Nghiên cứu chế tạo màng sợi nano chitosan/poly vinyl alcohol ứng dụng loại bỏ ion kim loại nặng trong nước

TÓM TẮT

Hấp phụ là một trong các phương pháp có hiệu quả để loại bỏ các kim loại nặng trong nước được sử dụng phổ biến

hiện nay. Mục đích của nghiên cứu này là chế tạo màng sợi nano chitosan/poly vinyl alcohol (CS/PVA) để hấp phụ các

ion kim loại nặng Cu2+ và Pb2+ trong nước. Màng sợi CS/PVA được chế tạo bằng phương pháp kéo sợi điện trường quay

(electrospinning) từ hỗn hợp của dung dịch CS 6% khối lượng trong acid acetic và dung dịch PVA 12% khối lượng trong

nước theo tỉ lệ dung dịch CS/PVA là 3/7. Điều kiện chế tạo sợi là điện áp 18kV, tốc độ cấp liệu 0,5 ml/h, khoảng cách từ

đầu kim phun đến bộ thu 13 cm. Sau đó màng sợi được ổn định bằng hơi glutaraldehyde để sử dụng trong môi trường

nước. Ảnh SEM của màng sợi cho thấy đường kính của sợi CS/PVA trong khoảng 170 nm đến 305 nm. Đặc trưng hóa học

của màng sợi trước và sau khi ổn định bằng hơi glutaraldehyde được xác định bằng phổ hồng ngoại IR. Kết quả đo tính

chất cơ lý của màng sợi CS/PVA cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài của màng đạt lần lượt là 3,05 N/mm2và 77,02%.

Dung lượng hấp phụ cực đại của màng sợi đối với Cu2+ và Pb2+ lần lượt là 39,5 và 40,9 mg/g. Màng sợi cũng được sử

dụng để xử lý mẫu nước thải của quá trình mạ đồng bằng Ni, Cr của công ty Cổ phần Khí cụ điện 1. Kết quả cho thấy

màng sợi làm giảm đáng kể nồng độ của Cu2+, Pb2+, Ni2+ và Cr3+ trong nước thải, mở ra tiềm năng lớn trong ứng dụng

xử lý nước thải công nghiệp

pdf 5 trang phuongnguyen 4520
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu chế tạo màng sợi nano chitosan/poly vinyl alcohol ứng dụng loại bỏ ion kim loại nặng trong nước", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Nghiên cứu chế tạo màng sợi nano chitosan/poly vinyl alcohol ứng dụng loại bỏ ion kim loại nặng trong nước

