Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp trên cơ sở nano chitosan/Fe3O4 ứng dụng xử lý chì trong môi trường nước

Vật liệu tổ hợp nano chitosan/Fe3O4 tổng hợp trên cơ sở đồng kết tủa muối Fe2+, Fe3+ trong sự có mặt của nano chitosan được sử dụng để hấp phụ Pb(II) trong môi trường nước. Vật liệu tổng hợp được đặc trưng bằng các phương pháp TEM, phân bổ cỡ hạt bằng tán xạ lazer, XRD, IR, BET. Bằng phương pháp đồng kết tủa hóa học, các hạt nano Fe3O4 kích thước 20 – 30 nm phân tán đồng nhất lên bề mặt chitosan.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp trên cơ sở nano chitosan/Fe3O4 ứng dụng xử lý chì trong môi trường nước Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ NANO CHITOSAN/Fe3O4 ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHÌ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Nguyễn Thị Hoà*, Nguyễn Mạnh Tường, Ngô Thị Thúy Phương Tóm tắt: Vật liệu tổ hợp nano chitosan/Fe3O4 tổng hợp trên cơ sở đồng kết tủa muối Fe2+, Fe3+ trong sự có mặt của nano chitosan được sử dụng để hấp phụ Pb(II) trong môi trường nước. Vật liệu tổng hợp được đặc trưng bằng các phương pháp TEM, phân bổ cỡ hạt bằng tán xạ lazer, XRD, IR, BET. Bằng phương pháp đồng kết tủa hóa học, các hạt nano Fe3O4 kích thước 20 – 30 nm phân tán đồng nhất lên bề mặt chitosan. Khả năng hấp phụ Pb(II) được nghiên cứu qua các đại lượng như: thời gian cân bằng hấp phụ, ảnh hưởng của pH, dung lượng hấp phụ cực đại, khả năng thu hồi sau hấp phụ. Quá trình hấp phụ đạt cân bằng sau 90 phút khuấy ở điều kiện nhiệt độ phòng. Dung lượng hấp phụ cực đại Pb(II) của chitosan/Fe3O4, chitosan và Fe3O4 lần lượt là 74,07mg/g, 61,35mg/g và 24,81 mg/g. Từ khóa: Nano Chitosan; Oxit sắt từ; Vật liệu tổ hợp; Hấp phụ; Xử lý Pb(II). 1. MỞ ĐẦU Hiện nay, việc ô nhiễm các ion kim loại nặng đã đe dọa nghiêm trọng đến sinh thái hệ thống và sức khỏe cộng đồng vì tính chất độc hại và không phân hủy sinh học của chúng. Do đó, việc loại bỏ các ion kim loại nặng trong nước thải là một vấn đề rất quan trọng. Các phương pháp khác nhau, bao gồm kết tủa hóa học [1], trao đổi ion [2], tách màng [3] và hấp phụ [4],… đã được áp dụng để loại bỏ các ion kim loại nặng các ion từ nước thải. Ưu điểm của quá trình hấp phụ so với các quá trình khác là hiệu quả cao, chi phí ban đầu thấp, thiết kế đơn giản, và khả năng tái sinh cao trong việc loại bỏ chất hữu cơ và kim loại các ion từ nước và nước thải [5]. Do đó, nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình hấp phụ và tìm ra chất hấp phụ mới có diện tích bề mặt cao, khả năng hấp phụ lớn, khả năng thu hồi dễ và chi phí thấp [5]. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, vật liệu từ tính Fe3O4 có khả năng được ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước như hấp phụ As(III), As(V) [5, 6], crom, cadimi, niken,... [7, 8]. Fe3O4 cũng có thể được sử dụng để loại bỏ độ cứng cuả nước, khử muối, khử mầu ở các nhà máy sản xuất giấy và loại bỏ các hợp chất hữu cơ. Sau quá trình xử lý, Fe3O4 dễ dàng được thu hồi bằng cách áp dụng một từ trường ngoài. Do đó, việc sử dụng Fe3O4 trong xử lý môi trường là hiệu quả, kinh tế, bền vững và không độc hại [9]. Tuy nhiên, hạn chế về diện tích bề mặt của vật liệu dẫn tới khả năng hấp phụ của Fe3O4 chưa cao. Để cải thiện khả năng hấp phụ của nó, người ta cần gắn vật liệu này nên các chất mang khác nhau. Trong số các vật liệu hấp phụ sinh học, chitosan là một loại vật liệu polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học, bao gồm các đơn vị D – glucosamin và N – acetyl – D - glucosamin, là sản phẩm thu được từ quá trình deacetyl chitin (chitin là thành phần chính cấu tạo nên lớp vỏ các loài giáp xác, đặc biệt ở vỏ tôm, cua, mai mực, động vật thân mềm và côn trùng). Với những đặc tính hấp phụ mạnh ion kim loại, các hợp chất hữu cơ, khả năng trợ đông tụ trong quá trình kết tủa, keo tụ… chitin/chitosan được xem là nguyên liệu quan trọng để điều chế ra hàng loạt các hợp chất ở nhiều dạng khác nhau với những tính chất phù hợp cho các ứng trong y học, nông nghiệp, xử lý môi trường [10-12]. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hoá chất Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 205 Hóa học và Kỹ thuật môi trường Chitosan được sử dụng để chế tạo là chitosan thương mại củaViệt Nam có khối lượng phân tử 23,3 kDa. Các hoá chất tinh khiết khác được sử dụng là Na5P3O1 (STPP), CH3COOH của Việt Nam và FeCl2.4H2O, FeCl3.6H20, NH4OH, Pb(NO3)2 của Trung Quốc. 2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ 2.2.1. Chế tạo nano chitosan Cân 2,5g chitosan cho vào dung dịch chứa 495 ml nước khử ion và 5ml axit acetic 99,5%, siêu âm trong 60 phút. Tiếp đó, hòa 5g STPP vào 500ml nước khử ion. Nhỏ từ từ dung dịch STPP vào dung dịch chitosan theo tỉ lệ 1:8, ta thu được sản phẩm dung dịch nano chitosan. Sản phẩm được tách ra khỏi dung dịch bằng thiết bị ly tâm và rửa bằng nước cất cho đến khi pH=7, sau đó được đem đi sấy khô ở 70oC trong vòng 24h. 2.2.2. Chế tạo nano oxit sắt từ Hòa tan 2,7 g FeCl3.6H2O và 1g FeCl2.4H2O (tỷ lệ Fe3+ : Fe2+=2:1), trong bình nón 250 ml. Đặt hỗn hợp trên bếp khuấy từ và khuấy với tốc độ 1000 vòng/phút. Nhỏ từ từ vào hỗn hợp dung dịch NH4OH 25% cho tới khi pH=12. Đưa hỗn hợp về nhiệt độ phòng. Sản phẩm được tách ra khỏi dung dịch bằng thiết bị ly tâm và rửa bằng nước cất cho đến khi pH=7, sau đó được đem đi sấy khô ở 70oC trong ...