Nghiên cứu hấp phụ ion cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ chitosan, axit humic và tổ hợp chitosan/axit humic

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG

KHOA HÓA



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION Cu2+ TRONG

DUNG DỊCH NƢỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHITOSAN, AXIT HUMIC VÀ TỔ HỢP

CHITOSAN/AXIT HUMIC

Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Gái

Lớp : 14CHP

Ngành : CN. Hóa Phân tích – Môi trường

GVHD : TS. Trần Mạnh Lục

Đà Nẵng, Tháng 4 Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – tự do – hạnh phúc

KHOA HÓA ------

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Phạm Thị Gái

Lớp : 14CHP

Tên đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+ trong dung dịch nƣớc bằng vật liệu hấp

phụ chitosan, axit humic và tổ hợp chitosan/axit humic”

1. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị

 Nguyên liệu: Vỏ tôm sạch và than bùn

 Dụng cụ: dụng cụ thủy tinh, tủ sấy, lò nung, cân phân tích, bếp cách thủy,…

 Thiết bị : đo phổ IR, đo phân tích nhiệt TG/DTA

2. Nội dung nghiên cứu

 Xử lý nguyên liệu vỏ tôm sạch để được chitosan

 Xử lý nguyên liệu than bùn để được axit humic sau khi tinh chế

 Tạo ra vật liệu hấp phụ tổ hợp chitosan/ axit humic

 Xác định các đặc tính hóa lý, điểm đẳng điện của các vật liệu hấp phụ

 Hấp phụ bể đối với ion Cu2+

của chitosan, axit humic, chitosan/ axit humic

- Nghiên cứu đẳng nhiệt

- Tải trọng hấp phụ cực đại

- Ảnh hưởng của lực ion

3. Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục

4. Ngày giao đề tài: 03/7/2017

5. Ngày hoàn thành: 20/4/2018

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

( Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ và tên)

PGS.TS. Lê Tự Hải TS. Trần Mạnh Lục

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 27 tháng 4 năm 2018

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày……tháng……năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

( Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn hai tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã học hỏi được nhiều điều

kiến thức về lĩnh vực mà em nghiên cứu. Để hoàn thành khóa luận này, em xin tỏ lòng

biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Mạnh Lục đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình

nghiên cứu và viết Báo cáo của Tốt Nghiệp.

Em chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Hóa, Trường Đại Học Sư Phạm

Đà Nẵng đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong 4 năm em học tập. Với những

kiến thức được tiếp thu và học hỏi trong quá tình học không chỉ là nền tảng cho quá

trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang cho em để em bước vào xã hội một

cách vững chắc và đầy tự tin.

Trong quá trình nghiên cứu và báo cáo khóa luận, khó tránh khỏi sai sót, rất

mong các thầy cô bỏ qua. Đồng thời, do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm làm

nghiên cứu còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất

mong nhận được ý kiến đóng góp thầy cô để em học hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm

hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 4 năm 2018

Sinh viên

PHẠM THỊ GÁI

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

1. Đặt vấn đề ..................................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................2

3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ..........................................................2

4. Nội dung nghiên cứu .................................................................................................2

5. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................................4

1.1.Tổng quan về chitin/chitosan..................................................................................4

1.1.1.Nguồn gốc và sự tồn tại của Chitin/chitosan trong tự nhiên...................................4

1.1.2.Công thức cấu tạo....................................................................................................5

1.1.2.1.Cấu trúc hóa học của chitin..................................................................................5

1.1.2.2.Cấu trúc hóa học của chitosan..............................................................................6

1.1.3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan ......................................................................7

1.1.3.1.Tính chất vật lý của chitin....................................................................................7

1.1.3.2.Tính chất vật lý của chitosan................................................................................7

1.1.4.Tính chất hóa học của chitin/ chitosan....................................................................8

1.1.4.1.Tính chất hóa học của chitin ................................................................................8

1.1.4.2.Tính chất hóa học của chitosan ............................................................................8

1.1.5.Tính chất sinh học .................................................................................................10

1.1.6.Ưu, nhược điểm của chitin/chitoan .......................................................................11

1.1.7.Nguyên tắc điều chế chitin/ chitosan ....................................................................12

1.1.7.1.Điều chế chitin từ vỏ tôm...................................................................................12

1.1.7.2.Quá trình điều chế chitosan................................................................................13

1.1.8.Một số ứng dụng của chitosan ..............................................................................13

1.1.8.1.Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm .....................................13

1.1.8.2.Ứng dụng chitosan trong y dược:.......................................................................13

