LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trƣờng,
trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, luôn tạo môi trƣờng học tập tốt nhất giúp chúng
em có thể học hỏi khơng chỉ về lý thuyết, kiến thức chun mơn mà cịn tạo ra
mơi trƣờng hoạt động lành mạnh trong suốt 4 năm học tập tại trƣờng.
Em xin trân trọng cám ơn quý thầy cô trong khoa Quản lý tài nguyên rừng
và môi trƣờng, Ban giám đốc, cùng tồn thể cán bộ cơng nhân viên của Trung
tâm phân tích mơi trƣờng, trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất
giúp em hoàn thành bài khóa luận.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Bùi Văn Năng đã nhiệt tình
hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để em hồn thành tốt bài
khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 9 tháng 5 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Quế

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ vii
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ........................................................... ix
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................... 2
1.1. Giới thiệu về Cây Dƣớng ............................................................................... 2

1.1.1. Tên khoa học ............................................................................................... 2
1.1.2. Đặc điểm sinh học ....................................................................................... 2
1.1.3. Phân bố và sinh thái .................................................................................... 3
1.1.4. Hiểm họa từ cây Dƣớng .............................................................................. 3
1.1.5. Ứng dụng của cây Dƣớng ........................................................................... 4
1.1.6. Một số hƣớng nghiên cứu về vật liệu hấp phụ ............................................ 4
1.2. Một số phƣơng pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật ......................... 6
1.2.1.Chế tạo than hoạt tính .................................................................................. 7
1.2.2.Biến tính hóa học.......................................................................................... 7
1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ .......................................................... 14
1.3.1.Các khái niệm ............................................................................................. 14
1.3.2. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ ............................................... 17
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU..................................................................................................................... 20
2.1.Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 20
2.1.1.Mục tiêu chung ........................................................................................... 20
2.1.2.Mục tiêu cụ thể ........................................................................................... 20
2.2.Đối tƣợng nghiên cứu.................................................................................... 20
ii


2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 20
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................... 21
2.4.1.Phƣơng pháp kế thừa tài liệu...................................................................... 21
2.4.2. Phƣơng pháp lấy mẫu Dƣớng.................................................................... 21
2.4.3. Phƣơng pháp biến tính vật liệu từ thân cây Dƣớng .................................. 22
2.4.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ từ thân cây Dƣớng ........................................................................................ 22
2.4.5. Phƣơng pháp Scanning Electron Microscope (SEM) ............................... 22
2.4.6. Phƣơng pháp quang phổ hồng ngoại (IR) ................................................ 23

2.4.7. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu, thông số ô nhiễm ............................. 23
2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................................ 25
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM ............................................................................... 27
3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ..................................................... 27
3.1.1. Hóa chất..................................................................................................... 27
3.1.2. Dụng cụ và thiết bị thử nghiệm ................................................................. 28
3.2. Thực nghiệm................................................................................................. 28
3.2.1. Xử lý bằng dung dịch NaOH .................................................................... 28
3.2.2. Biến tính vật liệu từ thân Dƣớng ............................................................... 35
Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 39
4.1. Kết quả tổng hợp vật liệu hấp phụ từ thân cây Dƣớng ................................ 39
4.1.1. Đặc tính cơ bản của thân Dƣớng trƣớc biến tính và mẫu vật liệu hấp phụ
từ thân Dƣớng sau biến tính ................................................................................ 39
4.1.2. Đặc diểm liên kết, nhóm chức trên bề mặt của vật liệu trƣớc và sau khi biến
tính……………………………………………………………………………...43
4.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe2+ trong dung dịch bằng các mẫu vật
liệu hấp phụ từ thân Dƣớng ................................................................................. 47
4.2.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn để định lƣợng hàm lƣợng Fe 2+ trng các
mẫu nghiên cứu ................................................................................................... 47

iii


4.2.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ trong dung dịch bằng các mẫu
vật liệu hấp phụ từ thân Dƣớng ........................................................................... 54
4.2.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Ni2+ trong dung dịch bằng các mẫu vật
liệu hấp phụ từ thân Dƣớng ................................................................................. 57
4.2.5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen trong dung dịch bằng
các mẫu vật liệu hấp phụ từ thân Dƣớng ............................................................ 60
4.2.6. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe3+(C0=20mg/l) của mẫu B15 ........ 64

