Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bột thân đay biến tính để loại bỏ kim loại nặng trong nước

Bài viết đã tiến hành biến tính bột thân đay bằng phương pháp đồng trùng hợp ghép acrylonitril với hệ khơi mào oxi hóa khử natribisunphit/amonipesunphat và thực hiện amidoxim hóa sản phảm thu được bằng hydroxylamin hydroclorua trong môi trường kiềm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bột thân đay biến tính để loại bỏ kim loại nặng trong nướcTạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 4 (2016) 291-298Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụtừ bột thân đay biến tính để loại bỏ kim loại nặng trong nướcPhần I. Đặc tính của vật liệu bột thân đay biến tínhLê Văn Trọng1,*, Đỗ Thị Việt Hương2, Phạm Thị Dinh2, Phạm Văn Quang212Viện Công nghiệp thực phẩm, Bộ Công thươngTrường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà NộiNhận ngày 24 tháng 7 năm 2016Chỉnh sửa ngày 23 tháng 8 năm 2016; chấp nhận đăng ngày 1 tháng 9 năm 2016Tóm tắt: Đã tiến hành biến tính bột thân đay bằng phương pháp đồng trùng hợp ghép acrylonitrilvới hệ khơi mào oxi hóa khử natribisunphit/amonipesunphat và thực hiện amidoxim hóa sản phảmthu được bằng hydroxylamin hydroclorua trong môi trường kiềm. Ảnh hưởng của nồng độ cácchất phản ứng, thời gian và nhiệt độ đã được nghiên cứu để xác định điều kiện tối ưu biến tính vậtliệu. Đặc tính của vật liệu đã được xác định thông qua các phương pháp kính hiển vi điện tử quét,quang phổ hồng ngoại, thế điện động zeta và khả năng hấp phụ ion Zn2+, Ni2+ và Cu2+. Kết quảnghiên cứu cho thấy, bột thân đay sau biến tính có bề mặt dày và xốp hơn so với bột thân đaytrước khi biến tính; trong phổ hồng ngoại xuất hiện các đỉnh ở vị trí 2.260, 1.660 và 910 cm-1tương ứng với các liên kết -CN, -C=N và -N-OH trong nhóm chức amidoxim; bề mặt vật liệu cóđộ âm điện khá lớn.Từ khoá: Bột thân đay, acrylonitril, amidoxim.1. Tổng quan∗thì cần phải biến tính các phế thải trước khi sửdụng. Các phương pháp thường được sử dụngđể biến tính phế thải là axit hóa, bazơ hóa, oxihóa, đồng trùng hợp ghép. Trong đó, phươngpháp đồng trùng hợp ghép các nhóm hoạt độnglà phương pháp khắc phục được các nhượcđiểm của vật liệu tự nhiên và cho hiệu quả hấpthu chất lớn [3].Bằng cách đồng trùng hợp ghép nối cácmonome lên xenlulozơ sẽ tạo ra các nhóm chứcmới hoạt động trên bề mặt vật liệu tự nhiên.Phương pháp biến tính đồng trùng hợp ghépnhằm tạo ra các nhóm chức hoạt động nhưcacboxyl, amin, nitril, amidoxim, GMAimidazol. Vật liệu ghép nhóm chức amidoximđược xem là vật liệu hứa hẹn nhất cho việc hấpphụ KLN [4]. Theo đó bề mặt polyme tự nhiênViệt Nam là nước nông nghiệp, có diện tíchtrồng đay lớn. Các vật liệu tự nhiên thu được từnền nông nghiệp trồng đay là sợi tự nhiên(polime tự nhiên) và các phụ phẩm khác.Những vật liệu phụ phẩm từ chế biến đaythường được sử dụng làm chất đốt. Trên thếgiới, để tận dụng nguồn vật liệu phụ phẩm này,các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng nó đểxử lý nước ô nhiễm màu, kim loại nặng (KLN)và phenol [1]; tuy vậy, thường làm tăng chỉ sốCOD, BOD và TOC trong nước [2]. Để khắcphục điều này và làm tăng hiệu quả xử lý nước_______∗Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-4-38582752Email: tronglv.firi@gmail.com291292L.V. Trọng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 4 (2016) 291-298gắn các nhóm chức amidoxim có hai cặpelectron của nguyên tử oxy và một cặp electroncủa nitơ nên có khả năng tạo phức dễ dàng vớiion KLN. Đó là định hướng trong nghiên cứunày nhằm biến tính bột thân đay làm vật liệuhấp phụ KLN.2. Thực nghiệm2.1. Vật liệu và hóa chấtCác phụ phẩm thân đay sau khi tách sợi thunhận tại xã Nam Thắng, huyện Tiền Hải, tỉnhThái Bình được chọn làm vật liệu nghiên cứu.Thân đay được rửa sạch với nước, sấy khô đếnkhối lượng không đổi và được nghiền thànhdạng bột đến kích thước 0,5 mm. Các hóa chấtsử dụng trong nghiên cứu là của Merck có độtinh khiết phân tich gồm natribisunphitamonipesunphat(NH4)2S2O8),(NaHSO3),hydroxylaminhydroclorit(NH2OH.HCI),acrylonitril (AN), NN-dimetylfocmamit, etanol,NaOH.2.2. Phương pháp nghiên cứuCác phương pháp sử dụng để xác định mộtsố tính chất vật lý, hóa học của vật liệu và sảnphẩm gồm phương pháp kính hiển vi điện tửquét, nhiễu xạ tia X, phân tích thế điện độngzeta và quang phổ hấp thụ hồng ngoại.Lấy 1g bột thân đay đã xử lý NaOH vàobình cầu đáy tròn lắp sinh hàn hồi lưu. Thêm100 mL hệ khơi mào oxy hóa khửNaHSO3/(NH4)2S2O8 (SB/APS), sục khí N2 vàkhuấy trong 30 phút. Phản ứng được giữ cốđịnh ở nhiệt độ nhất định. Cho từ từ acrylonitril(AN) 99,9% và khuấy đều. Để nguội dung dịchkhi kết thúc phản ứng. Thêm vào dung dịchphản ứng 100 mL etanol để loại bỏ AN dư, kếttủa sản phẩm, loại bỏ các muối. Lọc hỗn hợpphản ứng qua giấy lọc băng xanh, rửa sản phẩmbột rắn 3 lần bằng etanol và nước cất, sau đórửa vài lần với N,N-dimetylfocmamit. Sảnphẩm thu được sau khi lọc được làm khô đếnkhối lượng không đổi và ghi lại khối lượng sảnphẩm.Lấy 1g sản phẩm đã ghép AN cho phản ứngvới NH2OH.HCl ở nồng độ khác nhau tronghỗn hợp metanol : nước (v/v, 1/1), tổng thể tíchcuối là 50 mL; dùng Na2CO3 điều chỉnh pH đếnkhoảng từ 9 đến 10. Phản ứng thực hiện ở nhiệtđộ 40-80°C trong thời gian 30-360 phút, khuấyđều. Kết thúc phản ứng, lọc lấy phần bột rắn,rửa 3 lần bằng nước ...