẻ em và tổn thương thận (tiêu chuẩn WHO quy định hàm lượng chì tối đa trong nước uống là 0,05 mg/L).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

  • Phương pháp hóa lý phân tích vật liệu: Sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trên máy Nicolet iS10 trong dải số sóng từ 400 đến 4000 $\text{cm}^{-1}$ nhằm xác định các nhóm chức đặc trưng của xơ dừa thô và xơ dừa biến tính. Sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng đồng thời (TG-DTA) trên thiết bị STA600 Perkin Elmer trong môi trường khí trơ nitơ, dải nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 800 °C với tốc độ gia nhiệt 10 °C/phút.
  • Phương pháp hóa học xác định dung lượng hấp phụ: Khảo sát quá trình hấp phụ gián đoạn (hấp phụ bể - batch adsorption). Định lượng hàm lượng ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$ trước và sau hấp phụ bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức (complexon) với chất chuẩn Trilon B (EDTA). Nồng độ Trilon B được chuẩn hóa bằng dung dịch gốc $MgSO_4$ 0,01 N với chỉ thị Eriocrom T đen (ET-OO) tại pH = 10. Dung dịch $Ni^{2+}$ được chuẩn độ tại pH = 10 với chỉ thị murexit (điểm tương đương chuyển sang màu tím hoa cà). Dung dịch $Pb^{2+}$ được chuẩn độ tại pH = 10 với chỉ thị ET-OO (điểm tương đương chuyển từ đỏ nho sang xanh biếc).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1 (24 trang) tổng hợp hệ thống tài liệu khoa học về nguyên liệu, phương pháp xử lý và đối tượng khảo sát:

  • Tổng quan về tiềm năng phế liệu thủy sản: Thống kê sản lượng tôm Đồng bằng sông Cửu Long năm 2016 (tôm sú đạt khoảng 260 nghìn tấn, tôm thẻ đạt 390 nghìn tấn). Phế liệu chiếm từ 40–70% khối lượng chế biến, trong đó đầu tôm chiếm 35–45%, vỏ chiếm 10–15%. Thành phần vỏ tôm gồm khoáng $CaCO_3$, protein, lipid, sắc tố và chitin.
Nguồn nguyên liệu giáp xác Hàm lượng $CaCO_3$ (%) Hàm lượng Protein (%) Hàm lượng Chitin (%)
Vỏ tôm 40,26 32,02 27,72
Nang mực 88,44 6,12 5,40
Tăm mực ống 4,74 46,23 49,00
Vỏ cua 66,58 16,60 16,73
Vỏ tép nhỏ 63,94 15,46 20,06
  • Đặc tính sợi xơ dừa: Giới thiệu cấu trúc hình thái của xơ dừa (Cocos nucifera). Tổng hợp các thông số cơ lý cơ bản và so sánh xơ dừa với các sợi tự nhiên khác (chuối, đay).
Chỉ tiêu cơ lý của sợi xơ dừa Giá trị công bố Đơn vị đo
Mô đun Young 4000 – 5000 MPa
Độ bền kéo 140 – 150 MPa
Độ dẫn điện 0,047 W/mK
Tỷ trọng 1,33 $\text{g/cm}^3$
Độ thấm nước 10 %
  • Cơ chế xử lý sợi xenlulozo: Phân tích vai trò của dung dịch kiềm $NaOH$ (5–30%) trong việc hòa tan các hợp chất vô định hình và làm trương nở mạch cellulose; vai trò của axit loãng trong việc cắt đứt các liên kết acetal giữa lignin và nhóm hydroxyl của cellulose.
  • Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ: Phân tích bản chất hấp phụ vật lý và hóa học; thiết lập phương trình Langmuir, Freundlich, BET; phân tích các yếu tố chi phối gồm pH môi trường, nồng độ chất tan ban đầu, thời gian tiếp xúc, nhiệt độ, diện tích bề mặt và sự cạnh tranh của dung môi nước. Đánh giá tính độc hại và dạng tồn tại của niken và chì trong nguồn nước.

