Tổng hợp và nghiên cứu tính chất Compozit PANi – Mùn cưa

Vật liệu compozit polyanilin – mùn cưa (PANi–mùn cưa) được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong môi trường axit với sự có mặt của chất oxi hóa amoni pesunphat. Đặc trưng và cấu trúc hình thái học bề mặt vật liệu được đánh giá thông qua phân tích phổ hồng ngoại IR và ảnh SEM. Nghiên cứu tính chất của vật liệu thông qua khả năng hấp phụ Cr(VI). Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu hấp phụ này có khả năng hấp phụ Cr(VI) ở môi trường pH = 3, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 50 phút, dung lượng hấp phụ cực đại đạt 90,09 mg/g.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp và nghiên cứu tính chất Compozit PANi – Mùn cưa Bùi Minh Quý và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 11 - 15 TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT COMPOZIT PANi – MÙN CƯA Bùi Minh Quý1*, Vi Thị Thanh Thủy1, Vũ Quang Tùng1, Phan Thị Bình2 1 Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên, 2 Viện KH&CN Việt Nam TÓM TẮT Vật liệu compozit polyanilin – mùn cưa (PANi–mùn cưa) được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong môi trường axit với sự có mặt của chất oxi hóa amoni pesunphat. Đặc trưng và cấu trúc hình thái học bề mặt vật liệu được đánh giá thông qua phân tích phổ hồng ngoại IR và ảnh SEM. Nghiên cứu tính chất của vật liệu thông qua khả năng hấp phụ Cr(VI). Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu hấp phụ này có khả năng hấp phụ Cr(VI) ở môi trường pH = 3, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 50 phút, dung lượng hấp phụ cực đại đạt 90,09 mg/g. Từ khóa: polyanilin – mùn cưa, compozit, hấp phụ, mô hình hấp phụ Langmuir, ion Cr(VI) GIỚI THIỆU* Trong số các polyme dẫn, polyanilin (PANi) luôn được các nhà khoa học dành sự quan tâm nghiên cứu bởi khả năng ứng dụng lớn, dễ tổng hợp và thân thiện với môi trường [1]. Polyanlin cũng được biến tính, lai ghép với nhiều vật liệu vô cơ, hữu cơ nhằm làm tăng khả năng ứng dụng của nó trong thực tế. Một trong những nguyên liệu (chất mang) được sử dụng để lai ghép với PANi (dạng compozit) là các phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ trấu, vỏ đỗ, vỏ lạc, mùn cưa… Các compozit này có khả năng hấp phụ các ion kim loại trong môi trường nước [1, 2, 3]. Hướng nghiên cứu này còn khá mới ở Việt Nam. Trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả tổng hợp compozit PANi – mùn cưa bằng phương pháp hóa học và nghiên cứu tính chất của vật liệu thông qua khả năng hấp phụ ion Cr(VI) trong môi trường nước. THỰC NGHIỆM Tổng hợp compozit PANi – mùn cưa Mùn cưa được rửa sạch, sấy khô, nghiền nhỏ. Vật liệu compozit được tổng hợp theo tỉ lệ khối lượng PANi : mùn cưa = 1:1 bằng phương pháp hóa học trong môi trường axit HCl 1M với sự có mặt của chất oxi hóa amoni pesunphat, phản ứng tiến hành trong thời gian 18 giờ ở nhiệt độ tử 0÷ 5oC trên máy khuấy từ. Sản phẩm được lọc rửa bằng nước cất đến pH = 7, tiếp theo là dung dịch axeton : metanol tỉ lệ thể tích 1:1 để loại bỏ hết anilin * Tel: 0915 836448 dư, sấy khô sản phẩm ở 600C trong 4 giờ, sau đó đưa vào lọ đựng và bảo quản trong bình hút ẩm [1]. Phương pháp nghiên cứu Đặc trưng vật liệu compozit được đánh giá bằng phổ hồng ngoại (IR) trên máy IMPACT 410-Nicolet (Đức). Cấu trúc hình thái học bề mặt vật liệu được phân tích qua ảnh SEM chụp trên máy FE-SEM Hitachi S-4800 (Nhật). Nồng độ Cr (VI) trong dung dịch trước và sau khi hấp phụ được phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) của hãng Thermo (Anh). Chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ của compozit thông qua khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ, môi trường pH và nồng độ Cr(VI) ban đầu. Dung lượng hấp phụ của compozit tính theo công thức: (C − C )V (1) q= 0 m Trong đó: q: dung lượng hấp phụ (mg/g) V: thể tích dung dịch của chất bị hấp phụ (l) m: khối lượng chất hấp phụ (g) C0, C: nồng độ ban đầu và nồng độ sau khi hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ cực đại được xác định theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính (2): C 1 C = + q qmax K L qmax (2) Trong đó: qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) KL: hằng số thực nghiệm Langmuir (l/mg) 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phân tích phổ hồng ngoại Trên đường phổ của mùn cưa (hình 1), pic xuất hiện tại 3413 cm-1 với cường độ mạnh ứng với dao động hóa trị của nhóm –OH; tại 2919 cm-1 ứng với dao động hóa trị của C-H, tại 1465 ÷ 1654 cm-1 là dao động hóa trị của C=C và C=O liên hợp; tại 1031 ÷ 1159 cm-1 là dao động biến dạng của liên kết C-O. Trên đường phổ của compozit PANi – mùn cưa, do sự có mặt của PANi cường độ của các pic hấp thụ trong phổ giảm đi nhiều. Đồng thời có sự dịch chuyển các pic hấp thụ, như pic –OH bị dịch chuyển lên tần số lớn hơn (3431 cm-1) trùng với dao động hóa trị của nhóm N-H vòng thơm của compozit, pic hấp thụ của nhóm C-H bị dịch chuyển không đáng kể, lên 2920 cm-1. Ngoài các pic đặc trưng cho mùn cưa còn xuất hiện các pic đặc trưng của PANi. Pic xuất hiện tại vị trí 1459, 1569 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=C trong vòng thơm và vòng quinoid, tại 868 cm-1 là dao động biến dạng ngoài mặt phẳng của C-H, tại vị trí 1293 cm-1 và 1106 cm-1 là dao động của liên kết –N=quinoid=N-, tại 1231 cm-1 là dao động hóa trị của liên kết C-N+ vòng thơm và tại 607 cm-1 đặc trưng cho sự hấp thụ anion Cl- [4, 5]. Kết quả trên đây chứng tỏ mẫu thu được có cấu trúc dạng muối của PANi tương tự như tài liệu đã công bố [6]. Phân tích ảnh SEM Quan sát ảnh SEM ở cùng độ phân giải 500nm (hình 2) ta thấy mùn cưa có dạng thớ dài, với đường kính khoảng 10µm, vật liệu 93(05): 11 - 15 compozit sau khi đã tổng hợp có dạng sợi với đường kính khoảng 20 – 30 n ...