Nghiên cứu biến tính tinh bột sắn làm vật liệu hấp phụ ion Cd2+ và Pb2+ trong nước

Bài viết mô tả việc sử dụng tinh bột sắn biến tính như một chất tạo phức có thể hấp phụ Pb2 + và Cd2 + thông qua quá trình đồng trùng hợp ghép với acrylamid và natri acrylat.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu biến tính tinh bột sắn làm vật liệu hấp phụ ion Cd2+ và Pb2+ trong nước NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT SẮN LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ ION Cd2+ VÀ Pb2+ TRONG NƯỚC Bùi Thị Phương Thảo1*, Quản Cẩm Thúy1, Quách Thị Thanh Vân2 1 Khoa Kỹ thuật Phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì 2 Khoa Công nghệ Hóa học và Môi trường, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì * Email: buiphuongthao84@gmail.com Tóm tắt Tinh bột sắn biến tính được điều chế bằng cách ghép acrylamit và natri acrylat lên xanthate tinh bột, sử dụng kali pesunfat, natri hydro sulfit và N, N – methylenebisacrylamid làm chất liên kết chéo. Tinh bột biến tính này có thể hấp Phụ các ion kim loại nặng như Pb2+ và Cd2+. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ được đánh giá bằng pH và nồng độ của các ion kim loại. Các kết quả đã đạt được các điều kiện tối ưu để hấp phụ Pb2+ và Cd2+ như sau: Khi nồng độ ban đầu của các ion là 10 mg /l, lượng hấp phụ cao nhất của Pb2+ và Cd2+ là 47,11 mg/g và 36,55 mg/g. Cơ chế hấp phụ đã được khảo sát bằng quang phổ hồng ngoại biến đổi (FTIR), kính hiển vi điện tử quét (SEM). Từ khóa: tinh bột biến tính, hấp phụ, cadimi, chì STUDY ON MODIFICATION OF CASSAVA STARCH AS Cd2+AND Pb2+ ION ADSORBENT MATERIALS IN WATER Abstract A modified starch xanthate was prepared by graft copolymerization of acrylamide and sodium acrylate onto starch xanthate using potassium persulfate and sodium hydrogen sulfite initiating system and N,N - methylenebisacrylamide as a cross-linker. It can effectively absorb heavy metal ions (Pb2+ và Cd2+). Factors that can influence absorbency were investigated, such as the pH, and the concentration of metal ions. Results were reached and conclusion was drawn that the best synthetic conditions for the polymer adsorbing Pb2+ và Cd2+). were as follows: When the initial concentration of ions was 10 mg/L, the highest quantities of adsorption of Pb2+ and Cd2+ were 47.11 mg/g and 36.55 mg/g. Adsorption mechanism was discussed by using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscope (SEM). Keywords: modified starch, adsorption, cadmi, lead 1. GIỚI THIỆU Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước đã và đang là vấn đề ngày càng được quan tâm. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu là nước thải công nghiệp từ việc khai khoáng, gia công kim loại, thuộc da, dược phẩm, thuốc trừ sâu, hóa chất hữu cơ, cao su và nhựa, gỗ và các sản phẩm từ gỗ [1, 2]. Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học như các chất ô nhiễm hữu cơ và không thể bị phân hủy bởi môi trường mà chỉ 110 có thể bị pha loãng hoặc thay đổi dạng tồn tại [3, 4]. Sự tích lũy kim loại nặng tác động đến đời sống của các sinh vật, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua chuỗi thức ăn. Một số phương pháp đã được sử dụng và phát triển để loại bỏ các kim loại trong nước như kết tủa hóa học, thẩm thấu ngược, màng lọc, trao đổi ion và hấp phụ [2, 3, 5]. Trong đó, hấp phụ là phương pháp thường được sử dụng nhất do có nhiều ưu điểm: đơn giản, hiệu quả, chi phí xử lý thấp. Nhiều vật liệu hấp phụ khác nhau đã được sử dụng như silica gel, chitosan, zeolit, mùn cưa, tro bay,… tuy nhiên chưa đạt được hiệu quả mong muốn. Vì vậy, việc nghiên cứu, khảo sát tìm vật liệu xử lý các kim loại nặng độc hại trong nước một cách có hiệu quả, thân thiện hơn với môi trường là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cần thiết. Chất hấp phụ trên cơ sở tinh bột đang ngày càng tăng chú ý vì tinh bột dồi dào, có thể tái tạo và có thể phân hủy sinh học. Tuy nhiên, bản chất ưa nước của tinh bột là một yếu tố chính nhược điểm làm hạn chế sự phát triển của các liên kết trên tinh bột [6]. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng một số tinh bột biến tính có hiệu quả trong việc loại bỏ các kim loại nặng từ nước. Ví dụ, Kweon và cộng sự [7] đã khảo sát sự hấp phụ của các ion kim loại hóa trị hai bằng cách tách và oxy hóa tinh bột ngô. Xu và cộng sự [8] đã nghiên cứu quá trình hấp phụ của Pb2+ bởi tinh bột lưỡng tính liên kết chéo với bậc bốn nhóm amoni và cacboxymetyl. Popuri và cộng sự [9] đã khảo sát copolyme ghép tinh bột liên kết ngang có chứa nhóm amin làm chất hấp phụ cho Pb2 + và Cd2 + . Trong nghiên cứu này, chúng tôi mô tả việc sử dụng tinh bột sắn biến tính như một chất tạo phức có thể hấp phụ Pb2 + và Cd2 + thông qua quá trình đồng trùng hợp ghép với acrylamid và natri acrylat 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, dụng cụ Tinh bột sắn, cacbon disulfua, etanol tuyệt đối, natri hydroxit, axit acrylic, acrylamid, kali pesunphat, natri bisunfit, methylenbisacrylamid, natri acrylat. Dung dịch ion kim loại (Cd2+ và Pb2+) được chuẩn bị từ các dung dịch chuẩn 1000 mg/l bằng cách pha loãng thích hợp với dung dịch đệm axetat 0,1M (pH 4,5). Nước đề ion được sử dụng trong suốt quá trình. Dung dịch đệm axetat 0,1 M (pH 4,5) được pha bằng cách trộn một lượng thích hợp CH3COOH và CH3COONa. Máy khuấy; Cân phân tích; Tủ sấy; Máy lọc hút chân; Cốc 250 mlBình định mức các loại 100ml, 250 ml, 500mlPipet các loại; Cối nghiền mẫu; Rây số 60. 2.2. Điều chế tinh bột biến tính Phân tán 5,0000 g tinh bột sắn trong 25 ml dung dịch natri hydroxit 1,4% ở nhiệt độ phòng. Thêm 3,5 ml cacbon đisunfua, thêm từ từ etanol đến khi xuất hiện kết tủa, khuấy 111 2 giờ ở 30oC. Lọc kết tủa, sấy chân không ở 40oC trong 2 ngày. Sản phẩm thu được là tinh bột xanthat, đem nghiền nhỏ và sàng qua rây số 60. Cân 2,5000 g tinh bột xanthat, thêm 50ml nước cất, khuấy 15 phút, thêm 40 ml natri acrylat và acrylamid, khuấy 5 phút, thêm 20 ml dung dịch kali pesunphat (20 mg/ml), N, N-methylenebisacrylamid, đun nóng. Sản phẩm thu được làm khô ở nhiệt độ phòng trong 12 giờ, nghiền nhỏ thành bột tiến hành thí nghiệm t ...