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2 (11 trang) mô tả chi tiết hóa chất, trang thiết bị và quy trình thực nghiệm:

  • Quy trình tách chitin từ vỏ tôm: Vỏ tôm thẻ chân trắng rửa sạch, phơi khô, nghiền nhỏ qua rây kích thước lỗ 0,04 mm. Tiến hành khử khoáng bằng dung dịch $HCl$ 1 N với tỷ lệ rắn/lỏng ($w/v$) là 1/5 trong thời gian 5 giờ ở nhiệt độ phòng, gạn lọc và lặp lại 3 lần, rửa đến trung tính. Tiếp tục khử protein bằng dung dịch $NaOH$ 1 N ($w/v$ = 1/5, thời gian 5 giờ, nhiệt độ phòng, thực hiện 3 lần), rửa đến trung tính và sấy khô để thu chitin tinh sạch.
  • Quy trình điều chế chitosan: Thực hiện phản ứng deacetyl hóa bằng cách ngâm bột chitin trong dung dịch $NaOH$ 46% (tỷ lệ $w/v$ = 1/10) ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ, tiến hành 3 lần, sau đó lọc, rửa sạch đến môi trường trung tính và sấy khô.
  • Xác định chỉ tiêu hóa lý của chitin và chitosan: Phương pháp xác định độ ẩm bằng tủ sấy ở 100–105 °C đến khối lượng không đổi. Xác định độ tro bằng phương pháp khối lượng thông qua việc nung mẫu tại 700 °C trong lò nung điện (sai số giữa 2 lần đo song song không vượt quá 0,02%).
  • Xử lý sợi xơ dừa: Xơ dừa được ngâm trong dung dịch $HCl$ 0,5 N ($w/v$ = 6/100) trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng để loại bỏ tạp chất; sau đó gạn lọc và tiếp tục ngâm trong dung dịch hỗn hợp $NaOH$ 0,5 N và $H_2O_2$ 5% ($w/v$ = 6/100) trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng; rửa sạch đến pH trung tính rồi sấy khô.
  • Điều chế vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan: Phối trộn $a$ gam chitosan và $(3 - a)$ gam xơ dừa đã xử lý vào 50 mL dung dịch $CH_3COOH$ 2% ($w/v$ = 6/100), khuấy đều trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó ngâm hỗn hợp vào dung dịch $NaOH$ 5% ($w/v$ = 6/100) trong 1 giờ để cố định chitosan lên xơ dừa; gạn, lọc, rửa nước cất đến trung tính và sấy khô đến khối lượng không đổi.
  • Khảo sát quá trình hấp phụ ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$: Tiến hành hấp phụ bể với 50 mL dung dịch kim loại; xác định nồng độ kim loại dư bằng phương pháp chuẩn độ complexon với Trilon B. Khảo sát các thông số:
    • Ảnh hưởng của pH (dải khảo sát pH từ 1 đến 7; $C_i = 50\text{ ppm}$; thời gian $t = 1\text{ giờ}$; tỷ lệ rắn/lỏng = 1/100 $w/v$).
    • Thời gian đạt cân bằng (khảo sát từ 1 đến 3 giờ tại pH tối ưu).
    • Ảnh hưởng của nồng độ ion ban đầu ($C_i$ thay đổi từ 50 đến 500 ppm tại các điều kiện pH và thời gian tối ưu).
    • Ảnh hưởng của lực ion lạ: Khảo sát các muối $NaCl$, $MgCl_2$, $CaCl_2$, $Na_2CO_3$, $Na_3PO_4$ ở dải nồng độ 20–100 ppm tác động lên dung dịch $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$ có nồng độ 300 ppm (sử dụng 0,5 g vật liệu, thể tích 50 mL, thời gian tiếp xúc 24 giờ).