1.1.8.3.Ứng dụng chitosan trong công nghiệp ...............................................................14

1.1.8.4.Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp...............................................................14

1.1.8.5.Ứng dụng chitosan trong công nghệ in ấn và trong phim ảnh ...........................14

1.2.Tổng quan về axit humic.......................................................................................14

1.2.1.Sự hình thành axit humic ......................................................................................14

1.2.2.Đặc điểm của axit humic.......................................................................................15

1.2.3.Thành phần nguyên tố của axit humic ..................................................................15

1.2.4.Cấu tạo của axit humic..........................................................................................15

1.2.5.Bản chất tương tác của axit humic với ion kim loại trong dung dịch nước..........17

1.2.6.Ứng dụng của axit humic trong nông nghiệp và môi trường................................18

1.3.Giới thiệu về Đồng .................................................................................................19

1.3.1.Nguồn gốc và Đồng trong nước............................................................................19

1.3.2.Hàm lượng đồng trong nước thiên nhiên và nước thải .........................................19

1.3.3.Tính độc hại...........................................................................................................20

1.3.4.Nồng độ đồng cho phép ........................................................................................20

1.3.5.Đồng trong đất, phân vi lượng đồng .....................................................................21

1.4.Phƣơng pháp hấp phụ...........................................................................................21

1.4.1.Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ ...........................................................21

1.4.2.Khái niệm về sự hấp phụ.......................................................................................22

1.4.3.Cơ sở lý thuyết của quá tình hấp phụ trong môi trường nước ..............................22

1.4.4.Phương trình mô tả quá trình hấp phụ ..................................................................23

1.4.4.1.Phương trình hấp phụ Freundlich.......................................................................23

1.4.4.2.Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ......................................................25

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................27

2.1. Nguyên liệu.............................................................................................................27

2.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ................................................................................27

2.2.1.Dụng cụ, thiết bị....................................................................................................27

2.2.2.Hóa chất ................................................................................................................27

2.3. Điều chế vật liệu.....................................................................................................27

2.3.1.Điều chế chitin từ vỏ tôm......................................................................................27

2.3.2.Điều chế chitosan từ vỏ chitin...............................................................................28

2.3.3.Điều chế axit humic ..............................................................................................28

2.3.4.Điều chế tổ hợp chitosan- axit humic ...................................................................28

2.4. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ....................................................................29

2.4.1.Xác định độ ẩm, độ tro..........................................................................................29

2.4.1.1.Xác định độ ẩm không khí .................................................................................29

2.4.1.2.Xác định hàm lượng tro .....................................................................................30

2.4.2.Điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ....................................................................30

2.4.3.Phổ hồng ngoại, phổ phân tích nhiệt DTA/TG .....................................................31

2.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nƣớc của vật liệu hấp phụ bằng

phƣơng pháp hấp phụ bể.............................................................................................31

2.5.1.Nghiên cứu đẳng nhiệt ..........................................................................................31

2.5.2.Xác định tải trọng hấp phụ cực đại .......................................................................32

2.5.3.Ảnh hưởng của lực ion..........................................................................................33

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................35

3.1.Kết quả điều chế vật liệu hấp phụ........................................................................35

3.1.1.Kết quả điều chế chitin..........................................................................................35

3.1.2.Kết quả điều chế chitosan .....................................................................................37

3.1.3.Kết quả nghiên cứu điều chế axit humic từ than bùn............................................38

3.1.4.Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp chitosan- axit humic .........................39

3.2. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ....................................................................41

3.2.1.Xác định độ ẩm .....................................................................................................41

3.2.2.Xác định độ tro......................................................................................................41

3.2.3.Kết quả khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ.........................................42

3.2.4.Phổ hồng ngoại, phổ phân tích nhiệt DTA/TG .....................................................43

3.3.Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nƣớc của vật liệu hấp

phụ bằng phƣơng pháp hấp phụ bể............................................................................45

3.3.1.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ................................................................46

3.3.1.1.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của chitosan........................................46

3.3.1.2.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của axit humic ....................................48

3.3.1.3.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của chitosan/axit humic......................50

3.3.1.4.Tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan..............................................................53

3.3.1.5.Tải trọng hấp phụ cực đại của axit humic ..........................................................54

3.3.1.6.Tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan/ axit humic ..........................................56

3.3.4.Kết quả ảnh hưởng của lực ion .............................................................................58

3.3.4.1.Ảnh hưởng của lực ion NaCl .............................................................................58

3.3.4.2.Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 .........................................................................59

3.3.4.3.Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 .........................................................................60

3.3.4.4.Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 ...........................................................................61

3.3.4.5.Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 ............................................................................62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................66