Science & Technology Development, Vol 19, No.M1-2016
Nghiên
cứu tổng hợp màng
Chitosan/Zeolite và khảo
sát
khả năng loại
bỏ các kim
loại
nặng trong nước
của màng
Trương Thị Cẩm Trang
Khoa Môi trường, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG-HCM
Takaomi Kobayashi
Khoa Vật Liệu, Trường Đại Học Công nghệ Nagaoka, Nhật Bản
Nguyễn Trọng Quân
Khoa Môi trường, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG-HCM
*Email: ttctrang@hcmus.edu.vn
(Bài nhận ngày 30 tháng 2 năm 2015 nhận đăng ngày 16 tháng 05 năm 2015)
TÓM TT
Trong nghiên cứu này đã tiến hành tổng hợp
màng t lệ Chitosan/Zeolite với 70% chitosan
màng t Chitosan và Zeolite (CS/Ze) với Glutaral
30% Zeolite cho kết quả loại bỏ kim loại cao
andehit được sử dụng là chất liên kết. Tỷ lệ
nhất và kh năng loại bỏ kim loại sắp xếp theo
Zeolite trong màng tổng hợp được khảo sát trong
th tự: Cr>As>Cd>Hg>Pb>Cu. Những kết quả
khoảng
từ 10-30% . Các kết quả về học cho
này cho thấy rằng màng CS/Ze được tổng hợp
thấy màng tính chất học độ bền tốt theo
th sử dụng làm sạch nước bằng cách loại nhằm
t lệ chitosan thay đổi trong màng. Theo đó, kết
loại bỏ kim loại trong nước.
qu loại bỏ kim loại nặng trong nước cho thấy
T khóa: Pervaporation, Chitosan, Zeolite, màng composite, kim loi nng
1. MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhim
kim loi nặng trong nước vn luôn là mt bài
toán khó gii. Stn ti kim loi nng trong
nước, đặc biệt là nước dùng cho sinh hoạt ăn
ung là mt trong nhng mối đe dọa đến sc
khe và tính mạng con người. Do đó, việc loi
trcác ion kim loi nng ra khi nguồn nước là
mt vấn đề hết sc cn thiết, có ý nghĩa khoa học
và thc tin. Hin nay, các công nghệ thường
được sdụng để loi bcác ion kim loi nng
trong nước gồm có phương pháp kết ta hóa hc,
trao đổi ion, tuyn ni và lắng đọng điện hóa [1-
2].Tuy nhiên, hu hết các phương pháp trên đều
tiêu tn nhiều năng lượng và có giá thành khá cao
[3]. Công nghmàng sinh hc tng hp xut hin
vi những tính năng vượt tri trong vic loi b
các ion kim loi nặng trong nước da trên các
quá trình hp phvà thm - bốc hơi qua màng.
Màng sinh hc tng hp không những đạt hiu
qucao trong quá trình xlý mà còn tiết kim
năng lượng và chi phí vn hành [4- 5]. Trong s
đó, phải kể đến màng sinh hc
Chitosan/Cellulose được tng hp da trên các
Trang 86
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ M1- 2016
tính chất đặc bit ca Chitosan và Cellulose [11],
trình bày trong phn Kết quvà Tho lun ca
chitosan/cellulose acetat [2],… trong đó Chitosan
bài báo.
là mt trong nhng polymer sinh hc vi nhng
tính chất đặc biệt như khả năng tích điện dương,
2. NGUYÊN LIỆU PHƯƠNG PHÁP
có độ nht cao. Vmt hóa hc, Chitosan còn có
2.1 Nguyên liu
các nhóm chc -OH, -NHCOCH3 trong các mt
xích N-axetyl-Dglucozamin và nhóm -OH, nhóm
-NH2 trong các mt xích D-glucozamin có nghĩa
chúng va là ancol, va là amin, va là amit nên
phn ng hoá hc có thxy ra vtrí nhóm
chc to ra dn xut thế O-, dn xut thế N-, hoc
dn xut thế O-, N. Ngoài ra Chitosan có thhình
thành các phc hp vi nhiu cht trong tnhiên
và các phức này thường không tan trong nước to
thành dạng màng hydrogel được ng dng rng
rãi trong công nghtng hp màng sinh hc
Chitosan, Zeolite A-3, công thc MeO.Al-
2O3.mSiO2.nH2O, kích thước hạt 200 mesh được
đặt hàng tSpectrum Chemicals & Laboratory
Products Co.,Ltd (Nht bn).Glutaraldehyde,
Sulfuric acid và Hydrochloric acid đặt mua t
Merck KGaA (Đức). Dung dịch nước thải đầu
vào cha các ion kim loi nng Cr, Cu, Pb, Cd,
As và Hg được pha chế trong phòng thí nghim
vi nồng độ xác định.