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 (24 trang) trình bày các số liệu đo đạc, đồ thị và phổ nghiệm thực nghiệm:

  • Kết quả điều chế chitin và chitosan: Xác định hàm lượng chitin tách được từ vỏ tôm thẻ; đánh giá các chỉ tiêu độ ẩm và hàm lượng tro của chitin; hiệu suất chuyển hóa deacetyl hóa từ chitin thành chitosan; hàm lượng tro của sản phẩm chitosan thành phẩm.
  • Kết quả chế tạo vật liệu hấp phụ biến tính: Đánh giá hiệu suất của quá trình xử lý xơ dừa bằng axit và kiềm/tẩy trắng; khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ phối trộn rắn – rắn chitosan/xơ dừa đến hiệu suất chế tạo vật liệu biến tính; lựa chọn tỷ lệ phối trộn thích hợp nhất.
  • Phân tích đặc trưng cấu trúc vật liệu:
    • Phổ hồng ngoại FT-IR: Phân tích so sánh phổ FT-IR của xơ dừa ban đầu và xơ dừa biến tính trong vùng 400–4000 $\text{cm}^{-1}$, chỉ ra các dải hấp thụ đặc trưng của liên kết hydroxyl ($-OH$), liên kết amin ($-NH_2$), liên kết amide và liên kết glycosid minh chứng cho sự gắn kết của chitosan lên bề mặt sợi cellulose xơ dừa.
    • Phổ phân tích nhiệt TG-DTA: Phân tích đường cong mất khối lượng theo nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 800 °C trong khí trơ nitơ, làm rõ các giai đoạn phân hủy nhiệt của cấu trúc xenlulozơ/lignin và lớp phủ polymer chitosan trên vật liệu.
  • Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:
    • Ảnh hưởng của pH: Đồ thị hiệu suất ($H%$) và dung lượng hấp phụ ($q$) biến thiên theo pH từ 1 đến 7 đối với từng ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$, xác định vùng pH tối ưu tránh hiện tượng kết tủa hydroxit kim loại.
    • Động học cân bằng thời gian: Khảo sát diễn biến hấp phụ từ 1 đến 3 giờ, xác định thời điểm hệ đạt trạng thái cân bằng hấp phụ.
    • Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và mô hình đẳng nhiệt: Biểu đồ dung lượng hấp phụ theo nồng độ ban đầu từ 50 đến 500 ppm. Xử lý hồi quy tuyến tính theo phương trình Langmuir ($C_f/q$ phụ thuộc $C_f$) để xác định dung lượng hấp phụ cực đại $q_{\max}$ và hằng số ái lực $b$.
    • Ảnh hưởng của lực ion lạ: Đánh giá mức độ suy giảm hiệu suất hấp phụ khi có mặt các ion cạnh tranh: khảo sát riêng lẻ từng muối ($NaCl$, $Na_2CO_3$, $Na_3PO_4$, $CaCl_2$, $MgCl_2$) từ 20 đến 100 ppm; tổng hợp so sánh mức độ ảnh hưởng của các cation ($Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) và các anion ($Cl^-$, $CO_3^{2-}$, $PO_4^{3-}$) đối với khả năng giữ ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành các mục tiêu thực nghiệm đề ra với các kết quả cụ thể:

