Tổng hợp poly(furfuryl alcohol) sử dụng chất lỏng ion và ứng dụng làm than hoạt tính hấp phụ chất màu :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HÀNG CHỨC NGUYÊN

TỔNG HỢP POLY (FURFURYL ALCOHOL) SỬ

DỤNG CHẤT LỎNG ION VÀ ỨNG DỤNG LÀM

THAN HOẠT TÍNH HẤP PHỤ CHẤT MÀU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Mã chuyên ngành: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Cao Xuân Thắng.......................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa.............................- Chủ tịch Hội đồng

2. PGS.TS. Trần Nguyễn Minh Ân.....................- Phản biện 1

3. TS. Trần Hoài Lam .........................................- Phản biện 2

4. TS. Võ Thành Công ........................................- Ủy viên

5. TS. Đoàn Văn Đạt...........................................- Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa PGS.TS. Nguyễn Văn Cường

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Hàng Chức Nguyên ............................ MSHV: 19630301

Ngày, tháng, năm sinh: 14/05/1997 ............................... Nơi sinh: Đồng Tháp

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học .................................. Mã chuyên ngành: 8520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Tổng hợp poly(furfuryl alcohol) sử dụng chất lỏng ion và ứng dụng làm than hoạt

tính hấp phụ chất màu

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng hợp vật liệu poly(furfuryl alcohol) sử dụng chất lỏng ion thế hệ mới;

- Tổng hợp than hoạt tính từ poly(furfuryl alcohol);

- Phân tích cấu trúc vật liệu bằng các phương pháp: hấp phụ-giải hấp N2, BET, FT￾IR, XRD, thế zeta;

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ màu methylene blue và

methyl orange của vật liệu;

- Nghiên cứu mô hình động học, cơ chế quá trình hấp phụ;

- Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu hấp phụ.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 04 tháng 02 năm 2021

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: tháng 12 năm 2021

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Cao Xuân Thắng

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2021

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

TS. Cao Xuân Thắng

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Nguyễn Văn Cường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến với Trường Đại học Công nghiệp

Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và khoa Công nghệ Hóa học nói riêng đã luôn tạo

điều kiện cũng như cơ sở vật chất, thiết bị hiện đại để em có thể hoàn thành tốt luận

văn này.

Cám ơn quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Thành

Phố Hồ Chí Minh đã luôn quan tâm giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức quý báu

trong thời gian em học tập vừa qua. Điều đó đã giúp em có thể tích lũy thêm nhiều

kiến thức để có cái nhìn sâu sắc và hoàn thiện hơn trong hành trang sắp tới.

Hơn hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Cao Xuân Thắng

đã luôn quan tâm, tạo điều kiện cũng như truyền đạt cho em những kinh nghiệm về

cách định hướng tư duy và làm việc khoa học. Đó thực sự là kiến thức trân quý làm

nền tảng cho em thực hiện luận văn này một cách hoàn thiện hơn.

Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn đồng hành, ủng hộ,

giúp đỡ em vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại

trường.

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong

nhận được sự góp ý chân thành từ quý thầy cô để luận văn được hoàn thiện.

Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong luận văn này, than hoạt tính (pACs) được hình thành từ poly(furfuryl alcohol)

(PFA) tổng hợp bằng phản ứng polymer hóa của furfuryl alcohol (FA) xúc tác bởi

chất lỏng ion thế hệ mới (deep eutectic solvent, DES), và ứng dụng để loại bỏ chất

màu trong nước được trình bày. Chất lỏng ion thế hệ mới DES từ hỗn hợp choline

chloride (ChCl) và zinc chloride (ZnCl2) được sử dụng hiệu quả để trùng hợp FA mà

không cần thêm bất kỳ chất xúc tác có tính acid và dung môi hữu cơ nào. Kết quả

thực nghiệm cho thấy rằng PFA được hình thành chỉ sau 15 phút với độ chuyển hóa

92% ở nhiệt độ phòng. Sau đó hỗn hợp sản phẩm PFA được trực tiếp than hóa ở nhiệt

độ 600 oC để tạo ra pACs với hiệu suất cao (> 68%), có cấu trúc xốp và diện tích bề

mặt riêng cao (703.474 m2

/g). Vật liệu pACs sau khi tổng hợp được phân tích bởi các

phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như FT-IR, XRD, Raman, hấp phụ-giải hấp

N2, và điện thế zeta. Vật liệu pACs được ứng dụng như một chất hấp phụ để loại bỏ

chất màu methylene blue (MB) và methyl orange (MO) ra khỏi môi trường nước. Kết

quả thực nghiệm chỉ ra rằng động học của quá trình hấp phụ tuân theo phương trình

động học biểu kiến bậc hai và vật liệu pACs có khả năng hấp phụ tối đa lần lượt là

39.874 và 35.755 mg/g đối với MB và MO ở nhiệt độ 298 K. Nhiệt động học cho

thấy các quá trình hấp phụ chất màu của vật liệu pACs tự diễn ra, quá trình là tỏa

nhiệt đối với chất màu MB trong khi quá trình là thu nhiệt đối với chất màu MO. Vật

liệu hấp phụ pACs có khả năng tái sử dụng sau 5 chu kỳ hấp phụ - giải hấp mà vẫn

giữ được hiệu quả hấp phụ lần lượt là 59.5% và 44.3% đối với chất màu MB và MO.

Điểm mới trong đề tài luận văn này là sử dụng chất lỏng ion thế hệ mới DES như một

dung môi xanh và thân thiện với môi trường, đồng thời đóng vai trò là chất xúc tác

trong phản ứng.

iii

ABSTRACT

A green and sustainable approach for synthesis of poly(furfuryl alcohol) (PFA) based

porous activated carbons (pACs) catalyzed by deep eutectic solvent (DES) and its

application for dyes removal were reported. For the first time, DES, mixture of

choline chloride (ChCl) and zinc chloride (ZnCl2), was efficiently used to polymerize

furfuryl alcohol (FA) without adding any harsh acidic catalysts and solvents. The

experiment data presented that the PFA was formed after only 15 min in 92%

conversion at room temperature which was directly pyrolyzed at high temperature to

afford pACs with high yield (>56%), porous structure and high specific surface area

(703.474 m2

/g). The as-synthesized pACs were characterized by FT-IR, XRD,

Raman, and N2 adsorption/desorption. The pACs was utilized as an adsorbent for

removal of methylene blue (MB) and methyl orange (MO) from aqueous solution.

The results indicated that the kinetic of adsorption obeyed the pseudo-second-order

equation and the pACs exhibited a maximum adsorption capacity of 39.874 and

35.755 mg/g for MB and MO at 298 K, respectively. The novelty of this work is

exploitation of DES, a green and environmentally friendly solvent, which

simultaneously acts as catalyst and activated agent.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên

cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn

nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được

thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Học viên

Hàng Chức Nguyên