Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng màng polyme chứa montmorillonit để tách một số dạng linh động của cadimi, chì, kẽm, mangan trong nước sông bằng kỹ thuật khuếch tán qua lớp mỏng

,15 đến 0,25g. Hàm mục tiêu được chọn là hiệu quả tách kim loại linh động của dụng cụ (%). 7 2.7.Phương pháp nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của dụng cụ DGT Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của đầu dò:Thời gian, pH, lực ion của dung dịch, phối tử có khả năng tạo phức với kim loại. 2.8.Đánh giá thống kê phương pháp phân tích Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ). Xác định độ chính xác của phương pháp: Độ chụm, độ đúng và độ thu hồi. 2.9.Đánh giá khả năng tái sử dụng của dụng cụ Để đánh giá khả năng tái sử dụng dụng cụ, chúng tôi đã dùng dụng cụ với màng liên kết được sử dụng lại 5 lần. Sau mỗi lần dụng cụ DGT hoàn thành thí nghiệm, màng liên kết được rửa với nước cất và sau đó nhúng vào dung dịch HNO3 2M trong 24 giờ để loại bỏ hết ion kim loại từ các thí nghiệm trước. Tiếp theo màng liên kết được rửa nhiều lần bằng nước cất đến hết axit trước khi sử dụng lại và đánh giá hiệu quả làm việc của dụng cụ. 2.10.Đánh giá khả năng làm việc của dụng cụ trong mẫu nước thực tế và so sánh với kỹ thuật ASV Tiến hành thử nghiệm kỹ thuật này với mẫu được lựa chọn là nước sông Lạch Tray Hải Phòng. Quá trình thử nghiệm được tiến hành ngay tại hiện trường và trên mẫu đưa về phòng thí nghiệm. Mẫu nước sông Lạch tray được lấy tại 03 vị trí thuộc khu vực cầu Niệm (sau điểm xả thải của nhà máy giấy) và 02 vị trí thuộc khu vực cầu Rào (sau điểm xả thải của xưởng đóng tàu). Vị trí lấy mẫu được mô tả trong bảng 2.6 và các hình từ 2.4 -2.6. Các điểm này được chọn vì tiềm ẩn nguy cơ thải lượng lớn kim loại vào môi trường. Bảng 2.6 Mô tả vị trí lấy mẫu TT Ký hiệu mẫu lấy Vịtrí lấymẫu Tọa độ Thời gian và điều kiện lấy mẫu Sông Lạch Tray chảy qua khu vực cầu Niệm 1 NM1 Cách vị trí xả thải 5 m về phía hạ lưu 20049’23,692’’ 106040’01,465’’ 8h00 ngày 20/6/2015 Nước lên 2 NM2 Cách vị trí xả thải 50 m về phía hạ lưu 20049’25,691’’ 106039’07,764’’ 9h00 ngày 20/6/2015 Nước lên 3 NM3 Cách vị trí xả thải 100 m về phía hạ lưu 20049’23,792’’ 106040’06,965’’ 9h15 phút ngày 20/6/2015 Nước lên Sông Lạch Tray chảy qua khu vực cầu Rào 4 NM4 Chân cầu Rào 20 049’42.1’’ 106041’58.6’’ 8h00 ngày 21/6/2015 Nước lên 5 NM5 Cách cầu Rào 1km 20 049’17.7’’ 106042’16.3’’ 9h10 ngày 21/6/2015 Nước lên 8 Hình 2.4 Vị trí lấy 03 mẫu (NM1-NM3) khu vực cầu Niệm Hình 2.5 Vị trí lấy 02 mẫu (NM4- NM5) khu vực cầu Rào CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Đặc trưng hóa lý của màng liên kết MMT 3.1.1. Đánh giá khả năng loại bỏ kim loại sau khi làm sạch Sau quá trình xử lý axit và rửa với nước cất nhiều lần nhận thấy nồng độ các ion kim loại Cd2+, Pb2+, Mn2+, Zn2+ trong phần rửa giải đều ở dưới giới hạn phát hiện của thiết bị. Nồng độ ion Cd2+ < 0,03µ/l; ion Pb2+ < 0,02µ/l; ion Mn2+ < 0,04µ/l; ion Zn2+ < 0,2µ/l. Như vậy các kim loại Cd2+, Pb2+, Mn2+, Zn2+đã được loại bỏ trong quá trình làm sạch, không xuất hiện trong vật liệu dùng để chế tạo màng liên kết trong đầu dò DGT. Như vậy có thể dùng MMT để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo. 3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ XRD Từ giản đồ XRD có thể thấy pic lớn nhất có d001 = 15,615Å tương ứng với góc 2θ = 2- 70º đặc trưng cho Montmorillonit. Ngoài ra còn xuất hiện một số pic đặc trưng cho thạch anh tại d = 4,254Å và d = 3,341Å với hàm lượng nhỏ. Phần thạch anh này trơ hóa học, không làm ảnh hưởng tới các đặc trưng tính chất hấp phụ, trao đổi ion hay trương nở của montmorillonit. Như vậy, quá trình xử lý axit HNO3 và bão hòa với NaNO3 không làm thay đổi cấu trúc pha tinh thể MMT. 3.1.3. Phổ IR Sau khi xử lý phổ IR của MMT cũng có dáng tương tự phổ IR của MMT ban đầu. Song cường độ của đám phổ 520cm-1 thấp hơn nhiều so với đám phổ 468cm-1. Điều đó chứng tỏ rằng đã có một số ion Al đã bị tách ra khỏi mạng bát diện (do sự tấn công của axit). Tuy nhiên đám phổ 798cm-1 vẫn còn tồn tại chứng tỏ axit không loại được tạp chất SiO2 ở dạng quartz tinh thể khá bền trong MMT. Từ phổ IR của MMT sau khi làm sạch có thể kết luận rằng, xử lý MMT bằng axit đã không làm phá vỡ cấu trúc lớp tinh thể của MMT, ngược lại axit đã loại bỏ được các tạp chất CaCO3 và một số ít kim 9 loại trong và ngoài mạng MMT. Các kết quả IR khá phù hợp với kết quả XRD và phân tích hóa học. 3.1.4. Diện tích bề mặt riêng và phân bố đường kính mao quản Bảng 3.1 Kết quả phân tích diện tích bề mặt và kích thước mao quản của MMT Vật liệu SBET (m2/g) Svmq (m2/g) Sngoài (m2/g) Vmq (cc/g) Vvmq (cc/g) RTB (A0) MMT ban đầu 263,62 13,53 250,09 0,43 0,0047 65,53 MMT sau khi làm sạch 264,62 6,45 258,17 0,41 0,0014 61,33 Từ bảng 3.1 có thể thấy sau khi hoạt hóa MMT bằng axit, diện tích bề mặt riêng và thể tích mao quản của MMT ban đầu và MMT sau khi làm sạch không thay đổi nhiều, chứng tỏ cấu trúc vật liệu ít bị ảnh hưởng. Phần thể tích vi mao quản chỉ chiếm khoảng 1% tổng thế tích mao quản của vật liệu và phần lớn mao quản có kích thước trung bình. Phân bố mao quản trong MMT sau khi làm sạch thể hiện ở hình 3.7. Hình 3.7 cho thấy, hệ thống mao quản trong MMT có kích thước tập trung trong khoảng 3,5- 4nm, thuộc hệ mao quản trung bình. Như vậy, kết quả phân tích hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý ni tơ với mẫu MMT một lần nữa khẳng định quá trình tinh Hình 3.7 Đường phân bố kích thước mao quản của mẫu MMT sau khi làm sạch chế bằng xử lý axit và bão hòa Na+ không làm thay đổi bản chất cấu trúc vật liệu mao quản trung bình ban đầu của MMT. Vật liệu này chứa chủ yếu là các mao quản trung bình và mao quản lớn, thuận lợi cho quá trình hấp phụ và trao đổi các ion kim loại. 3.1.5. Đánh giá khả năng hấp phụ kim loại của MMT 3.1.5.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của từng ion Pb2+, Cd2+, Mn2+, Zn2+ Với Chì, Kẽm, Cadimi, Mangan khi nồng độ ion kim loại còn rất nhỏ (C0 = 1-10mg/l) sự hấp phụ diễn ra khá nhanh. Khi C0 > 10mg/l sự hấp phụ đã đạt tới mức gần như bão hòa. Nghĩa là trong giai đoạn C0 < 10mg/l, sự hấp phụ xảy ra rất thuận lợi trên các tâm hấp phụ mạnh của MMT. Tại điểm trước ngưỡng hấp phụ bão hòa, dung lượng hấp phụ MMT của Chì là 38,9mg/g (0,19mmol/g), Cadimi là 36,6mg/g (0,32mmol/g), Mangan là 21,3mg/g (0,39mmol/g), Kẽm là 22,5mg/g (0,34mmol/g). 10 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ “qe, ce” của ion kim loại Pb2+, Cd2+, Mn2+, Zn2+ trên MMT Hình 3.9 Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của Pb2+, Cd2+ Hình 3.10 Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của Mn2+, Zn2+ 0 10 20 30 40 0 2 4 6 8 q e (m g/ g) Ce Cd 2+ (mg/l) 0 20 40 60 0 2 4 6 8 q e (m g/ g) Ce Pb2+ (mg/l) 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 12 q e (m g/ g) Ce Zn2+ (mg/l) 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 12 q e (m g/ g) Ce Mn 2+ (mg/l) y = 0,0235x + 0,0163 R² = 0,9958 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0 1 2 3 4 5 6 7 8 C e/ q e CeCd2+(mg/l) y = 0,0204x + 0,0148 R² = 0,9981 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0 1 2 3 4 5 6 7 C e /q e Ce Pb2+(mg/l) y = 0,0411x + 0,0235 R² = 0,9987 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C e/q e Ce Zn 2+(mg/l) y = 0,0428x + 0,0274 R² = 0,9981 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C e/q e Ce Mn 2+(mg/l) 11 Qua hình vẽ nhận thấy sự hấp phụ Pb2+, Cd2+, Mn2+, Zn2+ của MMT trong dung dịch nước tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir khá tốt với phương trình hồi quy được thể hiện trong Bảng 3.3. Bảng 3.3 Phương trình hồi quy của các ion kim loại và giá trị R2 Ion Phương trình hồi quy R2 Cadimi y = 0,0235x + 0,0163 0,9951 Chì y = 0,0204x + 0,0148 0,9982 Kẽm y = 0,0411x+ 0,0235 0,9987 Mangan y = 0,0428x + 0,0274 0,9981 Xét về dung lượng hấp phụ (mg/g) thì khả năng hấp phụ của MMT sau khi làm sạch giảm dần theo trật tự Pb2+> Cd2+> Zn2+>Mn2+. 3.1.5.2. Đánh giá tính hấp phụ chọn lọc của MMT Bảng 3.4 Kết quả hấp phụ đồng thời 4 ion Cd2+, Mn2+, Pb2+, Zn2+ Ion kim loại Cd2+ Pb2+ Zn2+ Mn2+ Ci0 (mg/l) 5,0 5,0 5,0 5,0 Cie (mg/l) 0,677 0,621 1,552 1,792 qiođ (mg/g) 21,72 22,0 17,07 16,06 α 0,88 0,88 0,88 0,88 qtni (mg/g) 21,62 21,90 17,24 16,04 qαi (mg/g) 19,10 19,34 15,01 14,12 qmax 42,55 49,02 24,33 23,36 KL 1,44 1,38 1,75 1,56 qcti 4,97 5,04 7,92 7,83 Từ bảng 3.4 có thể nhận thấy rằng, khi tồn tại đồng thời các ion Cd2+, Mn2+, Pb2+, Zn2+ trong dung dịch, các giá trị qitn của các ion rất gần với giá trị qiα và lớn hơn rất nhiều so với giá trị của qict. Do đó có thể kết luận rằng, khi tồn tại đồng thời các ion Cd2+, Mn2+, Pb2+, Zn2+ thì mức độ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các ion trong quá trình hấp phụ là không lớn. 3.2. Tối ưu hóa các điều kiện chế tạo màng liên kết 3.2.1. Khảo sát đơn biến các điều kiện chế tạo màng liên kết 3.2.1.1 Nồng độ Acrylamit Căn cứ trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Acrylamit ban đầu đến hiệu quả làm việc của màng liên kết MMT ta nhận thấy nên chọn khoảng giá trị nồng độ Acrylamit từ 30-50% để tiến hành quy hoạch thực nghiệm và tìm giá trị tối ưu cho quá trình. 3.2.1.2. Thể tích dung dịch xúc tác APS 12 Căn cứ trên kết quả khảo sát thể tích dung dịch APS 7% đến hiệu quả làm việc của màng liên kết MMT, nhận thấy nên chọn khoảng giá trị thể tích APS7% từ 7-13µl để tiến hành quy hoạch thực nghiệm và tìm giá trị tối ưu cho quá trình tổng hợp màng liên kết MMT. 3.2.1.3. Khối lượng MMT Hình ảnh các mẫu tổng hợp thực tế với khối lượng MMT thay đổi được thể hiện trên hình 3.12. (a) (b) (c) Hình 3.12 Màng liên kết chứa MMT với khối lượng thay đổi từ 0,1g (a), 0,2g (b) và 0,3g (c) Căn cứ trên kết quả khảo sát khối lượng MMT đến hiệu quả làm việc của màng liên kết MMT, nhận thấy nên chọn khoảng giá trị khối lượng MMT ban đầu từ 0,15-0,25g để tiến hành quy hoạch thực nghiệm và tìm giá trị tối ưu cho quá trình. 3.2.1.4.Thời gian chế tạo Khi thời gian polyme hóa màng liên kết < 40 phút thì màng bị chảy nhão và chưa gel hóa hết. Thời gian polyme hóa từ 60 phút trở lên thì màng bị đóng rắn và hiệu quả làm việc của màng giảm xuống. Trong khoảng thời gian từ 40-50 phút thì màng gel hóa tốt, không chảy, định hình khuôn mềm. Vì vậy để thực hiện quá trình chế tạo màng liên kết ta chọn thời gian polyme hóa là 45 phút. 3.2.1.5. Nhiệt độ polyme hóa Ảnh hưởng của nhiệt độ polyme hóa được nghiên cứu ở các nhiệt độ lần lượt thay đổi 400C, 450C, 500C. Qua khảo sát cho thấy nhiệt độ polyme hóa màng liên kết MMT thích hợp nhất là 45ºC. 3.2.2 Tối ưu hóa quá trình chế tạo màng liên kết MMT 3.2.2.1. Chọn các yếu tố ảnh hưởng Ba biến được chọn nghiên cứu là: - Z1: 9,35ml dung dịch Acrylamit nồng độ từ 30 đến 50%. 13 - Z2: Thể tích dung dịch APS 7% từ 7 đến 13µl. - Z3: Khối lượng của MMT từ 0,15 đến 0,25g - Hàm mục tiêu được chọn là hiệu quả làm việc của đầu dò (%). 3.2.2.2. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu Phương trình hồi quy có dạng: ŷ = b0 +b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b123x1x2 x3 (3.5) Tâm kế hoạch hay mức cơ sở là điểm có tọa độ Z1 0, Z20, Z30. Z01 = (Z1max + Z1min)/2 = (50 + 30)/2 = 40%; Z02 = (Z2max + Z2min)/2 = (13 + 7)/2 = 10µl; Z03 = (Z3max + Z3min)/2 = (0,25 + 0,15)/2 = 0,2g; ∆Z1 = (Z1max – Z1min)/2 = (50-30)/2 = 10%; ∆Z2 = (Z2max –Z2min)/2 = (13-7)/2 = 3µl; ∆Z3 = (Z3max –Z3min)/2 = (0,25-0,15)/2 = 0,05g Trong đó: x1: biến mã hóa nồng độ Acrylamit ban đầu (%); x2: biến mã hóa thể tích dung dịch xúc tác APS (µl); x3: biến mã hóa khối lượng của MMT (g). Trong hệ tọa độ không thứ nguyên, tọa độ mức trên là +1 và mức dưới là -1, tâm là 0 và trùng với gốc tọa độ.Tiến hành 3 thí nghiệm (m=3) tại tâm kế hoạch với các giá trị x01= x02= x03. Các thí nghiệm lặp ở tâm cho kết quả ở bảng dưới 3.9. Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm thực hiện ở tâm kế hoạch TT Z10 Z20 Z30 yoa Cd Pb Zn Mn 1 40 10 0,2 95,2 97,4 84,4 84,1 2 40 10 0,2 95,5 97,5 84,5 84,0 3 40 10 0,2 95,7 97,4 84,0 84,1 Phương trình hồi quy thực nghiệm để thu được hiệu quả phân lập kim loại linh động lớn nhất là: ŷCd = 89,3 + 1,6326x1 + 0,9692x2 - 0,8663x3 + 1,7411x1x2 + 2,1711x1x3 ŷPb = 91,5 + 1,6134x1 + 0,9884x2 - 0,8471x3 + 1,7604x1x2 + 2,1904x1x3 - 0,0726x1x2x3 ŷZn = 79,6 + 1,4529x1 + 0,4520x2 - 2,1295x3 + 1,2068x1x2 ŷMn = 78,4 + 1,6561x1 + 0,9925x2 – 0,9003x3 + 1,7850x1x2 + 2,1681x1x3 - 0,0576x1x2x3 So sánh giá trị của F tính được và FB có thể thấy Ft> FB. Như vậy mô 14 hình của 4 kim loại đều không tương hợp với bức tranh thực nghiệm. Chính vì mô hình bậc 1 không tương hợp, cần thiết phải cải tiến mô hình sang dạng phi tuyến xác định các tham số nhờ tiến hành thực nghiệm theo kế hoạch bậc hai trực giao. 3.3.2.3. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao Mô hình thống kê biểu diễn hiệu quả phân lập kim loại và các biến mã hóa theo quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai của Box - Wilson có dạng: ŷ = b’0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x12 + b13x13 + b23x23 + b11 (x12-x12) + b22 (x22- x22) + b33 (x32-x32) (3.18) Từ phương trình 3.18 thu được ma trận thực nghiệm kế hoạch bậc hai trực giao với k = 3. Phương trình hồi quy (3.18) có dạng: ŷCd = 95,103 + 1,6046x1 + 0,9784x2 - 0,861x3 + 1,725x1x2 + 2,175x1x3 -1,9463x12 - 1,4725x22 -2,3525x32 (3.28) ŷPb = 97,351 + 1,5883x1 + 0,9875x2 - 0,8408x3 + 1,7625x1x2 + 2,2125x1x3 - 1,9522x12 -1,5122x22 - 2,3583x32 (3.29) ŷZn = 84,517 + 1,4454x1 + 0,5042x2 - 1,7721x3 + 1,1875x1x2 - 1,510x12 - 0,7992 x22 -2,6269x32 (3.30) ŷMn = 84,131 + 1,6581x1 + 0,9875x2 - 0,8701x3 + 1,7875x1x2 + 2,1625x1x3 - 1,855x12 -1,5165x22 - 2,3966x32 (3.31) Đối với Cd: Mô hình (3.28) tương hợp với bức tranh thực nghiệm. Mô hình hóa dạng 3D có thể xác định được hiệu quả phân lập Cd (hình 3.13, 3.14 và 3.15) Hình 3.13 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Cd ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và thể tích APS Hình 3.14 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Cd ảnh hưởng bởi Acrylamit và MMT ban đầu Hình 3.15 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Cd ảnh hưởng bởi thể tích APS và khối lượng MMT Đối với Pb: Mô hình (3.29) tương hợp với bức tranh thực nghiệm. Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Pb được thể hiện trên hình 3.16, 3.17 và 3.18. Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 95.67 84.0274 X1 = A: N: Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.2 7 8 9 10 11 12 13 30 35 40 45 50 84 86 88 90 92 94 96 98 H ie u s u a t (% ) X1: C Acrylamit (%)X2: V APS (ul) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 95.67 84.0274 X1 = A: N: Acrylamit X2 = C: K-MMT Actual Factor B: T-APS = 10 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 8 4 8 6 8 8 9 0 9 2 9 4 9 6 H ie u s u a t (% ) X 1 : C A cry l a m i t (% )C : K -M M T (g ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 95.67 84.0274 X1 = B: T-APS X2 = C: K-MMT Actual Factor A: N: Acrylamit = 40 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 8 4 8 6 8 8 9 0 9 2 9 4 9 6 H ie u s u a t (% ) X 2 : V A P S (u l ) C : K -M M T (g ) 15 Hình 3.16 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Pb ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và thể tích APS Hình 3.17 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Pb ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và MMT ban đầu Hình 3.18 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Pb ảnh hưởng bởi thể tích APS và khối lượng MMT Đối với Zn: Mô hình (3.30) tương hợp với bức tranh thực nghiệm. Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Zn được thể hiện trên hình 3.19, 3.20 và 3.21. Hình 3.19 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Zn ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và thể tích APS ban đầu Hình 3.20 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Zn ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và khối lượng MMT ban đầu Hình 3.21 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Zn ảnh hưởng bởi thể tích APS và khối lượng MMT ban đầu Đối với Mn: Mô hình (3.31) tương hợp với bức tranh thực nghiệm. Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Mn được thể hiện ở hình 3.22, 3.23 và 3.24. Hình 3.22 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Mn ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và thể tích APS ban đầu Hình 3.23 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Mn ảnh hưởng bởi nồng độ Acrylamit và khối lượng MMT ban đầu Hình 3.24 Mô hình hóa dạng 3D hiệu quả phân lập Mn ảnh hưởng bởi thể tích APS và khối lượng MMT ban đầu Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value 97.4880 86.2410 X1 = A: N - Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.2 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 8 6 .0 0 0 0 8 8 .0 0 0 0 9 0 .0 0 0 0 9 2 .0 0 0 0 9 4 .0 0 0 0 9 6 .0 0 0 0 9 8 .0 0 0 0 1 0 0 .0 0 0 0 H ie u su at ( % ) A : N - A cry l a m i t (% )B : T -A P S (u l ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value 97.4880 86.2410 X1 = A: N - Acrylamit X2 = C: K-MMT Actual Factor B: T-APS = 10 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 8 6 .0 0 0 0 8 8 .0 0 0 0 9 0 .0 0 0 0 9 2 .0 0 0 0 9 4 .0 0 0 0 9 6 .0 0 0 0 9 8 .0 0 0 0 H ie u su at ( % ) A : N - A cry l a m i t (% ) C : K -M M T (g ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value 97.4880 86.2410 X1 = B: T-APS X2 = C: K-MMT Actual Factor A: N - Acrylamit = 40 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 8 6 .0 0 0 0 8 8 .0 0 0 0 9 0 .0 0 0 0 9 2 .0 0 0 0 9 4 .0 0 0 0 9 6 .0 0 0 0 9 8 .0 0 0 0 H ie u su at ( % ) B : T -A P S (u l ) C : K -M M T (g ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 84.527 75.006 X1 = A: N - Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.2 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 7 4 7 6 7 8 8 0 8 2 8 4 8 6 H ie u su at ( % ) A : N - A cry l a m i t (% )B : T -A P S (u l ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 84.527 75.006 X1 = A: N - Acrylamit X2 = C: K-MMT Actual Factor B: T-APS = 10 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 7 4 7 6 7 8 8 0 8 2 8 4 8 6 H ie u su at (% ) A : N - A cry l a m i t (% C : K -M M T (g ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 84.527 75.006 X1 = B: T-APS X2 = C: K-MMT Actual Factor A: N - Acrylamit = 40 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 7 4 7 6 7 8 8 0 8 2 8 4 8 6 H ie u su at ( % ) B : T -A P S (u l ) C : K -M M T (g ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 84.1057 72.9237 X1 = A: N: Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.2 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 7 2 .0 0 0 0 7 4 .0 0 0 0 7 6 .0 0 0 0 7 8 .0 0 0 0 8 0 .0 0 0 0 8 2 .0 0 0 0 8 4 .0 0 0 0 8 6 .0 0 0 0 H ie u su at ( % ) A : N : A cry l a m i t (% )B : T -A P S (u l ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 84.1057 72.9237 X1 = A: N: Acrylamit X2 = C: K-MMT Actual Factor B: T-APS = 10 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 7 2 .0 0 0 0 7 4 .0 0 0 0 7 6 .0 0 0 0 7 8 .0 0 0 0 8 0 .0 0 0 0 8 2 .0 0 0 0 8 4 .0 0 0 0 8 6 .0 0 0 0 H ie u su at ( % ) A : N : A cry l a m i t (% )C : K -M M T (g ) Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Hieu suat (%) Design points above predicted value Design points below predicted value 84.1057 72.9237 X1 = B: T-APS X2 = C: K-MMT Actual Factor A: N: Acrylamit = 40 0 .1 5 0 .1 7 0 .1 9 0 .2 1 0 .2 3 0 .2 5 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 7 2 .0 0 0 0 7 4 .0 0 0 0 7 6 .0 0 0 0 7 8 .0 0 0 0 8 0 .0 0 0 0 8 2 .0 0 0 0 8 4 .0 0 0 0 8 6 .0 0 0 0 H ie u su at ( % ) B : T -A P S (u l )C : K -M M T (g ) 16 Từ các hình từ 3.13 đến 3.24 nhận thấy giá trị hiệu quả phân lập kim loại lớn nhất nằm ở tâm kế hoạch tại nồng độ Acrylamit là 40%; thể tích APS 7% là 10 µl; khối lượng MMT là 0,2g. 3.2.2.4. Tối ưu hóa quá trình chế tạo Quá trình chế tạo màng liên kết MMT cần được tiến hành sao cho hiệu quả tách dạng kim loại linh động trong nước là lớn nhất. Quá trình tối ưu hóa cần giảm lượng Acrylamit, chọn khối lượng MMT thích hợp để hiệu quả tách dạng kim loại linh động là lớn nhất. Kết quả tối ưu quá trình được thực hiện bằng phần mềm Design-Expert 9.0. Sử dụng phương pháp hàm kỳ vọng để tối ưu hóa hiệu quả tách dạng linh động của Cadimi, Chì, Kẽm, Mangan bằng phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design-Expert 9.0 được thể hiện trên các hình vẽ từ 3.25 đến 3.28. Hình 3.25 Điểm tối ưu để hiệu quả tách dạng linh động Cd lớn nhất Hình 3.26 Điểm tối ưu để hiệu quả tách dạng linh động Pb lớn nhất Hình 3.27 Điểm tối ưu để hiệu quả tách dạng linh động Zn lớn nhất Hình 3.28 Điểm tối ưu để hiệu quả tách dạng linh động Mn lớn nhất Các thông số tối ưu của quá trình chế tạo màng MMT có thể được thống kê trong bảng 3.17. Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Desirability 1 0 X1 = A: N - Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.19371 30 32.75 35.5 38.25 41 7 8 9 10 11 Desirability X1: A: N - Acry lamit (%) B: T: APS 0.7 0.8 0.9 Prediction 0.981893 Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Desirability 1 0 X1 = A: N - Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.183804 30 32.75 35.5 38.25 41 7 8 9 10 11 Desirability X1: A: N - Acry lamit (%) X2: B: T-APS (ul) 0.7 0.8 0.9 Prediction 0.98878 Design-Expert® Software Factor Coding: Actual Desirability 1 0 X1 = A: N: Acrylamit X2 = B: T-APS Actual Factor C: K-MMT = 0.193131 30 32.75 35.5 38.25 41 7 8 9 10 11 Desirability X1: A: N: Acry lamit (%) X2: B: T-APS (ul) 0.7 0.8 0.9 Prediction 0.991117 17 Bảng 3.17 Kết quả tối ưu công nghệ chế tạo màng liên kết MMT Thông số Nồng độ Acrylamit (%) Thể tích dung dịchAPS (µl) Khối lượng MMT (g) Hiệu quả (%) Cd2+ 41 11 0,189 95,7 Pb2+ 41 11 0,194 97,7 Mn2+ 41 11 0,185 84,8 Zn2+ 41 11 0,193 84,5 Qua bảng 3.17 nhận thấy nồng độ Acrylamit và thể tích dung dịch APS tối ưu đối với bốn ion kim loại Cd2+, Mn2+, Pb2+, Zn2+ đều có giá trị giống nhau. Vì vậy để chế tạo màng liên kết MMT, luận án đã làm tròn khối lượng MMT cho cả bốn kim loại là 0,19g. Từ điều kiện tối ưu tìm được, tiến hành thực nghiệm 3 lần kiểm tra, so sánh kết quả theo mô hình và thực nghiệm. Điều kiện tối ưu và hiệu quả tách dạng linh động của Cadimi, Chì, Kẽm, Mangan được trình bày trên bảng 3.18. Bảng 3.18 Hiệu quả tách dạng linh động của các kim loại tại các giá trị tối ưu Thông số Cadimi Chì Kẽm Mangan 9,35ml dung dịch Acrylamit có nồng độ (%) 41 Thể tích dung dịch APS 7% (µl) 11 Khối lượng MMT (g) 0,19 Hiệu quả tách (%) 95,9 ± 0,14 97,9 ± 0,25 85,0 ± 0,25 85,4± 0,63 Nhìn vào bảng kết quả trên cho thấy khi chế tạo màng MMT ứng với khối lượng MMT 0,19g, 9,35ml nồng độ Acrylamit 41%, 11µl dung dịch APS 7% thì hiệu quả làm việc của dụng cụ vẫn đạt lớn nhất. Như vậy các thông số tối ưu để chế tạo màng liên kết MMT có khả năng tách đồng thời bốn kim loại linh động Cd2+, Mn2+, Pb2+, Zn2+ là 9,35ml Acrylamit 41%; 11µl dung dịch xúc tác APS7%; khối lượng MMT 0,19g. 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố đến khả năng làm việc của dụng cụ 3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian Khi nhúng dụng cụ trong trong dung dịch ion kim loại ở các khoảng thời gian khác nhau, hiệu quả phản ánh chính xác nhất nồng độ ion kim loại trong dung dịch bằng dụng cụ DGTMMT đạt cao nhất 84,1% - 95,9% với các mẫu có thời gian nhúng trong dung dịch dài hơn 6 giờ. Do đó, 18 khoảng thời gian được xem là thích hợp để nhúng dụng cụ trong dung dịch ở các nghiên cứu tiếp theo là 6 giờ. 3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch Khoảng pH 2-3, hiệu q