  • Quy trình chế tạo vật liệu: Thiết lập thành công quy trình xử lý phế liệu vỏ tôm bằng phương pháp hóa học ở điều kiện nhiệt độ phòng để thu nhận chitin (khử khoáng bằng $HCl$ 1 N, khử protein bằng $NaOH$ 1 N) và deacetyl hóa thành chitosan bằng $NaOH$ 46%. Đồng thời xây dựng quy trình làm sạch xơ dừa bằng hệ tác nhân $HCl$ 0,5 N và $NaOH$ 0,5 N kết hợp $H_2O_2$ 5% nhằm loại bỏ lignin, pectin trước khi biến tính tạo phức với dung dịch chitosan trong môi trường axit axetic 2%.
  • Đặc trưng hóa cấu trúc: Dữ liệu phổ hồng ngoại FT-IR và phổ phân tích nhiệt trọng lượng TG-DTA cung cấp bằng chứng khách quan về sự biến tính bề mặt của xơ dừa bằng chitosan, thể hiện qua các dải dao động nhóm chức đặc trưng và sự biến đổi các giai đoạn phân hủy nhiệt.
  • Dữ liệu thực nghiệm hấp phụ kim loại nặng: Xác định được điều kiện hấp phụ thích hợp (pH, thời gian cân bằng, nồng độ) đối với hai ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$; chứng minh sự phù hợp của quá trình hấp phụ với mô hình đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính. Đồng thời làm rõ ảnh hưởng cản trở của các cation kim loại kiềm/kiềm thổ ($Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) và các gốc anion vô cơ ($Cl^-$, $CO_3^{2-}$, $PO_4^{3-}$) ở các nồng độ từ 20 đến 100 ppm lên hiệu suất giữ ion kim loại nặng.
  • Đóng góp của đề tài: Tác giả đã tận dụng nguồn phế phụ phẩm sinh khối dồi dào, giá thành rẻ tại địa phương (vỏ tôm và xơ dừa) để chế tạo vật liệu hấp phụ composite có khả năng xử lý các ion kim loại độc hại trong môi trường nước mà không cần các hóa chất đắt tiền hay kỹ thuật phức tạp; góp phần giảm thiểu ô nhiễm do rác thải thủy sản và nông nghiệp, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu thu hồi, làm giàu kim loại.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được công bố trong văn bản, công trình tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

  • Quy mô và điều kiện khảo sát: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm theo phương pháp hấp phụ bể gián đoạn tĩnh (batch), chưa được thử nghiệm trên hệ thống dòng chảy liên tục (cột hấp phụ - dynamic column) thường dùng trong xử lý công nghiệp.
  • Đối tượng dung dịch thử nghiệm: Khảo sát được thực hiện trên các dung dịch nước nhân tạo pha chế từ muối tinh khiết ($Ni(NO_3)_2$ và $Pb(NO_3)_2$) với sự có mặt của từng loại muối vô cơ riêng lẻ, chưa kiểm chứng trên các nguồn nước thải công nghiệp thực tế vốn có thành phần đa kim loại và chất hữu cơ phức tạp.
  • Khả năng giải hấp và tái sinh: Mặc dù phần tổng quan đã trình bày cơ sở lý thuyết về giải hấp và tái sinh vật liệu (phương pháp nhiệt, hóa lý, vi sinh), tuy nhiên công trình chưa công bố số liệu thực nghiệm về chu trình giải hấp và số lần tái sử dụng của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan.

Hướng nghiên cứu tiếp được gợi mở từ đề tài gồm:

  • Mở rộng khảo sát hấp phụ động học trên cột lọc liên tục để xác định đường cong xuyên phá (breakthrough curve).
  • Thực nghiệm quá trình giải hấp phụ bằng các dung dịch hóa chất phù hợp để thu hồi ion kim loại và đánh giá độ bền cơ học cũng như hiệu suất của vật liệu qua nhiều chu kỳ tái sử dụng.
  • Thử nghiệm xử lý trên mẫu nước thải thực tế từ các làng nghề mạ điện hoặc xí nghiệp công nghiệp hóa chất.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Hóa học, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Môi trường: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình điều chế chitin/chitosan từ vỏ giáp xác và các phương pháp biến tính sợi thực vật tự nhiên.
  • Người làm nghiên cứu về vật liệu xử lý môi trường: Phần thực nghiệm cung cấp thông số cụ thể về nồng độ hóa chất, tỷ lệ rắn/lỏng ($w/v$), thời gian xử lý và các bước chuẩn độ complexon xác định ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$ bằng Trilon B với các chỉ thị murexit và ET-OO.
  • Giá trị học thuật của dữ liệu: Bảng dữ liệu cơ lý của sợi tự nhiên, hàm lượng chitin trong các loài giáp xác và phương pháp luận thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính là nguồn tư liệu cơ sở có thể áp dụng cho các đề tài nghiên cứu tương tự.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nguyên liệu vỏ tôm và xơ dừa được thu thập từ đâu trong nghiên cứu này?
Nguyên liệu vỏ tôm phế thải (chủ yếu là tôm thẻ chân trắng) được cung cấp bởi Công ty Xuất nhập khẩu Thủy hải sản Thọ Quang, quận Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng. Xơ dừa được thu mua từ cơ sở Xuân Sang, lô số 10, đường Nguyễn Tường Phổ, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng.

