BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG


PHÙNG KHÁNH NGUYÊN

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO
QUẢN NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG
MÔI TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG


Hà Nội - Năm 2016
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG


ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO
QUẢN NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG
MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ngành: Khoa học môi trường
Mã số:............................................................................................

Học viên thực hiện: Phùng Khánh Nguyên

của vật liệu polyme xốp có thể dễ dàng điều khiển thông qua phản ứng tổng hợp, biến
tính hay hoạt hóa để có được các loại vật liệu có diện tích bề mặt riêng đủ lớn (từ vài
trăm cho tới hàng ngàn m2/gam) và đường kính mao quản thay đổi từ vài đến vài chục
nm phù hợp cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau. Chính vì vậy, vật liệu polyme
xốp, cấu trúc nano có khả năng ứng dụng cho việc xử lý nước thải, xử lý và thu hồi
kim loại nặng [2-5].
Hiện tại, nhu cầu về sử dụng vật liệu nhựa trao đổi ion ứng dụng trong xử lý ô
nhiễm kim loại nặng trong nước thải và nước sinh hoạt ở nước ta đang có nhu cầu rất
lớn, trong khi chúng ta vẫn đang phải nhập khẩu hoàn toàn các loại vật liệu này với chi
phí cao. Về bản chất vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano là vật liệu có bề mặt
riêng lớn, ngoài ra thành phần chính của vật liệu được cấu thành từ các monome ban
đầu là divinyl benzene với styren có cấu trúc tương tự như nhựa trao đổi ion. Đây cơ
sở khoa học để chúng ta có thể chế tạo và ứng dụng vật liệu này để xử lý nước thải
chứa kim loại nặng [6-8]
Về các phương pháp xử lý kim loại nặng trong môi trường hiện nay cũng có
nhiều phương pháp đã được áp dụng ví dụ như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp
phụ, phương pháp trao đổi ion, ), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học. Trong
đó phương pháp hấp phụ - trao đổi sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP), dưới dạng vật
liệu xốp polyme cấu trúc mao quản Nano để tách loại và thu hồi và xử lý các kim loại
nặng trong môi trường nước đang rất được quan tâm [9-10]. Xuất phát từ những lý do
trên, tôi đề xuất hướng đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc
mao quản nano ứng dụng để xử lý các kim loại nặng trong môi trường nước”, và
đặt ra mục tiêu nghiên cứu của đề tài như sau:

5


2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng quy trình tổng hợp và biến tính vật liệu polyme xốp, cấu trúc mao
quản nano trên cơ sở Copolyme(P-divinyl benzen-styren), ứng dụng để xử lý nước thải

tính và hoạt hóa vật liệu.
- Về phân tích:
+ Sử dụng các phương pháp hóa lý hiện đại để xác định đặc trưng, cấu trúc,
hình thái của vật liệu như: Phổ hồng ngoại (IR), phân tích tính chất nhiệt (TGA, DSC),
kính hiển vi điện tử quét (SEM, TEM) để đánh giá hình thái cấu trúc bề mặt, hấp phụ
6


BET để xác định diện tích bề mặt và sự phân bố cấu trúc mao quản nano, tán xạ lazer
để phân tích sự phân bố kích thước hạt…
+ Sử dụng các tiêu chuẩn: ISO, ASTM, TCVN… để phân tích xác định các tính
chất cơ, lý.
+ Phân tích xác định các chỉ tiêu thành phần hàm lượng kim loại, trong môi
trường nước bằng các phương pháp theo tiêu chuẩn trên các thiết bị phân tích hiện đại
như: UV- Vis, AAS, AES, GC-MS, HPLC…
- Về thử nghiệm đánh giá ứng dụng vật liệu:
+ Sử dụng các phương pháp truyền thống trên thiết bị chuyên dụng để thử
nghiệm đánh giá các kết quả thử nghiệm
+ Sử dụng mô hình tĩnh và mô hình động để đánh giá thử nghiệm khả năng ứng
dụng xử lý kim loại nặng trong nước của vật liệu .
- Sử dụng phương pháp phân tích, thống kê, so sánh để đánh giá kết quả nghiên cứu.
4. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến luận văn
4.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng về vật liệu polyme xốp cấu trúc nano
trên thế giới
Ngày nay, trong lĩnh vực nhựa trao đổi ion và kỹ thuật hấp phụ người ta đã đạt
được những tiến bộ đáng kể nhờ phát triển các vật liệu mới. Ưu thế của loại vật liệu
này là có diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp lớn. Từ quá trình tổng hợp có thể
thay đổi các thông số về kích thước mao quản của lỗ xốp và diện tích bề mặt riêng
trong một khoảng rộng nhằm phù hợp cho các mục đích ứng dụng khác nhau.
Vật liệu polyme xốp, cấu trúc mao quản nano là loại vật liệu mới hiện tại đang

bằng phản ứng sulfo hóa. Mức độ sulfo hóa của copoly(divinylbenzene-styrene) được
đánh giá thông qua khả năng trao đổi cation của vật liệu, phụ thuộc vào các yếu tố liên
quan đến quá trình trùng hợp, chẳng hạn như tỷ lệ divinylbenzene (% DVB) và các
phần monome khác được thêm vào hỗn hợp trong quá trình trùng hợp, quá trình sulfo
hóa như: nhiệt độ, thời gian thực hiện phản ứng sulfo hóa... Sanja.M và Ivica [19] đã
sử dụng isocyanuric axit trong dung dịch triethylamin để hoạt hóa bề mặt của
copoly(divinyl benzene-styrene) để thu được polyme có khả năng hấp phụ polyphenol
cao.
Trên thế giới vật liệu polyme xốp, cấu trúc nano đã được nghiên cứu và ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực ví như: Aniela leistner và cộng sự đã sử dụng polyme xốp
cấu trúc mao quản trong việc lọc máu [8,9], xử lý, tách loại và thu hồi các kim loại
quý, các hoạt chất có giá trị kinh tế cao, thu hồi thuốc và chất kháng sinh... [7,8]. Việc
ứng dụng vật liệu này trong việc xử lý nước chứa các kim loại nặng cũng rất phổ biến.

8


4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm
hàng đầu tại nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam. Với sự phát triển vượt bậc của xã
hội và khoa học kỹ thuật cùng với tốc độ phát triển mạnh của các ngành công nghiệp,
tại Việt Nam, nhiều khu công nghiệp, khu khai thác quặng, nhà máy công nghiện điện
tử, nhà máy thuộc da dần được hình thành, kéo theo là lượng chất thải và nước thải
phát sinh ngày càng nhiều. Nói chung ô nhiễm các kim loại nặng là một trong những
chất thải độc hại và rất khó xử lý hiện nay (Pb, Cu, Zn, ...), là nguyên nhân chính trực tiếp
ngây nên tình trạng ô nhiễm môi trường sống và nhiều căn bệnh hiểm nghèo và nguy cơ
tiềm ẩn gây ra bệnh ung thư . Nếu không biện pháp xử lý hợp lý, hiệu quả, lượng chất
thải và nước thải từ các quá trình sản xuất công nghiệp và sinh hoạt sẽ gây nên tình
trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng gây hủy hoại hệ sinh thái, ảnh hưởng trực tiếp
đến sức khỏe và đời sống của con người.

liệu Polyme xốp (Spatial Globular Structure) SGS-NT8. Dùng để xử lý nước thải,
bước đầu tách thử UO22+ khỏi nước thải trong quá trình tách URANI”. Nhóm các tác
giả tại Trường Đại học KHTN- ĐHQGHN với định hướng nghiên cứu sử dụng các
loại vật liệu nano của một số kim loại và nano oxít kim loại như (Ag, Fe, TiO 2, CeO2,
MnO...) trong việc xử lý môi trường nước [3].
Ở Việt Nam hiện nay, nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu polyme xốp,
cấu trúc mao quản nano hay vật liệu polyme chức năng còn ít được quan tâm, đặc biệt
là nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu polyme xốp, cấu trúc mao quản nano để
xử lý nước thải nói chung và nước thải chứa các kim loại nặng độc hại nói riêng. Do
đó, việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme xốp, cấu trúc nano ứng dụng
trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt hiện nay là cần thiết, có ý nghĩa về mặt
khoa học và thực tế ứng dụng.

5. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
5.1. Đối tượng nghiên cứu
- Vật liệu mới ứng dụng trong xử lý môi trường: cụ thể là vật liệu polyme xốp
cấu trúc mao quản nano.
- Các kim loại nặng trong nước và nước thải công nghiệp
- Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng.
5.2 Phương pháp nghiên cứu
5.2.1. Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm
- Về không gian: Luận văn được thực hiện tại Khoa Môi trường -Trường ĐH
Tài Nguyên &Môi trường Hà Nội.
- Về thời gian: Thực hiện luận văn từ tháng 11 năm 2016 đến tháng 07 năm
2017.
5.2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, tra cứu các tài liệu liên quan về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản
nano và các phương pháp xử lý các kim loại nặng trong nước phục vụ cho luận
văn.
10

- Sản phẩm vật liệu polyme xốp cấu trúc nano trên cơ sở copolyme (P.divinylbenzenstyren.
- Số liệu thử nghiệm đánh giá khả năng xử lý các kim loại nặng của vật liệu trong
phòng thí nghiệm.
11


- Báo cáo luận văn tốt nghiệp.
7. Tiến độ thực hiện
Để tài được thực hiện bắt đầu từ tháng 11/2016 đến tháng 07 /2017. Thời gian
thực thiện từng công việc được nêu cụ thể trong bảng sau:
STT

1

Thời gian

Công việc

- Tìm và nghiên cứu tài
08/11/2016 – liệu
25/11/2016 - Viết đề cương

Dự kiến kết
quả

Địa điểm thực
hiện

Đề cương chi
tiết

Trường Đại
học
TNMTHN

4

03/01/2017
–
15/03/2017

Tiến hành tổng hợp, biến
tính và hoạt hóa vật liệu.
Nghiên cứu khảo sát và tối
ưu các điều kiện tổng hợp
và biến tính vật liệu.

Số liệu về các
điều kiện tổng
hợp

Trường Đại
học
TNMTHN

5

16/03/2017
–
31/04/2017


kết quả thu đươc

Số liệu kết quả
luận văn

Trường Đại
học
TNMTHN

Báo cáo tốt
nghiệp

Trường Đại
học
TNMTHN

Báo cáo hoàn
chỉnh

Trường Đại
học
TNMTHN

8

- Viết báo cáo
11/06/2017 –
30/06/2017 - Chỉnh sửa báo cáo

9

10. Di-Jia Liu, Shengwen Yuan, Desiree White, Alex Mason, Briana Reprogle, Zhuo
Wang & Luping Yu (2011), “Hydrogen Storage through Nanostructured Porous
Organic Polymers (POPs)”. DOE Hydrogen Program Annual Merit Review and Peer
Evaluation Meeting Washington, D.C, May 9-13.
11. Ali Ghaderi, Mojtaba Abbasian, Sohrab Rahmani, Hassan Namazi , Habibollah
Baharvand and Ali Akbar Entezami (2006), “Preparation of Anion-Exchange Resin
from Styrene-Divinylbenzene Copolymer Obtained by Concentrated Emulsion
Polymerization Method”, Iranian Polymer Journal 15 (6), p. 497-504.
12. Mohamed H. Mohamed and Lee D. Wilson (2012), “Porous Copolymer Resins:
Tuning Pore Structure and Surface Area with Non Reactive Porogens”. Nanomaterials
2, p.163-186.
13. Yulia Bolbukh, Pavlo Kuzema, Valentin Tertykh and Barbara Gawdzik (2008),
“Sorption Characteristics of Porous Styrene-Divinylbenzene Copolymers Filled with
Modified Silica. Nanostructured Polymers and Polymer Nanocomposites. Volume
267, Issue 1, p.118–122.
14. Chem. J. Phys. 28, 418-424. Garcia-Diego C., Cuellar J. (2005), Synthesis of
Macroporous Poly(styrene-co- divinylbenzene) Microparticles Using n-Heptane as
Porogen: Quantitative
13


15. Smith J.M.(1970). Effects of DVB Concentration and Monomeric Fraction on Their
Structural Characteristics, Ind. Eng. Chem. Res. 44, 8237-8247., Chemical
Engineering Kinetics.
16. McGraw-Hill, New York. Toro C. A., Rodrigo R., Cuellar J. (2008), Sulfonation of
macroporous poly(styrene-co- divinylbenzene) beads: Effect of the proportion of
isomers on their cation exchange capacity, React. Funct. Polym. 68, 1325-1336.
17. Alami S, Maguer D., Caze C. (1987). Influence of the preparation methods on the
functional group distribution of chloromethylated styrene-divinyl benzene copolymers,
React. Polym. 6, 213- 219