Nghiên cứu chế tạo màng sợi nano chitosan/poly vinyl alcohol ứng dụng loại bỏ ion kim loại nặng trong nước
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 49.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 115
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG SỢI NANO 
CHITOSAN/POLY VINYL ALCOHOL 
ỨNG DỤNG LOẠI BỎ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC 
STUDY ON FABRICATION OF CHITOSAN/POLY (VINYL ALCOHOL) NANOFIBER MATS 
FOR HEAVY METAL ION REMOVAL IN WATER 
Nguyễn Thị Thu Thủy1,*, Nguyễn Thị Phương Thu2 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Công nghệ nano đang là 
hướng tiếp cận chủ yếu trong 
nhiều đề tài nghiên cứu hiện 
nay. Trong đó, phương pháp 
chế tạo sợi nano bằng điện 
trường (electrospinning) cho 
phép tạo ra các màng sợi có 
nhiều đặc tính thú vị như 
đường kính sợi nhỏ (trong 
khoảng từ vài trăm nano mét 
đến vài nano mét), diện tích 
bề mặt riêng lớn, độ xốp lớn, 
kích thước mao quản hẹp 
[1,2,3]. Hệ thống 
electrospinning bao gồm một 
xylanh chứa dung dịch 
polyme có gắn với kim phun 
được nối với điện áp cao và 
bộ thu sản phẩm được nối với 
đất. Dung dịch trong xylanh 
được bơm liên tục với tốc độ 
thấp sẽ tạo thành giọt dung 
dịch hình bán cầu ở đầu kim 
phun và chuyển thành nón 
Taylor khi điện áp cao được 
áp đặt vào. Ở một điện áp tối 
ưu, lực điện trường sinh ra 
giữa đầu kim phun và bộ thu 
sản phẩm thắng được sức 
căng bề mặt của giọt dung 
dịch tạo thành dòng polyme 
di chuyển đến bộ thu sản 
phẩm. Trong quá trình di 
chuyển dòng polyme trải qua 
giai đoạn bất ổn định, dãn 
dài, và bay hơi dung môi. Kết 
quả là các sợi nano polyme 
TÓM TẮT 
Hấp phụ là một trong các phương pháp có hiệu quả để loại bỏ các kim loại nặng trong nước được sử dụng phổ biến 
hiện nay. Mục đích của nghiên cứu này là chế tạo màng sợi nano chitosan/poly vinyl alcohol (CS/PVA) để hấp phụ các 
ion kim loại nặng Cu2+ và Pb2+ trong nước. Màng sợi CS/PVA được chế tạo bằng phương pháp kéo sợi điện trường quay 
(electrospinning) từ hỗn hợp của dung dịch CS 6% khối lượng trong acid acetic và dung dịch PVA 12% khối lượng trong 
nước theo tỉ lệ dung dịch CS/PVA là 3/7. Điều kiện chế tạo sợi là điện áp 18kV, tốc độ cấp liệu 0,5 ml/h, khoảng cách từ 
đầu kim phun đến bộ thu 13 cm. Sau đó màng sợi được ổn định bằng hơi glutaraldehyde để sử dụng trong môi trường 
nước. Ảnh SEM của màng sợi cho thấy đường kính của sợi CS/PVA trong khoảng 170 nm đến 305 nm. Đặc trưng hóa học 
của màng sợi trước và sau khi ổn định bằng hơi glutaraldehyde được xác định bằng phổ hồng ngoại IR. Kết quả đo tính 
chất cơ lý của màng sợi CS/PVA cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài của màng đạt lần lượt là 3,05 N/mm2và 77,02%. 
Dung lượng hấp phụ cực đại của màng sợi đối với Cu2+ và Pb2+ lần lượt là 39,5 và 40,9 mg/g. Màng sợi cũng được sử 
dụng để xử lý mẫu nước thải của quá trình mạ đồng bằng Ni, Cr của công ty Cổ phần Khí cụ điện 1. Kết quả cho thấy 
màng sợi làm giảm đáng kể nồng độ của Cu2+, Pb2+, Ni2+ và Cr3+ trong nước thải, mở ra tiềm năng lớn trong ứng dụng 
xử lý nước thải công nghiệp. 
Từ khóa: Sợi nano, chitosan, electrospinning, hấp phụ, kim loại nặng. 
ABSTRACT 
Adsorption is an effective method which is widely used for the removal of toxic heavy metal ions in an aqueous 
solution. The purpose of this research is fabrication of Chitosan/Poly (vinyl alcohol) (CS/PVA) nanofiber mats as an adsorbent 
for removing Cu2+ and Pb2+ ions. CS/PVA nanofiber mats were fabricated by electrospinning mixture of 6 %wt CS solution in 
acetic acid and 12 wt% PVA solution in water with ratio of 3/7 of CS/PVA. The electrospinning conditions were voltage of 18 
kV, feed rate of 0.5 ml/h, distance between the needle tip and collector of 13 cm. The prepared nanofiber mats were 
stabilized by glutaraldehyde vapor. The diameter of nanofibers was in the range from 170 nm to 305 nm. Chemical 
characteristics of nanofiber mats before and after stablizing by glutaraldehyde vapor were examined by IR. The tensile 
strength and strain of CS/PVA nanofiber mat were 3.05 N/mm2 và 77.02 %, respectively. The maximum adsorption 
capacities of nanofiber mat was 39.5 mg/g for Cu2+ and 40.9 mg/g for Pb2+. The CS/PVA nanofiber mat was also used for 
heavy metal removal of waste water of electroplating manufactory. As the result, the concentration of Cu2+, Pb2+, Ni2+ và 
Cr3+ ions in waste water significantly reduced after treating by CS/PVA nanofiber mat. 
Keyword: Nanofiber, chitosan, electrospinning, adsorption, heavy metals. 
1Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
2Sinh viên Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
*Email: nt.thuy82@gmail.com 
Ngày nhận bài: 12/10/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 20/12/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 25/12/2018 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 49.2018 116
KHOA HỌC
tập trung và thu được ở bộ thu sản phẩm [2]. Các sợi nano 
đã được chế tạo từ nhiều loại polyme khác nhau như 
gelatin, poly lactic acid, poly vinyl alcohol, poly urethane,... 
được sử dụng với nhiều ứng dụng khác nhau như y sinh, 
phân tách, sensor,... [4]. 
Chitosan là một trong những polyme tự nhiên có những 
ưu điểm như không độc, ưa nước, phân hủy sinh học, 
tương thích sinh học, kháng khuẩn,... Vật liệu lọc chế tạo từ 
chitosan có những đặc điểm nổi bật như chứa các nhóm 
phân cực và có thể ion hóa và thân thiện môi trường. Do 
đặc tính của nhóm amino tự do trong cấu trúc chitosan 
được tạo thành khi deacetyl hóa chitin, các phức chelat của 
chitosan làm cho nó có khả năng hấp phụ kim loại tăng 
gấp 5 đến 6 lần so với chitin [5,6]. Theo thống kê của tác giả 
Amit Bhatnago và cộng sự [6], nghiên cứu đã cho thấy khả 
năng hấp thụ của chitosan đối với ion Hg(II), Cu(II), Ni(II) và 
Zr(II) lần lượt là 815, 222, 164 và 75 mg/g. Các nghiên cứu 
về sử dụng chitosan để hấp phụ ion kim loại cho thấy khả 
năng hấp phụ của chitosan phụ thuộc vào dạng vật liệu và 
điều kiện hấp phụ. Nghiên cứu của Ngah W. S. [7] đưa ra 
khả năng hấp phụ Pb (II) bằng chitosan dạng hạt (35,21 
mg/g) cao gấp 5 lần chitosan dạng vảy (7,72 mg/g). Trong 
khi đó khả năng hấp phụ tối đa đối với Cu(II) là 33,44 và 
47,85 mg/g khi sử dụng chitosan dạng hạt và chitosan/PVA. 
Các báo cáo cũng cho thấy, sự hấp phụ của chitosan đối với 
các ion kim loại khác nhau cũng tuân theo các mô hình hấp 
phụ khác nhau [8]. 
Đặc điểm nổi bật của màng sợi nano ứng dụng làm vật 
liệu hấp phụ là diện tích bề mặt lớn, dễ dàng thu hồi sau 
khi sử dụng. Tuy nhiên, việc chế tạo màng sợi nano 
chitosan gặp nhiều khó khăn do chitosan khi hòa tan trong 
axit tạo các nhóm mang điện tích, gây khó khăn cho quá 
trình electrospinning [9]. Hơn nữa, màng chitosan có tính 
chất cơ học kém nên không có tính ứng dụng cao. Để cải 
thiện các nhược điểm trên, PVA được bổ sung thêm vào 
thành phần của sợi chitosan do PVA là loại polyme có khả 
năng phun kéo sợi dễ dàng, có độ bền cơ học lớn và khả 
năng tương hợp tốt với chitosan. 
Trong nghiên cứu này, màng sợi nano CS/PVA được 
đánh giá khả năng hấp phụ đối với ion Cu2+ và Pb2+ trong 
dung dịch nước và khả năng xử lý loại ion kim loại nặng 
trong nước thải của quá trình mạ đồng bằng Ni, Cr của 
công ty Cổ phần Khí cụ điện 1. 
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Nguyên vật liệu 
PVA(khối lượng phân tử 88.000 g/mol, Acros Organic 
Co.), Chitosan(khối lượng phân tử 690.000 g/mol, 
Biomaterials Co.), acid acetic (95%, Xilong, Trung Quốc), 
glutaraldehyde (50%, Merk). 
2.2. Phương pháp chế tạo màng sợi CS/PVA 
Chuẩn bị dung dịch CS 6% khối lượng trong acid acetic 
0,5M và dung dịch PVA 12% khối lượng trong nước. Trộn và 
khuấy hỗn hợp dung dịch CS 6% và dung dịch PVA 12% 
theo tỷ lệ CS/PVA là 1/9, 2/8 và 3/7 đến khi thu được hỗn 
hợp đồng nhất và để ổn định trong 24h. 
Đưa dung dịch CS/PVA đã ổn định vào xylanh nhựa 
dung tích 6ml. Xylanh ngày được gắn với kim phun có 
đường kính 22 gauss và được đặt lên máy bơm microlit. Kết 
nối giữa máy điện áp và kim phun. Cài đặt các điều kiện của 
quá trình electrospinning như sau: điện áp 18 kV, tốc độ 
bơm 0,5 ml/h, khoảng cách từ đầu kim phun đến bộ thu 13 
cm. Thời gian chế tạo sợi từ 6 đến 10 h. Sau đó màng sợi 
được sấy ở 75oC trong 20 phút. 
Màng sợi được ổn định bằng hơi glutaraldehyde (GA) 
50% trong 24h ở 25oC trong bình kín, sau đó được sấy ở 
75oC trong 45 phút. 
2.3. Xác định hình thái học và đặc tính cấu trúc của vật 
liệu 
Hình thái học của sợi nano CS/PVA được quan sát bằng 
kính hiển vi điện tử quét (SEM, Jeol 6490 JED 2300, Nhật 
Bản) thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học 
và Công nghệ Việt Nam. 
Độ bền cơ học của màng sợi bao gồm độ bền kéo và độ 
bền kéo đứt được xác định trên máy Zwick Z2.5 của Đức, tại 
Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công 
nghệ Việt Nam theo tiêu chuẩn ISO/DIN 527 với tốc độ kéo 
5mm/ phút ở 25oC. 
2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của 
màng sợi CS/PVA 
- Đánh giá khả năng hấp phụ ion Cu2+ và Pb2+: Khả năng 
hấp phụ của màng sợi đối với ion kim loại nặng Cu2+ và Pb2+ 
được thực hiện dựa trên các thông số bao gồm thời gian 
hấp phụ (15 đến 300phút) và nồng độ ban đầu của các ion 
kim loại nặng (50 ÷ 130 mg/l). Cân chính xác 0,12g màng 
sợi CS/PVA sau khi đã ổn định bằng GA và đưa vào cốc 
đựng 50ml dung dịch muối đồng hoặc muối chì có nồng 
độ khác nhau và trong các khoảng thời gian khác nhau. 
Nồng độ ion kim loại sau khi hấp phụ được đo bằng 
phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS). Dung lượng hấp 
phụ theo thời gian được tính theo công thức sau: 
0 .et
C Cq V
a
Trong đó: 
qt: Dung lượng chất bị hấp phụ theo thời gian trên 1g 
mẫu (mg/g) 
C0: Nồng độ ban đầu của chất phân tích (mg/l) 
Ce: Nồng độ chất phân tích khi đạt cân bằng hấp phụ 
(mg/l hay ppm) 
a: Lượng chất hấp phụ (g) 
V: Thể tích dung dịch hấp phụ (lít) 
- Đánh giá khả năng hấp phụ của các ion kim loại trong 
mẫu nước thải trước xử lý của quá trình mạ đồng bằng Ni, Cr 
của Công ty Cổ phần Khí cụ điện 1 (địa chỉ: phường Xuân 
Khanh, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội). Cân chính xác 
0,12g màng nano CS/PVA sau khi ổn định bằng GA, sấy khô 
và đưa vào cốc thủy tinh có chứa 50ml dung dịch mẫu môi 
trường để hấp phụ trong vòng 300 phút. Tiến hành xác định 
nồng độ Cu2+, Pb2+, Ni2+ và Cr3+ còn lại trong dung dịch. 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 49.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 117
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Hình thái học của sợi nano CS/PVA 
Kết quả ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của màng 
sợi CS/PVA ở các tỷ lệ dung dịch CS/PVA khác nhau được 
thể hiện trên hình 1. Quan sát hình thái các sợi PVA, 
CS/PVA ở các tỷ lệ 1/9, 2/8 và 3/7 cho thấy rằng sợi nano 
PVA có đường kính sợi to, dài, mịn và đồng đều hơn hình 
thái các sợi của màng sợi CS/PVA. Các sợi của màng 
CS/PVA có đường kính trong khoảng 170 nm đến 305 nm. 
Khi thành phần của CS trong hỗn hợp càng tăng lên thì 
các sợi trở nên thô hơn, đường kính sợi không đồng đều 
và các sợi bắt đầu có hiện tượng kết dính. Khi tiếp tục 
tăng hàm lượng dung dịch chitosan thì quá trình phun sợi 
không liên tục, trên bộ thu sản phẩm chủ yếu thu được 
các giọt dung dịch. Do đó để đạt được hiệu quả hấp phụ 
cao nhất, màng sợi CS/PVA có tỷ lệ 3/7 được sử dụng cho 
các thí nghiệm tiếp theo. 
Hình 1. Ảnh SEM của sợi nano CS/PVA ở các tỷ lệ dung dịch CS/PVA khác 
nhau và với độ phóng đại khác nhau: (a, a') PVA, (b, b') 1/9, (c, c') 2/8, (d, d') 3/7 
3.2. Đặc trưng hóa học của màng sợi nano CS/GA/PVA 
Các nhóm chức đặc trưng của màng sợi CS/PVA và 
CS/PVA được ổn định bằng glutaraldehyde (CS/GA/PVA) 
được thể hiện qua phổ hồng ngoại (hình 2). 
Hình 2. Phổ IR của màng sợi (a) CS/PVA (b) CS/GA/PVA 
6
0
6
.1
8
8
4
6
.4
7
1
0
9
1
.1
7
1
2
4
9
.4
7
1
3
7
5
.0
1
1
4
2
6
.9
0
1
7
3
2
.6
7
2
9
3
9
.1
2
3
3
5
5
.0
9
- 0.2
-0.1
-0.0
 0.1
 0.2
 0.3
 0.4
 0.5
 0.6
 0.7
 0.8
 0.9
 1.0
A
b
s
o
r
b
a
n
c
e
 1000 2000 3000 4000 
Wav enumbers (cm-1)
6
0
6
.2
2
8
4
6
.7
4
1
0
6
9
.9
5
1
2
4
9
.4
1
1
3
7
3
.7
7
1
4
3
0
.9
3
1
6
5
5
.7
1
1
7
3
1
.7
3
2
9
3
8
.3
7
3
3
5
5
.3
3
-0.1
 0.0
 0.1
 0.2
 0.3
 0.4
 0.5
 0.6
 0.7
 0.8
 0.9
 1.0
A
b
s
o
r
b
a
n
c
e
 1000 2000 3000 4000 
Wavenumbers (cm-1)
(a) (a') 
(b) (b') 
(c) (c') 
(d) (d') 
(a) 
(b) 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 49.2018 118
KHOA HỌC
Trên phổ hồng ngoại (hình 2) cho thấy sự xuất hiện của 
các pic đặc trưng cho các liên kết trong phân tử chitosan và 
PVA. Ở 3355 cm-1 một pic rộng xuất hiện đặc trưng cho dao 
động dãn của nhóm -OH của PVA. Cường độ của pic này 
đối với màng CS/GA/PVAthấp hơn so với màng CS/PVA, 
chứng tỏ đã có các nhóm -OH của PVA phản ứng với 
glutaraldehyde để tạo thành cầu nối axetal. Điều này cũng 
được khẳng định khi pic ở bước sóng 1069 cm-1 đặc trưng 
cho liên kết O-C-O mở rộng hơn sau khi màng CS/PVA phản 
ứng với glutaraldehyde. Sự hình thành cầu nối axetal giúp 
cho màng CS/GA/PVA không tan trong môi trường nước 
khi hấp phụ.Pic đặc trưng cho nhóm amid I (-C=O) và nhóm 
amid II (-NH2) xuất hiện ở các bước sóng lần lượt là 1655cm-1 
và 1580 cm-1. Phản ứng giữa chitosan và glutaraldehyde 
hình thành nhóm imine (-C=N) được chứng minh bằng sự 
tăng cường độ và dịch chuyển của pic ở bước sóng 1658 
cm-1 của màng CS/PVA về bước sóng 1655 cm-1 của màng 
CS/GA/PVA. 
3.3. Tính chất cơ lý của màng sợi CS/GA/PVA 
Hình 3. Kết quả đo độ bền kéo đứt của màng sợi CS/GA/PVA 
Kết quả đo độ bền kéo cho thấy màng sợi CS/GA/PVA 
có độ bền kéo đứt là 3,05 M/mm2 và độ dãn dài khi đứt là 
77,02%. Độ bền kéo của màng sợi thấp có thể lý giải do 
chitosan là một polyme có độ bền cơ học thấp [11]. 
3.4. Đánh giá khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng 
của màng CS/GS/PVA 
Hình 4. Kết quả đo dung lượng hấp phụ theo thời gian của màng sợi CS/GA.PVA 
Ngâm 0,12 g màng CS/GA/PVA trong từng cốc thủy tinh 
chứa 50 ml dung dịch Cu2+ 100pmm và Pb2+ 100ppm trong 
thời gian là 15; 30; 60; 180 và 300 phút. Kết quả đo dung 
lượng hấp phụ theo thời gian của màng CS/GA/PVA theo 
thời gian được thể hiện trên hình 4. 
Kết quả cho thấy trong khoảng thời gian hấp phụ từ 15 
phút đến 180 phút hiệu suất hấp phụ Cu2+ và Pb2+ của 
màng sợi nano CS/GA/PVA tăng nhanh. Nhưng từ 180 phút 
trở đi thì hiệu suất hấp phụ này tăng chậm và tương đối ổn 
định. Điều đó chứng tỏ khả năng hấp phụ của màng sợi 
CS/GA/PVA đã đạt đến trạng thái cân bằng ở 300 phút. 
Để xây dựng đường cân bằng hấp phụ theo mô hình 
đường đẳng nhiệt Langmuir, tiến hành đo khả năng hấp 
phụ của màng CS/GA/PVA trong các dung dịch Cu2+ và Pb2+ 
có nồng độ lần lượt là 50pmm, 80ppm, 100ppm; 130ppm 
trong 300 phút. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và 
đường biểu diễn sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ceđối với các 
ion Cu2+ và Pb2+ được thể hiện trên hình 5. Trong đó, Ce và 
qe lần lượt là nồng độ ion Cu2+(hoặc Pb2+) và dung lượng 
hấp phụ ở trạng thái cân bằng. 
0 20 40 60 80
0
10
20
Dehnung in %
S
p
a
n
n
u
n
g
 in
 N
/m
m
²
20.833
33.282
36.604
39.483
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40
q
e 
(m
g
/g
)
Ce (mg/l)
20.833
33.285
37.788
40.94
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40
q
e 
(m
g
/g
)
Ce (mg/l)
C
e/
q
e 
(g
/l
)
(a)
(b)
y = 0.025x + 0.006
R² = 0.999
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 10 20 30 40
C
e/
q
e 
(g
/l
)
Ce (mg/l)
(a')
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 49.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 119
Hình 5. (a, b) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với các ion Cu2+ và 
Pb2+ và (a’, b’) Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce đối với các ion Cu2+ 
và Pb2+. 
Từ mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đồ 
thị tuyến tính thể hiện mối quan hệ của Ce/q và Ce đối với 
mỗi ion kim loại (Cu2+ và Pb2+) có thể tính toán lượng chất 
bị hấp phụ tối đa qmax và hằng số cân bằng Langmuir (K) 
với mỗi kim loại (bảng 1). 
Bảng 1. Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 
Ion kim loại nặng Cu2+ Pb2+ 
Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 39,526 40,984 
Hằng số Langmuir K 0,999992 0,9999904 
Hệ số tương quan (R2) 0,999 0,999 
Màng CS/GA/PVA được kiểm tra khả năng ứng dụng 
trong thực tế bởi thí nghiệm xử lý ion kim loại nặng trong 
mẫu môi trường. Mẫu nước thải của quá trình mạ đồng 
bằng Ni, Cr của Công ty Cổ phần Khí cụ điện 1 bao gồm các 
thành phần chính là các thành phần chính là Cu2+, Pb2+, Ni2+ 
và Cr3+. Kết quả xử lý bằng màng sợi CS/GA/PVA được thể 
hiện trong bảng 2. 
Bảng 2. Kết quả xử lý mẫu nước thải bằng màng sợi CS/GA/PVA 
Kim loại 
Nồng độ trước khi 
hấp phụ (mg/l) 
Nồng độ sau khi 
hấp phụ (mg/l) 
% chất bị 
hấp phụ 
Cu2+ 91,1 28,5 68,72 
Pb2+ 1,737 0,458 73,63 
Ni2+ 0,233 0,097 58,37 
Cr3+ 11,576 3,325 71,28 
Từ bảng 2 cho thấy, ion Pb2+ có hàm lượng hấp phụ trên 
màng lớn nhất, trong khi Ni2+ có hàm lượng hấp phụ nhỏ 
nhất. Có thể sắp xếp phần trăm hấp phụ các ion kim loại 
như sau: Pb2+> Cr3+> Cu2+> Ni2+. Điều này cho thấy khả 
năng hấp phụ của màng CS/GA/PVA đối với các ion kim loại 
khác nhau là khác nhau. 
4. KẾT LUẬN 
Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian đạt đến hấp phụ 
cân bằng của màng sợi CS/GA/PVA là 300 phút. Lượng chất 
hấp phụ cực đại đối với ion Cu2+ là 39,526 mg/g và Pb2+ là 
40,984 mg/g. Ứng dụng thực tế của màng sợi trong xử lý 
nước thải của quá trình mạ đồng cũng cho thấy đạt hiệu 
quả cao khi có thể loại bỏ 73,63% Pb2+; 71,28% Cr3+; 68,72% 
Cu2+ và 58,37% Ni2+, mở ra triển vọng áp dụng của vật liệu 
trong xử lý nước thải công nghiệp nhiễm kim loại nặng. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Bhardwaj N, Kundu SC, 2010. Electrospinning: A fascinating fiber 
fabrication technique. Biotechnology Advances, 325-347, 28. 
[2]. Chew SY, Wen Y, Dzenis KW, 2006a. The role of electrospining in the 
emerging field of nanomedicine. Cur Pham Des, 4751-4770. 
[3]. Andrady AL, Wiley AJ, 2008. Science and Technology of Polyme 
Nanofibers. Hoboken, USA, 81-110. 
[4]. Huang ZM, Zhang YZ, Kotaki M, Ramakrishma, 2003. A review on 
polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites. 
Composites Science and Technology, 2223-2253, 63. 
[5]. Nguyen Quoc Hien, Dang Van Phu, Nguyen Ngoc Duy, Ha Thuc Huy, 
2005. Radation grafting of acrylic acid onto partially deacetylated chitin for metal 
ion adsorbent. Nuclear instruments and method in physics research B, 606-610, 
236. 
[6]. Bhatnagar A, Sillanpää A, 2009. Applications of chitin- and 
chitosanderivatives for the detoxification of water and wastewater- A short review. 
Advances in Colloid and Interface Science, 26 - 38, 152. 
[7]. Wan Ngah WS, Ghani SA, Hoon LL, 2002. Comparative adsorption of 
lead(II) on flake and bead-types of chitosan. Journal of Chinese Chemical Society, 
625-628, 49. 
[8]. Wan Ngah WS, Kamari A, Koay YJ, 2004. Equilibrium and kinetics studies 
of adsorption of copper (II) on chitosan and chitosan/PVA beads. International 
Journal of Biological Macromolecules, 155-161. 
[9]. Ohkawa K, Cha D, Kim H, Nishida A, Yamamoto H, 2004. Electrospinning 
of chitosan. Macromolecular Rapid Communication, 1600-1605, 25, 2004. 
[10]. Nguyen TTT, Chung OH, Park JS, 2011. Coaxial electrospun poly(lactic 
acid)/chitosan (core/shell) nanofibers and their antibacterial activity. 
Carbohydrate Polymers, 1799-1806, 86. 
y = 0.024x + 0.005
R² = 0.999
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 10 20 30 40
C
e/
q
e 
(g
/l)
Ce (mg/l)
(b')

File đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_che_tao_mang_soi_nano_chitosanpoly_vinyl_alcohol.pdf