2. Tác giả đã dùng những tác nhân hóa học nào để chiết tách chitin từ vỏ tôm phế liệu?
Quá trình tách chitin sử dụng dung dịch $HCl$ 1 N để khử muối khoáng ($CaCO_3$, $Ca_3(PO_4)_2$) với tỷ lệ rắn/lỏng 1/5 trong 5 giờ (lặp lại 3 lần) và dung dịch $NaOH$ 1 N để khử protein với cùng tỷ lệ 1/5 trong 5 giờ (lặp lại 3 lần) ở nhiệt độ phòng, sau đó rửa đến trung tính và sấy khô.

3. Quy trình làm sạch sợi xơ dừa tự nhiên trước khi phối trộn biến tính được thực hiện như thế nào?
Sợi xơ dừa ban đầu được ngâm trong dung dịch $HCl$ 0,5 N với tỷ lệ $w/v$ = 6/100 trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, sợi được gạn lọc và tiếp tục ngâm trong dung dịch hỗn hợp $NaOH$ 0,5 N kết hợp $H_2O_2$ 5% với tỷ lệ $w/v$ = 6/100 trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng để loại bỏ tạp chất lignin và pectin, rồi rửa đến trung tính và sấy khô.

4. Phương pháp phân tích nào được áp dụng để xác định nồng độ các ion $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$ trong quá trình hấp phụ?
Nồng độ các ion kim loại trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức (complexon) sử dụng chất chuẩn Trilon B (EDTA). Quá trình chuẩn độ ion $Ni^{2+}$ được thực hiện tại pH = 10 (đệm $NH_4OH + NH_4Cl$) với chỉ thị murexit; ion $Pb^{2+}$ được chuẩn độ tại pH = 10 với chỉ thị Eriocrom T đen (ET-OO). Nồng độ dung dịch Trilon B được chuẩn hóa định kỳ bằng dung dịch chuẩn gốc $MgSO_4$ 0,01 N.

5. Những ion lạ nào đã được khảo sát về ảnh hưởng cạnh tranh đến khả năng hấp phụ kim loại của vật liệu?
Các ion lạ được khảo sát ở nồng độ từ 20 đến 100 ppm trong dung dịch chứa 300 ppm ion kim loại nặng gồm có: các muối vô cơ $NaCl$, $MgCl_2$, $CaCl_2$, $Na_2CO_3$, $Na_3PO_4$; qua đó so sánh ảnh hưởng cạnh tranh riêng rẽ giữa các cation ($Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) và các anion ($Cl^-$, $CO_3^{2-}$, $PO_4^{3-}$).


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Hậu đã xây dựng hoàn chỉnh quy trình thực nghiệm điều chế vật liệu hấp phụ sinh học từ nguồn phế phẩm vỏ tôm và xơ dừa tại thành phố Đà Nẵng. Vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan được phân tích đặc trưng thành công bằng các phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR và phân tích nhiệt vi sai TG-DTA. Quá trình hấp phụ hai ion kim loại nặng $Ni^{2+}$ và $Pb^{2+}$ được đánh giá chi tiết qua phương pháp hấp phụ bể gián đoạn, xác lập các yếu tố ảnh hưởng của pH, thời gian cân bằng, nồng độ ban đầu, sự cản trở của lực ion lạ và mức độ phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir. Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng ứng dụng của các nguồn sinh khối tự nhiên giá thành rẻ trong công nghệ xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng.