TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HOÁ HỌC
---------------------

TRẦN THỊ THU HIỀN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
2+
2+
NHIỄM Cu , Pb BẰNG VẬT LIỆU
BÃ CHÈ - BÃ CAFE - PANi

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý
Người hướng dẫn khoa học
TS. NGUYỄN THẾ DUYẾN

HÀ NỘI – 2017


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt
nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Lời đầ tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới TS.
Nguyễn Thế Duyến - giảng viên khoa Hóa Học, trường Đại học Sư phạm Hà
Nội 2 đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em rất nhiều trong suốt
quá trình nghiên cứu để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Khoa Hóa Học – Truờng
Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian
học tập và nghiên cứu tại truờng.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, người thân
đã động viên và giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày....tháng....năm 2017
Người thực hiện

Trần Thị Thu Hiền


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt
nghiệp

MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT .................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................. v
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài....................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về polyanilin (PANi)............................................................. 3

1.1.1. Cấu trúc phân tử của polyanilin ...................................................... 3
1.1.2 Tính chất của polyanilin................................................................... 4
1.1.2.1. Tính dẫn điện............................................................................ 4
1.1.2.2. Tính điện sắc ........................................................................... 5
1.1.2.3. Khả năng tích trữ năng lượng ................................................. 5
1.1.2.4. Khả năng bảo vệ và chống ăn mòn kim loại............................ 5
1.1.3. Phương pháp tổng hợp PANi .......................................................... 6
1.1.3.1. Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa .................................... 6
1.1.3.2. Tổng hợp bằng phương pháp hóa học...................................... 7
1.1.4. Ứng dụng của PANi ........................................................................ 9
1.2. Giới thiệu về bã cafe, bã chè................................................................ 10
1.2.1. Giới thiệu về bã cafe ..................................................................... 10
1.2.2. Giới thiệu về bã chè ...................................................................... 13
1.3. Xử lí môi trường nước bằng phụ phẩm nông nghiệp........................... 16
1.3.1. Xử lí môi trường bằng PANi......................................................... 17
1.3.2. Xử lí môi trường bằng bã cafe ...................................................... 17

Trần Thị Thu
Hiền

i

K39A – Sư phạm Hóa
học


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt

nghiệp

1.3.3. Xử lí môi trường bằng bã chè ....................................................... 17
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 19
2.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 19
2.2. Hóa chất – dụng cụ, thiết bị ................................................................. 19
2.2.1. Hóa chất ........................................................................................ 19
2.2.2. Dụng cụ ......................................................................................... 19
2.2.3. Thiết bị .......................................................................................... 19
2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 20
2.4. Tổng hợp vật liệu ................................................................................. 20
2.4.1. Xử lí bã cafe, bã chè trước tổng hợp............................................. 20
2.4.2. Tổng hợp vật liệu .......................................................................... 21
2+

2+

2.4.3. hả năng hấp thu của các vật liệu đối với các ion Cu , Pb ..... 22
2.4.3.1. Polyanilin ............................................................................... 22
2.4.3.2. Bã cafe.................................................................................... 22
2.4.3.3. Bã chè..................................................................................... 23
2.4.3.4. Bã chè - Bã cafe - PANi......................................................... 23
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 24
3.1. Khả năng hấp thu của vật liệu.............................................................. 24
2+

3.1.1. Khả năng hấp thu ion Pb ............................................................ 24
2+

3.1.2. Khả năng hấp thu ion Cu ............................................................ 26

3.2. Đánh giá khả năng xử lý ion kim loại.................................................. 28
3.2.1. Vật liệu PANi................................................................................ 28
3.2.2. Vật liệu bã chè............................................................................... 29
3.2.3. Vật liệu bã cafe.............................................................................. 31
3.2.4. Vật liệu bã chè - bã cafe - PANi ................................................... 32
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 36

Trần Thị Thu
Hiền

2

K39A – Sư phạm Hóa
học


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt
nghiệp

DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tên tiếng Việt

AAS


Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử

PANi

Polyanilin

ANi

Anilin

DDT

Diclo Diphenyl Tricloetan

BC

Bã chè

BCF

Bã cafe

BVTV

Bảo vệ thực vật

PPNN

Phụ phẩm nông nghiệp


NN&PTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn

Trần Thị Thu
Hiền

3

Tên tiếng Anh
Atomic Absorption
Spectrophotometric
Polyaniline
Aniline
Diclo Diphenyl
Tricloethane

K39A – Sư phạm Hóa
học


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt
nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Độ dẫn điện của PANi trong một số môi trường khác nhau ............ 4
Bảng 1.2. Thành phần và hàm lượng chính của cây cafe. .............................. 12

Bảng 1.3. Thành phần % khối lượng các chất hóa học chính có trong bã
cafe. ................................................................................................. 13
2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

Bảng 3.1. Hàm lượng các ion Cu , Pb sau thời gian t (vật liệu PANi)....... 29
Bảng 3.2. Hàm lượng các ion Cu , Pb sau thời gian t (vật liệu bã chè). .... 30
Bảng 3.3. Hàm lượng các ion Cu , Pb sau thời gian t (vật liệu bã cafe). ... 31
Bảng 3.4. Hàm lượng các ion Cu , Pb sau thời gian t (vật liệu bã chè bã cafe - PANi). .............................................................................. 32

Trần Thị Thu
Hiền

4

K39A – Sư phạm Hóa
học



Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt
nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Công thức tổng quát của polyanilin .................................................. 3
Hình 1.3. Sơ đồ tổng hợp PANi bằng phương pháp hóa học .. ........................ 8
Hình 1.4. Hình ảnh bã cafe.............................................................................. 11
Hình 1.5. Hình ảnh bã chè............................................................................... 15
2+

Hình 3.1. Sự phụ thuộc của nồng độ chất hấp thu ion Pb theo thời gian
đối với các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/L, pH = 7. ....... 25
2+

Hình 3.2. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thu ion Pb theo thời gian của
các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/L, pH = 7..................... 25
2+

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ chất hấp thu ion Cu theo thời gian
đối với các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/L, pH = 7 ........ 27
2+

Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thu ion Cu theo thời gian của
các vật liệu. Nồng độ ban đầu Co = 20 mg/l, pH = 7...................... 28
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu polyanilin (PANi) vào thời

gian đối với các ion kim loại nặng ở pH=7. ................................... 29
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu bã chè (BC) vào thời gian
đối với các ion kim loại nặng ở pH=7. ........................................... 30
Hình 3.7. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu bã cafe (BCF) vào thời gian
đối với các ion kim loại nặng ở pH=7. ........................................... 31
Hình 3.8. Sự phụ thuộc của nồng độ vật liệu BC - BCF - PANi vào thời
gian đối với các ion kim loại nặng ở pH=7. ................................... 32
Hình 3.9. Mô hình xử lí nước ô nhiễm sử dụng vật liệu bã chè - bã cafe PANi tự chế tạo............................................................................... 34

Trần Thị Thu
Hiền

5

K39A – Sư phạm Hóa
học


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Trần Thị Thu
Hiền

Khóa luận tốt
nghiệp

1

K39A – Sư phạm Hóa

học


Đại học Sư phạm Hà Nội
2

Khóa luận tốt
nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong lĩnh vực polyme các nhà khoa học chú ý nhiều tới polyme dẫn
điện. Các polyme dẫn như polyanilin, polythiophen, polypyrol,… đã gắn liền
với nhiều ứng dụng thực tế như làm các linh kiện điện tử, làm màng sơn bảo
vệ kim loại… trong số các polyme dẫn thì polyanilin là một trong số các
polyme dẫn được nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu bởi khả năng
tổng hợp đơn giản, nguồn nguyên liệu sẵn có và có cấu trúc đặc biệt.
Những năm gần đây bã cafe, bã chè được thải ra từ những nghành công
nghiệp sản xuất nước giải khát ngày một tăng nhanh. Trong khi đó bã cafe, bã
chè là một vật liệu lignoxenlulozo, có thành phần xenlulozo có khả năng tách
kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc xốp và thành phần của
chúng.
Hiện nay ở Việt Nam tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại
và nước nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề cấp thiết. Nước mặt
bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào đất, vào nước ngầm và các
thành phần môi trường liên quan khác.

im loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức

ăn thâm nhập vào cơ thể người. Các kim loại này có tính độc hại cao gây tác

hại xấu đến sinh vật và con người. Do đó, việc tách các ion Cu

2+

và Pb

2+

ra

khỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp, nông nghiệp là một
trong những vấn đề môi trường quan trọng cần phải giải quyết.
Với các lí do trên em chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý môi trường
2+

nhiễm Cu , Pb

2+

bằng vật liệu Bã chè - Bã cafe - PANi” mong muốn đưa
2+

ra biện pháp xử lý các ion Cu , Pb

2+

trong nước thải bằng vật liệu được tổng

hợp từ những nguyên liệu có sẵn, phong phú và thân thiện với môi trường.


Trần Thị Thu
Hiền

2

K39A – Sư phạm Hóa
học


2. Mục tiêu nghiên cứu
2+

Đánh giá khả năng xử lý các ion kim loại nặng Cu , Pb

2+

trong môi

trường nước bằng vật liệu bã chè - bã cafe - PANi.
So sánh khả năng xử lý của vật liệu đối với từng ion kim loại nặng.
3. Nội dung nghiên cứu
2+

2+

Khảo sát sự hấp thu các ion kim loại Cu , Pb của các vật liệu hấp thu
bã chè - bã cafe - PANi.
2+

2+


Khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nồng độ ion Cu , Pb , khối lượng
2+

2+

chất hấp thu đến khả năng hấp thu các ion Cu , Pb của vật liệu.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định nồng độ của
nguyên tố trong dung dịch.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2+

Khảo sát sự hấp thu các ion kim loại nặng Cu , Pb

2+

trong nước thải

bằng vật liệu được tổng hợp từ các nguyên liệu có sẵn, phong phú, thân thiện
với môi trường là bã chè - bã cafe - PANi.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về polyanilin (PANi)
Các hợp chất của polyanilin đã được phát hiện 150 năm trước đây,
nhưng chỉ có từ năm 1980, polyanilin mới bắt đầu được sự chú ý bởi tính
chất dẫn điện. Trong số họ polyme dẫn điện và chất bán dẫn hữu cơ,
polyanilin là chất dễ dàng tổng hợp nhất, môi trường ổn định. Mặc d


các

phương pháp tổng hợp polyanilin tương đối đơn giản, nhưng nó lại có cơ chế
tr ng hợp và quá trình oxy hóa khá phức tạp. Nhờ có nhiều tính ưu việt, nên
polyanilin là một trong những polyme được nghiên cứu nhiều nhất trong 50
năm gần đây. Polyme dẫn được thu hút bởi khả năng tạo sản phẩm mới để
thay thế và do sự kết hợp độc đáo của chúng về tính gia công, ổn định và
kiểm soát tính dẫn điện, tính quang học và tính chất cơ, ứng dụng cho nhiều
ngành khác nhau [1].
1.1.1. Cấu trúc phân tử của polyanilin
Polyanilin là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin trong điều kiện
có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác.
Công thức tổng quát của polyanilin gồm hai nhóm cấu trúc m và n như
sau [7] :

Hình 1.1. Công thức tổng quát của polyanilin


m, n = 0, 1, 2, 3...
- Với n

0: Pernigraniline màu xanh thẫm)

- Với m

0: eucoemeraldine màu vàng .

- Với n


m

1: Emeraldine (có màu xanh)

Ba trạng thái cơ bản: pernigralin, leucoemeraldin, emeraldin do
được hoạt hóa cao của nhóm (NH- , PANi thường tạo muối với các axit
thành dạng emeraldin có tính chất dẫn điện tốt.
PANi ở các dạng khác nhau thì khác nhau về tính chất hóa học,
c ng như tính chất vật lý.
1.1.2 Tính chất của polyanilin
1.1.2.1. Tính dẫn điện
PANi có hệ thống nối đôi liên hợp dọc toàn mạch phân tử hoặc trên
những đoạn lớn của mạch nên nó là hợp chất hữu cơ dẫn điện. Chúng bền
nhiệt có độ từ cảm và tính bán dẫn. PANi có thể tồn tại cả ở trạng thái cách
điện và cả ở trạng thái dẫn điện. Trong trạng thái muối emeraldin có độ dẫn
điện cao nhất và ổn định nhất.
Bảng 1.1: Độ dẫn điện của PANi trong một số môi trường khác nhau

Axit

Độ dẫn điện
(S/cm).10

-2

Axit

Độ dẫn điện
(S/cm).10


H2SO4

9,72

H2SO3

8,44

HCl

9,14

HClO4

8,22

HNO3

8,63

H2C2O4

7,19

-2


Độ dẫn điện của PANi tùy thuộc vào pH và trạng thái doping vào mạch
polyme. Tính dẫn điện của PANi sẽ tăng khi ta doping vào mạch polyme
-


-

-

-

những ion lạ (ví dụ Cl , Br , I , ClO4 ...). Nguyên nhân dẫn đến sự tăng độ dẫn
điện là do khi ta doping vào mạch PANi những ion lạ đó thì chúng chuyển
sang dạng muối làm tăng tính dẫn của PANi.
1.1.2.2. Tính điện sắc [14]
PANi có tính điện sắc vì màu của nó thay đổi do phản ứng oxi hóa khử
của màng. Khi cài thêm các chất khác thì sự thay đổi màu sắc của PANi đa
dạng hơn.
-

Ví dụ: cài thêm ion Cl thì màu sắc của PANi có thể thay đổi từ màu
vàng (trạng thái khử) sang màu xanh (trạng thái oxi hóa).
Nhờ vào tính điện sắc đó ta có thể quan sát và hiểu được trạng thái tồn tại
của PANi ở môi trường nào.
1.1.2.3. Khả năng tích trữ năng lượng [12,17]
Ngoài khả năng dẫn điện PANi còn có khả năng tích trữ năng lượng
cao do vậy người ta sử dụng làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp. Ví dụ: ắc
quy, tụ điện. PANi có thể thay thế MnO2 trong pin do MnO2 là chất độc hại
với môi trường. Ngoài ra pin dùng PANi có thể dùng phóng nạp nhiều lần.
Đây là ứng dụng có nhiều triển vọng trong nghành công nghiệp năng lượng.
1.1.2.4. Khả năng bảo vệ và chống ăn mòn kim loại
- Cơ chế bảo vệ anôt
Do polyanilin có điện thế mạch hở dương hơn kim loại kiềm nên
polyanilin đóng vai trò là điện cực dương, lúc đầu kim loại bị hòa tan nhanh

trong dung dịch tạo màng thụ động, màng oxit không cho kim loại tan tiếp.
- Cơ chế che chắn


C ng như tất cả các màng che phủ bảo vệ khác, màng polyanilin trên bề
mặt kim loại có khả năng che chắn ngăn cản quá trình vận chuyển vật chất,
quá trình khuếch tán, hạn chế tốc độ phản ứng hóa học hòa tan kim loại, phản
ứng oxi hóa bởi oxi không khí.
- Cơ chế ức chế
Polyanilin có nhóm chức hoạt hóa với cặp điện tử tự do, tạo điều kiện
thuận lợi cho khả năng hấp phụ và nâng cao khả năng chống ăn mòn. Tính ưu
việt là ở chỗ bề mặt thép vẫn được bảo vệ cả sau khi bỏ toàn bộ màng PANi.
-

+

-

2A + 2H2O ← 1/2H2O + 2H A

Khi màng phủ có khuyết tật, bề mặt kim loại có thể tiếp xúc với môi
trường có oxi, nước, PANi có vai trò chất oxi hóa tạo oxit Fe(III). Màng oxit
sắt phủ kín bề mạt kim loại bị hở tạo nên một barie thụ động bền bảo vệ
chống ăn mòn kim loại.
1.1.3. Phương pháp tổng hợp PANi
PANi được tổng hợp theo hai phương pháp là phương pháp hóa học và
phương pháp điện hóa trong đó phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm hơn,
tuy nhiên để sản xuất với mục đích chế tạo vật liệu dạng bột với lượng lớn thì
phương pháp hóa học được sử dụng nhiều hơn. Ở đây ta quan tâm đến
phương pháp tổng hợp bằng con đường hóa học.

1.1.3.1. Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa
Ưu điểm của phương pháp điện hóa là có độ tinh khiết cao, tất cả các
quá trình hóa học đều xảy ra trên bề mặt điện cực.
Các giai đoạn xảy ra:
- Khuếch tán và hấp thụ anilin.
- Oxy hóa anilin.
- Hình thành polyme trên bề mặt điện cực.
- Ổn định màng polyme.


Theo các giai đoạn trên có hai cơ chế liên quan trực tiếp đến phản ứng đó
là: giai đoạn khuyếch, phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ monome và giai đoạn
oxi hóa anilin phụ thuộc vào nồng độ anilin đồng thời vào phân cực điện hóa.
Bằng phương pháp điện hóa ta có thể tạo ra các polyanilin có tính chất
khác nhau tùy theo nhu cầu ứng dụng. Trong quá trình điện hóa, anilin được
hòa tan trong dung dịch điện ly sẽ bị oxi hóa tạo màng polyanilin phủ trên bề
mặt mẫu. Polyanilin được tạo ra trực tiếp trên bề mặt điện cực, bám dính cao.
Như vậy, có thể tạo trực tiếp polyanilin lên mẫu kim loại cần bảo vệ, đây
chính là một ưu điểm của phương pháp tổng hợp polyanilin bằng điện hóa.
Việc tiến hành tổng hợp polyanilin được tiến hành trong môi trường axit thu
được polyanilin dẫn điện tốt. Trong môi trường kiềm polyanilin không dẫn
điện, sản phẩm có khối lượng phân tử thấp. Trong môi trường axit, anilin tạo
muối nên tan khá tốt trong axit.
Nhược điểm: ở phương pháp này có một điểm bất lợi về mặt tốc độ
polyme hóa, thời gian tạo màng ứng với thời gian tồn tại điện thế mà tại đó
xảy ra phản ứng oxi hóa điện hóa monome, thời gian này tương đối ngắn. Do
đó dẫn đến hiệu suất không cao.
1.1.3.2. Tổng hợp bằng phương pháp hóa học
 Polyme hóa anilin bằng phương pháp hóa học
Phương pháp polyme hóa anilin theo con đường hóa học đã được biết

đến từ lâu và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Quá trình tổng hợp PANi được diễn ra trong sự có mặt tác nhân oxy hóa
làm xúc tác. Người ta thường sử dụng amonipesunfat (NH4)2S2O8 làm chất oxy
hóa trong quá trình tổng hợp PANi và nhờ nó mà có thể tạo được polyme có
khối lượng phân tử rất cao và độ dẫn tối ưu hơn so với các chất oxi hóa khác.



H
N
H

H

C-(O)

H
-

-H+,e-

N C

N C-

H

H

H

N CH
H
-

N C

+

H

H

H

H

N CH

N

N
H

(O) -H+,e-

H

H

N


N

H
N

N

H
H
N
H

+

H

H

H

N

N

H

NH2

e-


(O)
H

H

N

N
H

H
N

H

H

H

N

N

N

H

N
-H+


PANi

Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp PANi bằng phương pháp hóa học.
Phản ứng trùng hợp các monome anilin xảy ra trong môi trường axit
(H2SO4, HCl, HClO4... hay môi trường các hoạt chất oxy hóa như các chất
tetra flouroborat khác nhau (NaBF4, NO2BF4, Et4NBF4). Trong những hệ
PANi- NaBF4, PANi-NO2BF4, PANi-Et4NBF4, do tính chất thủy phân yếu
của các


cation nên anion sẽ thủy phân tạo ra HBF4, HBF4 đóng vai trò như một tác
nhân proton hóa rất hiệu quả được sử dụng để làm tăng độ dẫn của polyme
[12].
Quá trình tạo PANi bắt đầu cùng với quá trình tạo gốc cation anilium,
đây là giai đoạn quyết định tốc độ của quá trình. Hai gốc cation kết hợp lại để
tạo N - phenyl - 1,4 - phenylenediamin hoặc không mang điện sẽ kết hợp với
gốc cation anilium tạo thành dạng trime, trime này dễ dàng bị oxy hóa thành
một gốc cation mới và lại dễ dàng kết hợp với một gốc cation anilium khác để
tạo thành dạng tetrame. Phản ứng chuỗi xảy ra liên tiếp cho đến khi tạo thành
polyme có khối lượng phân tử lớn. Bản chất của phản ứng polime hóa này là
tự xúc tác [4, 5].
 Ưu và nhược điểm của phương pháp hóa học
 Ưu điểm:
- Tốc độ polyme hóa nhanh, khối lượng lớn.
- PANi sinh ra có kích thước hạt nhỏ, mịn đồng đều.
- Thời gian tổng hợp ngắn, hiệu suất lớn.
- Dụng cụ, phương pháp tổng hợp đơn giản, dễ làm.
 Nhược điểm:
PANi tổng hợp bằng phương pháp hóa học có độ đồng nhất không cao.

Không bám dính trực tiếp lên bề mặt kim loại cần phải trộn với phụ gia bám
dính.
1.1.4. Ứng dụng của PANi
PANi hay một số polyme khác hiện nay đang được ứng dụng rất rộng rãi
vào tất cả những nghành công nghệ kỹ thuật cao bởi các đặc tính ưu việt cả
chúng. Hợp chất cao phân tử thường nhẹ, có độ bền nhiệt cao có nhiều những
tính chất đặc biệt nên trong một số trường hợp không dùng vật liệu khác để
thay thế được.
Màng PANi có thể tồn tại ở các trạng thái oxy hóa khử khác nhau tương
ứng với các màu sắc khác nhau tùy thuộc vào pH của dung dịch điện ly và thế


đặt vào... Nhờ tính chất này màng PANi phủ lên vật liệu vô cơ như: Al, Fe,
Pt... để tạo ra linh kiện hiển thị điện sắc gồm hai điện cực.
Ví dụ: chế tạo màn hình tinh thể lỏng.
PANi còn có ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ kim loại. Do khả năng
bám dính cao, có điện thế dương nên màng PANi có khả năng chống ăn mòn
cao, có triển vọng khả quan thay thế một số màng phủ gây độc hại, ô nhiễm
môi trường. PANi bảo vệ kim loại chủ yếu theo cơ chế bảo vệ anot, cơ chế
che chắn, cơ chế ức chế. Đặc điểm chung của các cơ chế này là do thế của
PANi dương hơn, PANi có vai trò như cực dương làm cho nền kim loại bị
hòa tan nhanh chóng trong giai đoạn đầu tạo khả năng thụ động mạnh, tạo
màng oxit che phủ bảo vệ không cho nền kim loại bị hòa tan tiếp. Bằng thực
nghiệm, các nghiên cứu gần đây đã cho thấy dạng pemigranilin màu xanh
thẫm - trạng thái oxy hóa cao nhất của PANi có khả năng ngăn chặn sự tấn
công của axit hay môi trường ăn mòn [6, 11].
PANi có thể sử dụng để chế tạo sen sơ khi dựa trên nguyên lý sự thay
đổi điện trở thông qua quá trình hấp thụ khi trên bề mặt điện cực.
Ngoài ra, do PANi có khả năng hấp thụ kim loại nặng nên người ta có
thể d ng nó để hấp thụ các kim loại nặng có trong nước thải công nghiệp

c ng như nước thải dân dụng. Để tăng quá trình hấp thụ tăng bề mặt tiếp
xúc) và làm giảm giá thành sản phẩm người ta phủ lên chất mang như: m n
cưa, vỏ lạc, vỏ đỗ, vỏ trứng... (tài nguyên chất thải, có ích, rẻ tiền nên có thể
khai thác sử dụng) một lớp màng PANi mỏng [13].
1.2. Giới thiệu về bã cafe, bã chè
1.2.1. Giới thiệu về bã cafe
Việt Nam có hai v ng đất tiềm năng với khí hậu phù hợp cho sản xuất
cafe. Vùng Tây Nguyên và tỉnh Đồng Nai có đất đỏ bazan rất thuận lợi để
trồng cafe. Việt Nam trồng hai loại cafe chính đó là cafe vối và cafe chè,
trong đó


diện tích cafe vối chiếm hơn 90% tổng diện tích gieo trồng. Theo số liệu
thống kê ở Tây Nguyên diện tích trồng cafe năm 2009 giảm 474 ha nhưng
sang dến năm 2010 diện tích trồng cafe tăng lên 8.805 ha, ở Đăk

ắc năm

2009 diện tích trồng cafe là 182.000 ha nhưng đến năm 2010 thì diện tích tăng
lên 190.765 ha, tăng gần 8800 ha và đến cuối năm 2011 diện tích trồng
cafe của tỉnh tới
195.000 ha [27]. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT),
diện tích trồng cafe tăng 8% trong năm 2012 đạt mức 616.000 ha so với
571.000 năm 2011 và sản lượng đạt 1,49 triệu tấn. Diện tích trồng cafe nước ta
năm 2014 ước tính vào khoảng 653.000 ha, tăng 2% so với năm 2013 (633.000
ha). Chính vì vậy cafe là một loại thức uống phổ biến. Thành phần hóa học của
cây cafe phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp
chế biến và cách bảo quản được thể hiện qua bảng 1.2.
Bã cafe là một chất rắn được tạo ra trong quá trình chế biến thức uống từ
bột cà phê và quá trình sản xuất cà phê hòa tan.


Hình 1.3. Hình ảnh bã cafe.
Trong quá trình chế biến và sử dụng cafe đã thải ra một lượng lớn bã cafe.
Chúng bao gồm lá, phần thịt của hạt, bã cafe và bột cafe. Phần lớn lượng thịt
quả phế thải từ các nhà máy chế biến cà phê xuất khẩu đều đổ ra sông suối, ao
hồ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng làm ảnh hưởng tới sức khỏe con
người.


Trong những năm gần đây bã cafe thải ra từ những nghành công nghiệp sản
xuất nước giải khát ngày một tăng nhanh.
Bảng 1.2. Thành phần và hàm lượng chính của cây cafe.
Thành phần

Hàm lượng
g/100g

Nước

8 - 12

Chất dầu

4 - 18

Đạm

1,8 - 2,5

Protein


9-16

Caffeine

1 (Arabica), 2 (Robusta)

Trigoneline

2

Chlorogenic axit

1

Tannin

2

Caffetanic axit

mg/100g

8-9

Caffeic axit

1

Pentosane


5

Tinh bột

5 - 23

Saccarozo

5 - 10

Xenlulozo

10 - 20

Hemixenlulozo

20

Lignine

4

Canxi

85 - 100

Photpho

130 - 165


Sắt
Natri
Mangan

3 - 10
4
1 - 4,5


Cafe chỉ có 9,5% trọng lượng tươi là sử dụng cho chất pha chế thức uống
và 90,5% còn lại là chất thải. Ngoài ra số lượng hàng quán bán cafe ở Việt
Nam ngày càng nhiều, đây c ng chính là nguồn thải ra một lượng lớn bã cafe
mỗi ngày. Thành phần % khối lượng các chất hóa học chính có trong bã cafe
được trình bày ở bảng 1.3:
Bảng 1.3. Thành phần % khối lượng các chất hóa học chính có trong bã cafe.
Thành phần

Hàm lượng g/100g

Xenlulozo

10 – 20

Hemixenlulozo

20

Lignine


4

1.2.2. Giới thiệu về bã chè [28]
Tình hình xuất khẩu chè Việt Nam ngày càng tăng cho nên xuất khẩu
chè Việt Nam ngày một tăng thị trường mở rộng hiện nay chúng ta có quan hệ
xuất khẩu chè với khoảng 30 nước trên thế giới.
Sản xuất chè ở Việt Nam tăng ấn tượng vào những năm 90, việc mở rộng
diện tích trồng chè góp phần nhiều hơn việc nâng cao sản lượng. Tính đến
năm 2003, toàn bộ diện tích trồng chè của Việt Nam là 99.000 ha, trong đó
70% là của các hộ sản xuất nhỏ, còn xấp xỉ 30% là của nhà nước và các liên
doanh. Tỉ lệ nắm giữ của các hộ tiểu chủ tăng mạnh từ năm 1995, khi họ được
phân đất theo Nghị định 01. Từ năm 1990 đến 2003, sản lượng tăng trung
bình 7%/năm, diện tích và lợi nhuận c ng tăng 3,5% và 3,1% mỗi năm.
Ngành chè Việt Nam mang định hướng xuất khẩu mạnh mẽ, với xuất
khẩu chiếm 85% sản lượng năm 2001/2002, tăng vượt bậc từ 30% năm 1991.
Thành phần sinh hóa của chè biến động rất phức tạp nó phụ thuộc vào
giống, tuổi chè, điều kiện đất đai, địa hình, kỹ thuật canh tác, m a thu hoạch...
Những thành phần sinh hóa chủ yếu trong búp chè gồm có:


Nước: là thành phần chủ yếu trong búp chè. Trong búp chè hàm lượng
nước thường có từ 75 - 82%.
Tanin: là một trong những thành phần chủ yếu quyết định đến phẩm chất
chè. Tanin còn gọi chung là hợp chất fenol, trong đó 90% là các dạng
catechin. Tỷ lệ các chất trong thành phần hỗn hợp của tanin chè không giống
nhau và t y theo từng giống chè mà thay đổi.
Ankaloit: trong chè có nhiều loại ancaloit nhưng nhiều nhất là cafein.
Hàm lượng cafein ở trong chè có từ 3 - 5% thường nhiều hơn cafein ở trong lá
cà phê từ 2 - 3 lần.
Protein và axit amin: protein là hợp chất hữu cơ phức tạp chứa N, phân

bố không đều ở các phần của búp chè và thay đổi t y theo giống, thời vụ, điều
kiện canh tác và các yếu tố khác. Protein kết hợp với một phần tanin làm cho
vị chát và đắng giảm đi. Vì thế trong một chừng mực nào đó, protein có lợi
cho phẩm chất chè xanh. Ngày nay người ta đã tìm thấy trong chè có 17 axit
amin, các axit amin này kết hợp với đường và tanin tạo thành andehit có m i
thơm của chè đen và làm cho chè xanh khác nhau.
Gluxit và pectin: trong lá chè chứa rất ít gluxit hòa tan, trong khi đó các
gluxit không hòa tan lại chiếm tỷ lệ lớn. Xenlulo và hemixenlulo c ng tăng
lên theo tuổi của lá, vì vậy nguyên liệu càng già chất lượng càng kém. Hàm
lượng đường hòa tan ở trong chè tuy ít nhưng rất quan trọng đối với hương vị
chè. Đường tác dụng với protein hoặc axít amin tạo nên các chất thơm.
Diệp lục và các sắc tố khác gần nó: trong lá chè có chứa diệp lục tố,
carotin và xantofin. Các sắc tố này biến động theo giống, theo m a và các
biện pháp kỹ thuật canh tác.
Dầu thơm: ở trong chè rất ít, hàm lượng của chúng trong lá chè tươi:
0,007% - 0,009% và trong chè bán thành phẩm: 0,024 - 0,025%. Hàm lượng


dầu thơm trong lá chè, được tăng dần ở những địa hình cao, tuổi lá quá
non chứa ít hương thơm.
Vitamin: các loại vitamin có trong chè rất nhiều. Chính vì vậy giá trị
dược liệu c ng như giá trị dinh dưỡng của chè rất cao. Theo các tài liệu của
Trung Quốc, hàm lượng một số vitamin trong chè tính theo mg/1.000g chất
khô như sau: Vitamin A: 54,6; B1: 0,70; B2: 12,20; PP: 47,0; C: 27,0 v.v...
Men: trong búp chè non có hầu hết các loại men, nhưng chủ yếu gồm hai
nhóm chính:
- Nhóm thủy phân: men amilaza, glucoxidaza, proteaza và một số men
khác.
- Nhóm ôxi hóa khử: peroxidaza và polifenoloxidaza.
Chất tro: hàm lượng tro trong chè tươi từ 4-5% và trong chè khô từ 56%. Trong chè, tro chia thành hai nhóm: hòa tan trong nước và không hòa tan

trong nước.

Hình 1.4. Hình ảnh bã chè.
Bã chè, bã cafe là vật liệu lignoxenlulozo, có khả năng tách kim loại
nặng hòa tan và màu trong nước nhờ vào cấu trúc xốp và thành phần
xenlulozo. Các nhóm hydroxy trên xenlulozo đóng vai trò quan trọng trong
khả năng trao đổi ion, nhóm hydroxy này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết
OH phân cực không mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như


oxy hóa các nhóm hydroxy thành các nhóm chức axit hoặc sulfon hóa bằng
axit sunfuric.
Vì vậy bã chè, bã cafe là một tiềm năng rất lớn để chúng ta có thể tận
dụng, tái chế đem lại những lợi ích về kinh tế, xã hội, và còn có ý nghĩa quan
trọng trong việc bảo vệ sức khỏe con người, môi trường.
1.3. Xử lí môi trường nước bằng phụ phẩm nông nghiệp
Nước có vai trò rất cùng quan trọng đối với đời sống của con người.
Sinh vật nói chung và con người nói riêng sẽ không thể tồn tại nếu không có
nước. Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường nước, đặc biệt là ô nhiễm môi
trường nước bởi các kim loại nặng đang là lỗi lo của nhiều vùng, là vấn đề
thời sự được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Các
kim loại nặng không chỉ làm ảnh hưởng đến môi trường sống của nhiều loài
động, thực vật mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống và sức
khỏe của con người. Có nhiều phương pháp nhằm loại bỏ các kim loại nặng ra
khỏi nước như phương pháp vật lý, sinh học, hóa học…trong đó hấp phụ là
một phương pháp được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước lựa chọn.
Để có thể áp dụng được phương pháp này thì việc lựa chọn vật liệu hấp phụ
là rất quan trọng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý và hiệu quả
kinh tế của phương pháp.
Một trong các hướng nghiên cứu mới về vật liệu hấp phụ chính là việc

tổng hợp các vật liệu hấp phụ compozit từ PPNN như m n cưa, vỏ trấu,...với
các polyme dẫn như PANi và polypyrol. Trong đó bản thân các PPNN c ng là
một chất hấp thu khá tốt và các polyme dẫn có khả năng hấp thu tốt các kim
loại nặng thông qua quá trình trao đổi ion hoặc tạo phức ligin với nhóm
amin, imin. Chính vì vậy hướng nghiên cứu này có ưu điểm là vừa tận dụng
được nguồn PPNN, vừa tăng dung lượng hấp phụ, giảm giá thành sản phẩm,
có khả năng tái sử dụng chất hấp phụ lại không làm môi trường bị ô nhiễm
thêm.