TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

======

NGUYỄN THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
GỐC PANi/BÃ CHÈ HOẠT HÓA H3PO4
ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG
Fe2+ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ

HÀ NỘI – 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

======
NGUYỄN THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
GỐC PANi/BÃ CHÈ HOẠT HÓA H3PO4
ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG
Fe2+ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ
Người hướng dẫn khoa học


trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công
trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào em xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của
mình.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Nhung

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

AAS

Atomic Absorption Spectrophotometric

ANi

Aniline

APS

Ammonium persulfate



Phụ phẩm nông nghiệp

SEM

Scanning Electron Microscope

THT

Than hoạt tính

VLHP

Vật liệu hấp phụ

WE

Điện cực làm việc

iii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
4. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3

2.1.4. Phần mềm xử lí số liệu Origin và Excel ............................................... 25
2.1.4.1. Phần mềm Origin ............................................................................... 25
2.1.4.2. Phần mềm Excel ................................................................................. 25
2.2. Thực nghiệm ............................................................................................ 26
2.2.1. Dụng cụ và hóa chất .............................................................................. 26
2.2.2. Máy móc và thiết bị............................................................................... 26
2.2.3. Tiến hành thí nghiệm ............................................................................ 26
2.2.3.1. Tổng hợp và chế tạo vật liệu hấp phụ ................................................ 26
2.2.3.2. Thí nghiệm hấp phụ ........................................................................... 28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 31
3.1. Đặc trưng vật liệu tổng hợp...................................................................... 31
3.1.1. Hiệu suất tổng hợp VLHP ..................................................................... 31
3.1.2. Phổ hồng ngoại của các vật liệu ............................................................ 31
3.1.3. Đặc trưng ảnh quét SEM của bã chè và PANi/ bã chè ......................... 35
3.2. Khả năng hấp phụ của vật liệu ................................................................. 37
3.2.1. Ảnh hưởng của bản chất vật liệu hấp phụ ............................................. 37
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ....................................................................... 37
3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng ................................................................... 38
3.2.4. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 39

v


3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .......................................................... 40
3.3. Mô hình hấp phụ ...................................................................................... 41
3.3.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir................................................. 41
3.3.2. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich ............................................................. 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 44
1. Kết luận ....................................................................................................... 44
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 44

PANi/BC hấp phụ Fe2+ .................................................................................... 41

vii


Hình 3.16. Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của Fe2+ ban đầu Co ................ 42
Hình 3.17. Đồ thị hấp phụ Freundlich sự phụ thuộc C/q vào C của vật liệu
PANi/BC hấp phụ Fe2+ .................................................................................... 43

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng ô nhiễm KLN ở một số nơi trên thế giới ....................... 4
Bảng 1.2. Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước thải của một số làng
nghề tái chế kim loại (mg/l) .............................................................................. 6
Bảng 1.3. Diện tích trồng chè ở một số nước ................................................. 14
Bảng 1.4. Mối tương quan RL và dạng mô hình ............................................ 20
Bảng 3.1. Quy kết các nhóm chức của bã chè hoạt hoá H3PO4 ...................... 32
Bảng 3.2. Quy kết các nhóm chức của PANi.................................................. 33
Bảng 3.3. Quy kết các nhóm chức của PANi-bã chè ...................................... 35
Bảng 3.4. Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Langmuir ............... 41
Bảng 3.5. Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Freundlich ............. 43

ix


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
“Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế cũng như sự tăng dân số

điều kiện khác nhau như: thời gian, khối lượng vật liệu, nồng độ ion Fe2+ và
các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt.
- Phân tích, đánh giá kết quả mẫu nước có chứa ion kim loại Fe2+ đã được
hấp phụ.”
3. Phương pháp nghiên cứu
- Đọc và tìm hiểu tài liệu có liên quan tới PANi, bã chè và ion Fe2+, phương
pháp hấp phụ chất gây ô nhiễm môi trường.
- Sử dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại để đánh giá PANi/bã chè
(IR, SEM, …).
- Sử dụng phương pháp phân tích hàm lượng ion kim loại Fe2+ (AAS).
- Đánh giá, phân tích và xử lý số liệu thu được bằng các phần mềm thông
dụng.
4. Mục tiêu của đề tài
-“Tổng hợp PANi/bã chè bằng phương pháp hóa học.”
-“Hấp phụ ion Fe2+ bằng PANi/bã chè hoạt hóa H3PO4 và nghiên cứu các
điều kiện ảnh hưởng của quá trình hấp phụ.”
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
“Kết quả nghiên cứu của đề tài là một nguồn tài liệu tham khảo cho các
nghiên cứu về xử lý ô nhiễm KLN Fe2+ trong nước ở hiện tại và tương lai.
Đồng thời góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phương pháp xử lí ô
nhiễm KLN Fe2+ để giảm thiểu sự ô nhiễm kim loại trong môi trường nước.”

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Các vấn đề ô nhiễm môi trường kim loại nặng hiện nay
1.1.1. Vài nét về kim loại nặng
“Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3.
Những kim loại có ảnh hưởng lớn đến môi trường và con người cần được xử

hàm lượng KLN từ các ngành công nghiệp thải ra tồn tại trong môi trường
nước theo dòng chảy lắng đọng ở các vùng cửa sông, vùng ven biển và biển là
rất cao (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Hàm lượng ô nhiễm KLN ở một số nơi trên thế giới
KLN có
STT

Nơi bị ô nhiễm

trong

Hàm lượng

khảo

nước
1

Các cửa sông ở Úc

Pb, Zn

(có thể tìm thấy trong

Tài liệu tham

1000 µg. g-1 Pb,

(Irvine &


(1985) trích

2700 µg. g-1

trong Bryan

cửa sông Gannel nơi

3

nhận chất thải từ việc

& Langston

khai thác mỏ chì

(1992) [9]
xác định từ 5

Langstone,

trong các cửa sông

µg. g-1 đến lớn hơn

1985 trích

Restronguet Creek,

1000 µg. g-1


vực khai thác quặng
mỏ kim loại
4

Ở Anh tại các cửa

10 µg. g-1

Cd

sông bị ô nhiễm

(Bryan &
Langston,
1992) [9]

5

Sông Deule ở Pháp

KLN do
chất thải

480 mg. kg-1

(Neda et al,
2006) [10]

từ nhà

Cr2+

Fe

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Al3+

1

Chỉ Đạo - Bắc Ninh

0,04

0,4

0,35

0,1

0,6

-

2


4

Xuân Tiến - Nam Định

0,8

0,3

0,44

3,1

2,15

0,32

TCVN 5845 - 1995

1

5

0,1

3,25

2

-


(1912 - 1926) mắc phải nguyên nhân là do bị nhiễm độc Cd. Ngoài ra thì ở
Bangladesh người dân ở nơi đây cũng đang bị đe dọa bởi nguồn nước của họ
bị nhiễm arsenic nặng. Hay ô nhiễm ở sông The Severn Estuary là một trong
những con sông lớn nhất ở Anh là nơi ở và sinh sản của nhiều loài cá. Nhiều
thập kỉ qua, sông này đã phải hứng chịu nhiều ô nhiễm kim loại nặng như
plumbum, cadmium và nhiều nguyên tố khác từ nhiều nguồn khác nhau
(Owens, 1984 trích trong WHO, 1992). Những ảnh hưởng của ô nhiễm này có
thể là một trong những nguyên nhân gây suy giảm quần thể cá. Nhiều nghiên
cứu về ảnh hưởng ô nhiễm kim loại trong vùng phụ cận của nơi tinh luyện chì
lớn nhất thế giới tại Port Pirie nước Úc đã cho thấy rằng 20 loài cá và giáp
xác đã bị biến mất hoặc giảm số lượng (Ward & Young, 1982 trích trong
Bryan & Langston, 1992),…

7


1.1.5. Phương pháp xử lý KLN trong nước
“Trên thực tế đã có rất nhiều phương pháp để làm giảm hàm lượng các
kim loại trong nước thải, nước ngầm như: phương pháp hóa học, phương
pháp kết tủa, phương pháp điện hóa, phương pháp nhiệt, phương pháp trao
đổi, phương pháp sinh học. Tùy vào đặc điểm tính chất của từng kim loại và
hàm lượng mà chúng ta có thể được phép sử dụng, chúng ta sẽ có các phương
pháp xử lí làm giảm hàm lượng kim loại nặng khác nhau hoặc kết hợp các
phương pháp với nhau sao cho đạt hiệu quả cao nhất. Hiện nay phương pháp
sử dụng vật liệu PANi để hấp phụ KLN cũng đang được nghiên cứu ứng dụng
và quan tâm, phát triển. Phương pháp này cũng thu được nhiều kết quả cao
trong hấp phụ KLN.”
1.2. Ô nhiễm môi trường kim loại iron (sắt) hiện nay ở Việt Nam
Vấn đề ô nhiễm nguồn nước hiện nay đang là vấn đề cấp thiết và nhận
được nhiều quan tâm, gây nên bởi các tác nhân tự nhiên hoặc do hoạt động

đỏ.… và khi nước chảy qua đường ống, iron sẽ lắng cặn gây gỉ sét, tắc nghẽn
trong đường ống. Hơn nữa, khi trong nước uống nếu hàm lượng iron lớn có
thể gây ngộ độc. Chính vì thế chúng ta cần làm giảm hàm lượng của chúng
trong nước xuống dưới mức cho phép nhằm mang lại lợi ích cho con người
cũng như các sinh vật khác [16, 17].
b) Dấu hiệu nhận biết nước bị nhiễm iron (sắt)
- Màu sắc: Nước nhiễm iron thường trong, khi hứng trong vật chứa 1 thời
gian, lúc này iron tiếp xúc với không khí thì iron II (Fe2+) sẽ chuyển hóa thành
iron III (Fe3+) kết tủa tạo màu đỏ nâu.
- Mùi vị: Nước nhiễm iron có thành phần iron II (Fe2+) cao gây cho nước có
mùi tanh rất khó chịu.
- Có thể nhận biết nước có màu hay mùi, tuy nhiên không thể đánh giá nguồn
nước đang sử dụng có đạt chất lượng hay không với các thành phần cảm

9


quan, cần có kết quả xét nghiệm các chỉ tiêu trong nguồn nước, tùy vào mục
đích sử dụng để đánh giá nguồn nước đạt hay không đạt. Nước sử dụng cho
mục đích sinh hoạt đánh giá theo QCVN 02:2009/BYT; nước sử dụng cho
mục đích ăn uống đánh giá theo QCVN 01:2009/BYT [16,17].
c) Các biện pháp xử lí ô nhiễm môi trường kim loại iron (sắt) hiện nay
Một số phương pháp khử iron (sắt)
- Phương pháp làm thoáng: Sử dụng giàn mưa hay quạt gió.
- Khử bằng hóa chất như chloro, kali permanganate, vôi, trao đổi cation, điện
phân, dùng vi sinh vật, … [18]
- Sử dụng vật liệu học như cát đen, cát xanh mangan khử iron, hạt Birm, vật
liệu đa năng ODM - 2F, cát thạch anh, sỏi đỡ, than hoạt tính, … [18]
- Tùy theo quy mô và nồng độ iron mà chọn phương pháp loại bỏ phù hợp.
- Xử lí nước ngầm có hàm lượng iron cao (hàm lượng iron > 10mg/l) dùng

oxi hoá - khử của nó cao, khoảng 2,01V và PANi tổng hợp bằng chất này có
khả năng dẫn điện cao. PANi được tổng hợp bằng (NH4)2S2O8 có thể thực
hiện trong môi trường acid như HCl, H2SO4 [19].”
“PANi được tổng hợp theo phương pháp hóa học từ aniline bằng cách sử
dụng ammonium persulfate và acid dodecylbenzenesulfonic như một chất oxi
hóa và dopant.”
Quá trình hóa học xảy ra như sau (hình 1.1):

11


Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8
“PANi được tổng hợp theo phương pháp hóa học trên có những tính chất
như: có độ ổn định và giữ nhiệt tốt, có thể tan tốt trong các dung môi hữu cơ
như chloroform, m-cresol, dimethylformamide,…”
1.3.3. Phương pháp điện hóa
”Ngoài phương pháp tổng hợp hóa học thông thường, do có tính chất dẫn
điện nên các polymer dẫn điện còn được tổng hợp bằng phương pháp điện
hóa.”
”Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dùng dòng điện để tạo nên sự
phân cực với điện thế thích hợp, sao cho đủ năng lượng để oxi hóa monome
trên bề mặt điện cực, khơi mào cho polymer hóa điện hóa tạo màng dẫn điện
phủ trên bề mặt điện cực làm việc (WE). Điện cực làm việc có thể là Au, Pt,
thép CT3, thép 316L,... Đối với aniline, trước khi polymer hóa điện hóa,

12


aniline được hòa tan trong dung dịch acid như H2SO4, HCl, (COOH)2... Như
vậy, có thể tạo trực tiếp PANi lên mẫu kim loại cần bảo vệ; do đó việc chống

một cách hiệu quả.”
1.4. Bã chè và ứng dụng của bã chè
1.4.1. Giới thiệu về cây chè
Cây chè là một cây có giá trị kinh tế và được trồng phổ biến ở các vùng
đồi núi ở Việt Nam. Cây chè hay còn gọi là trà, tên khoa học là Camellia
sinensis O. Ktze, thuộc họ chè Theaceae. Nguồn gốc từ Trung Quốc, tại Việt
Nam chè được trồng nhiều ở các tỉnh Phú Thọ, Tuyên Quang, Hà Giang, Thái
Nguyên, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Đắc Lắc, Lâm Đồng, …
Chè được sử dụng phổ biến làm nước uống. Nước chè là đồ uống phổ
biến thứ hai trên thế giới. Nước chè được chế biến bằng cách ngâm lá, chồi
hay cành của cây chè vào nước sôi chừng vài phút là dùng được. Nước chè
thường có mùi thơm, vị hơi đắng và chát. Nó có nhiều tác dụng đối với sức
khỏe của con người. Chè được qua chế biến thường có nhiều tên gọi và được
phân thành nhiều loại chè khác nhau như: chè tươi, chè lá, chè búp, chè
cám,... Khi ướp các hương vị hoa được gọi là chè ướp hoa như chè sen (ướp
với hoa sen), chè nhài (ướp với hoa nhài),...
Chè đã được sản xuất ở gần 40 nước trên thế giới với diện tích lên đến
2,25 triệu ha, tập trung chủ yếu ở một số nước như:
Bảng 1.3. Diện tích trồng chè ở một số nước
Tên nước

Diện tích trồng (ha)

Trung Quốc

1,1 triệu

Ấn Độ

486 nghìn