Nghiên Cứu Biến Tính Vật Liệu Từ Vỏ Cây Dướng Để Xử Lý Một Số Chất Ô Nhiễm Trong Nước

i

LỜI CẢM ƠN

Để đánh giá kết quả học tập của sinh viên sau 4 năm học hệ Đại học chính

quy, thực hiện chƣơng trình đào tạo của Bộ Giáo dục và đào tạo, trƣờng Đại học

Lâm Nghiệp đã hƣớng dẫn tổ chức tốt nghiệp cho sinh viên K59. Đƣợc sự đồng

ý của nhà trƣờng, Khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trƣờng, bộ môn Kĩ

thuật Môi trƣờng, đã cho phép em tiến hành thực hiện khóa luận tốt nghiệp với

đề tài “Nghiên cứu biến tính vật liệu từ vỏ cây Dướng để xử lý một số chất ô

nhiễm trong nước”

Sau thời gian nghiên cứu và thực nghiệm, đến nay khóa luận đã hoàn

thành. Lời đầu tiên, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trƣờng,

trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, luôn tạo môi trƣờng học tập tốt nhất giúp chúng

em có thể học hỏi không chỉ về lý thuyết, kiến thức chuyên môn mà còn tạo ra

môi trƣờng hoạt động lành mạnh.

Em cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô trong khoa Quản lý tài nguyên

rừng và Môi trƣờng, ban giám đốc cùng toàn thể cán bộ, công nhân viên của

Trung tâm phân tích môi trƣờng, trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện

tốt nhất giúp em hoàn thành bài khóa luận

Cuối cùng em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy Th.S Bùi

Văn Năng, ngƣời đã luôn nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện

thuận lợi nhất để em hoàn thành tốt bài khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 9 tháng 5 năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Thị Minh Trang

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................i

MỤC LỤC.............................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... vi

DANH MỤC BẢNG...........................................................................................vii

DANH MỤC HÌNH ...........................................................................................viii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP............................................................ x

ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................... 1

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................... 3

1.1. Giới thiệu về cây Dƣớng ................................................................................ 3

1.1.1. Tên khoa học [20] ....................................................................................... 3

1.1.2. Nguồn gốc [19]............................................................................................ 3

1.1.3. Đặc điểm hình thái [19]............................................................................... 3

1.1.4. Đặc điểm sinh học [18] ............................................................................... 4

1.1.5. Thành phần hóa học và dƣợc chất [19]....................................................... 4

1.1.6. Nghiên cứu về cây Dƣớng [19]................................................................... 8

1.1.7. Hiệu quả xấu và rủi ro [19] ......................................................................... 9

1.1.8. Ứng dụng [19]........................................................................................... 10

1.1.9. Xâm hại [20].............................................................................................. 11

1.2. Một số phƣơng pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật....................... 11

1.2.1. Biến tính hóa học....................................................................................... 12

1.3.Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ.............................................................. 20

1.3.1. Các khái niệm............................................................................................ 20

1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ............................................... 22

Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU.................................................................................................... 26

2.1. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 26

2.2. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 26

iii

2.3. Nội dung nghiên cứu.................................................................................... 26

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................................. 26

2.4.1. Phƣơng pháp kế thừa tài liệu..................................................................... 26

2.4.2. Phƣơng pháp lấy mẫu Dƣớng.................................................................... 27

2.4.3. Phƣơng pháp biến tính vật liệu từ vỏ cây Dƣớng ..................................... 27

2.4.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu hấp

phụ từ vỏ cây Dƣớng........................................................................................... 27

2.4.5. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu, thông số ô nhiễm............................. 28

2.4.6. Phƣơng pháp Scanning Electron Microscope (SEM)............................... 29

2.4.7. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (phổ IR)..................................................... 30

2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu............................................................................ 31

Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM............................................................................... 32

3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ..................................................... 32

3.1.1. Hóa chất..................................................................................................... 32

3.1.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm.................................................................. 33

3.2. Thực nghiệm................................................................................................. 34

3.2.1. Xử lý sơ bộ mẫu từ vỏ cây Dƣớng............................................................ 34

3.2.2. Khảo sát thời gian hấp phụ Fe2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp phụ

từ vỏ cây Dƣớng.................................................................................................. 35

3.2.3. Xác định khả năng hấp phụ Fe3+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp

phụ từ vỏ cây Dƣớng........................................................................................... 36

3.2.4. Xác định khả năng hấp phụ Zn2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp

phụ từ vỏ cây Dƣớng........................................................................................... 37

3.2.5. Xác định khả năng hấp phụ Ni2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp

phụ từ vỏ cây Dƣớng........................................................................................... 38

3.2.6. Xác định khả năng hấp phụ Xanh Metylen trong dung dịch bằng các mẫu

vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng ....................................................................... 38

3.2.7. Biến tính vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng bằng phản ứng đồng trùng

hợp ghép Acrylamide .......................................................................................... 39

iv

3.2.8. Xác định khả năng hấp phụ Zn2+ trong dung dịch bằng các mẫu vật liệu

biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide ............................... 41

Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 42

4.1. Kết quả tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng ................................... 42

4.1.1. Đặc tính cơ bản của vỏ cây Dƣớng trƣớc biến tính và mẫu vật liệu hấp phụ

từ vỏ cây Dƣớng sau biến tính ............................................................................ 42

4.1.2. Đặc điểm liên kết, nhóm chức trên bề mặt của vật liệu trƣớc và sau biến

tính....................................................................................................................... 45

4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ một số kim loại nặng của vật liệu ................... 50

4.2.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ƣu của mẫu vật liệu hấp phụ từ vỏ cây

Dƣớng.................................................................................................................. 50

4.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe2+ trong nƣớc bằng các mẫu biến

tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 51

4.2.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ trong nƣớc bằng các mẫu biến

tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 55

4.2.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Ni2+ trong nƣớc bằng các mẫu biến

tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 58

4.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen trong nƣớc bằng các mẫu

biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng .............................................................. 60

4.3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn để định lƣợng hàm lƣợng Xanh Metylen

trong các mẫu nghiên cứu ................................................................................... 60

4.3.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen của mẫu vật liệu hấp

phụ biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ....................................................... 61

4.4. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính bằng phản ứng đồng trùng

hợp ghép Acrylamide từ vỏ cây Dƣớng.............................................................. 64

4.4.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu

biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylamide từ vỏ cây Dƣớng .... 64

4.4.2. So sánh kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ trong nƣớc bằng các mẫu

vật liệu biến tính từ vỏ cây Dƣớng...................................................................... 65

v

4.5. Đề xuất hƣớng ứng dụng.............................................................................. 67

Chƣơng 5. KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ................................... 68

5.1. Kết luận ........................................................................................................ 68

5.2. Tồn tại........................................................................................................... 69

5.3. Khuyến nghị ................................................................................................. 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

V0 : Mẫu vỏ Dƣớng chƣa biến tính

V5 : Mẫu vỏ Dƣớng biến tính với NaOH 5%

V15 : Mẫu vỏ Dƣớng biến tính với NaOH 15%

SEM : Scanning Electron Microscope

(Kính hiển vi điện tử quét)

IR : Infra red

(Phổ hồng ngoại)

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 : Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ............................. 32

Bảng 3.2: Các mẫu vật liệu hấp phụ sau khi tổng hợp đƣợc từ vỏ cây Dƣớng

bằng phƣơng pháp biến tính bằng kiềm NaOH .................................................. 35

Bảng 4.1: Kết quả hàm lƣợng lignin của mẫu trƣớc và sau khi biến tính .......... 45

Bảng 4.2: Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ tối ƣu của mẫu vật liệu hấp phụ từ

vỏ cây Dƣớng ...................................................................................................... 50

Bảng 4.3: Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn đo độ hấp phụ quang của Fe3+ ở các

mức nồng độ khác nhau ...................................................................................... 51

Bảng 4.4: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe3+ của mẫu vật liệu hấp phụ biến

tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 53

Bảng 4.5: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ của mẫu vật liệu hấp phụ

biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng .............................................................. 56

Bảng 4.6: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Ni2+ của mẫu vật liệu hấp phụ biến

tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 58

Bảng 4.7: Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn đo độ hấp phụ quang của Xanh

Metylen ở các mức nồng độ khác nhau............................................................... 60

Bảng 4.8: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen của mẫu vật liệu

hấp phụ biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng................................................. 62

Bảng 4.9: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ của mẫu vật liệu biến tính

bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylamide từ vỏ cây Dƣớng.................... 65

Bảng 4.10: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ của mẫu vật liệu hấp phụ từ

vỏ cây Dƣớng………………………………………………………………......66

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Cây Dƣớng ............................................................................................... 3

Hình 2: Phản ứng este hóa giữa cellulose và axid xitric..................................... 15

Hình 3 : Sơ đồ các phƣơng pháp biến tính polymer ........................................... 16

Hình 4: Các nhóm chức ghép nối vào cellulose tạo nên vật liệu có nhiều đặc tính

tốt [15]................................................................................................................. 19

Hình 5.Cây Dƣớng tại khu vực lấy mẫu ............................................................. 27

Hình 6: Sơ đồ quy trình biến tính bằng phƣơng pháp đồng trùng hợp ghép

Acrylamide .......................................................................................................... 40

Hình 7: Ảnh SEM bề mặt bột vỏ Dƣớng ............................................................ 42

Hình 8: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5%......................... 43

Hình 9: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15%....................... 43

Hình 10: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% rồi tiếp tục biến

tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide ....................................... 44

Hình 11: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% rồi tiếp tục

biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide ............................... 44

Hình 12: Mẫu vật liệu trƣớc và sau khi biến tính với NaOH.............................. 45

Hình 13: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng................................................ 46

Hình 14: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5%...... 47

Hình 15: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15%.... 48

Hình 16: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% rồi

tiếp tục biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide................... 49

Hình 17: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% rồi

tiếp tục biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide................... 50

Hình 18: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Fe2+ của mẫu vật liệu biến tính

bằng kiềm từ vỏ Dƣớng theo thời gian ............................................................... 51

Hình 19: Đƣờng chuẩn của dung dịch Fe3+

......................................................... 52