2.2 Tng hp màng
[6].Và trong nghiên cu này, tác gichn Zeolite
Màng CS/Ze được chun btheo quy trình
kết hp cùng Chitosan nhm to ra mt loi
như hình 1. Dung dch Chitosan nồng độ 2%
màng tng hp có khả năng loại bkim loi nng
được pha bng cách cho 10g Chitosan tinh khiết
trong nước vi hiu qucao.
Do Zeolite là mt
hòa tan trong 500mL dung dch acetic acid và
loi aluminosilicat tinh thcó cu trúc không
khuy trong vòng 24h ti nhiệt độ phòng. Dung
gian ba chiu, có các lxốp đặc bit cho phép
dịch Chitosan sau đó được trnvi Zeolite vi
chúng phân chia phân ttheo hình dng và kích
vn tc khuy là 250 vòng/phút trong 24 gi.
thước vì vy, zeolite còn được gi là hp cht rây
Hàm lượng Zeolite thêm vào được thay đổi để
phân t., ngoài ra Zeolite có 4 tính cht quan
tng hp nhiu loi màng khác nhau vi tl
trọng là trao đổi cation, hp ph, xúc tác và chn
CS/Ze là 100/0, 90/10, 80/20 và 70/30. Màng
lc hình dng [7]. Da vào nhng tính chất đặc
CS/Ze được liên kết vi nhau bng 10mL dung
biệt đó mà Zeolite thường được sdng trong x
dch Glutalradehyde 2% và 5mL Hydrochloric
lý khí thải, nước thải và đặc bit là xlý kim loi
acid 0.5M. Sau khi hoàn tất các bước trong quy
nặng trong nước [8-9].
trình, vi mi tlmàng, cho 30mL hn hp vào
Trong đề tài nghiên cu này, màng CS/Ze s
được tng hp và kho sát các tính cht vt lý,
hóa hc và khả năng phân tách, loại bcác ion
kim loi nặng trong nước bng quá trình lc thoát
hơi nước qua màng. Kết qukho sát sẽ được
các đĩa petri có kích thước đồng nhất và để khô
ti nhiệt độ phòng trong 2 – 3 ngày. Sau đó,
màng được tách ra khỏi đĩa và ngâm trong
Sulfuric acid 0.5M ri ra sch bằng nước cất đã
khion
Trang 87
Science & Technology Development, Vol 19, No.M1-2016
Chitosan
Zeolite
Khuấy trộn trong 24h
10mL Glutaraldehyde
2vol%
Khuấy siêu âm trong 1h
5mL Hydrochloric acid
Đổ ra đĩa petri
Phơi ở nhiệt độ phòng
Ngâm vào dd H2SO4
Rửa bằng nước cất
Màng Chitosan/Zeolite
Hình 1. Sơ đồ quy trình tng hp màng Chitosan/Zeolite
2.3 Kho sát tính cht ca màng
DTB là đường kính trung bình ca màng sau
Sau khi được tng hợp, màng CS/Ze được
1 ngày đêm (mm)
thc hin các khảo sát như đo SEM (Scanning
SC: độ ngậm nước ca màng (%)
Electron Microscopy) để xác định cu trúc b
mt và mt ct ca màng; và các thí nghim kim
m0: khối lượng ban đầu ca màng (g)
tra tính cht vt lý của màng như độ trương nở,
mTB: khối lượng trung bình ca ba màng sau
độ ngậm nước bằng cách ngâm màng trong nước
1 ngày đêm (g)
và khảo sát đường kính hoc khối lượng ca
màng trong nhng khong thi gian khác nhau.
Công thức tính độ trương nở và độ ngậm nước
của màng như sau:
Độ kéo dãn của màng được thc hin bng
máy LTS-500N-S20 (Minebea, Japan), và giá tr
của độ kéo dãn được tính bng công thc sau:
(N/mm2)
2.4 Kho sát kh năng phân tách của màng
Chun bcác mẫu nước cha các ion kim
loi nng Cr, Cu, Cd, Pb, As và Hg riêng bit
nhau. Sau đó lần lượt cho 50mL mẫu nước vào
ngăn phía trên của màng CS/Ze, sdng máy hút
chân không để dung dch thm qua màng trong
Trong đó:
SD: độ trương nở ca màng
vòng 1 giờ sau đó thu dung dịch ở ngăn dưới
được bao phbởi đá lạnh và sau đó đem đi phân
tích sắc kí để đánh giá hiệu quloi bcác kim
D0 là đường kính ban đầu ca màng (mm)
loi nng của màng CS/Ze.
Phương pháp sắc kí
Trang 88