4.2.7. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen ở nồng độ 40; 70 mg/l
của mẫu B15 và M15% ....................................................................................... 65
4.3. Đề xuất hƣớng ứng dụng .............................................................................. 67
Chƣơng 5. KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ ................................... 68
5.1. Kết luận ........................................................................................................ 68
5.2. Tồn tại........................................................................................................... 69
5.3. Khuyến nghị ................................................................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

IR

:

Infrared (Phổ hồng ngoại)

KLN

:

Kim loại nặng

SEM

:


Scanning Electron Microscope
(Chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét)

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu .............................. 27
Bảng 3.2: Các mẫu vật liệu hấp phụ sau khi tổng hợp đƣợc từ thân Dƣớng bằng
phƣơng pháp biến tính vật liệu bằng dung dịch NaOH ...................................... 29
Bảng 3.3: Phƣơng pháp xác định một số tính chất vật lý, hóa học của vật liệu . 30
Bảng 3.4: Các mẫu vật liệu hấp phụ sau khi tổng hợp đƣợc từ thân Dƣớng bằng
phƣơng pháp biến tính vật liệu ............................................................................ 36
Bảng 3.5: Phƣơng pháp phân tích các định tính chất vật lý, hóa học của vật liệu ... 37
Bảng 4.1: Kết quả hàm lƣợng lignin, hemixellulose… có trong thân Dƣớng .... 39
Bảng 4.2: Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn đo độ hấp thụ quang của Fe 2+ ở các
mức nồngđộ khác nhau ....................................................................................... 47
Bảng 4.3 : Kết quả thời gian lắc tối ƣu của mẫu thân Dƣớng sau xử lý bằng
NaOH 5% và nồng độ Fe2+ là 10mg/l.................................................................. 48
Bảng 4.4: Kết quả khả năng hấp phụ Fe2+ (C=10mg/l) của thân Dƣớng theo dung
dịch NaOH (5-15%) ............................................................................................ 49
Bảng 4.5: Kết quả đo độ hấp thụ quang của Fe3+ ở các mức nồng độ khác nhau ... 50
Bảng 4.6: Kết quả phân tích Fe3+ sau xử lý bằng các mẫu vật liệu hấp phụ từ
thân cây Dƣớng M5%, M15% ............................................................................ 51
Bảng 4.7 : Kết quả phân tích Zn2+ sau xử lý bằng các mẫu vật liệu hấp phụ từ
thân Dƣớng .......................................................................................................... 54
Bảng 4.8 : Kết quả phân tích Ni2+ sau xử lý bằng các mẫu vật liệu hấp phụ từ
thân Dƣớng .......................................................................................................... 57
Bảng 4.9 : Kết quả đo độ hấp thụ quang của Xanh Metylen ở các mức nồng độ

khác nhau ............................................................................................................. 60
Bảng 4.10: Kết quả phân tích Xanh Metylen sau xử lý bằng các mẫu vật liệu .. 61
hấp phụ từ thân cây Dƣớng M5%, M15% .......................................................... 61
Bảng 4.11: Kết quả phân tích Fe3+ sau xử lý của mẫu B15 và M15% ở nồng độ
C0=20mg/l ........................................................................................................... 65
Bảng 4.12: Kết quả phân tích khả năng hấp phụ Xanh Metylen ở nồng độ 40
mg/l của mẫu B15 và M15% ............................................................................... 66
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Phản ứng este hóa giữa cellulose và axit xitric ................................... 10
Hình 1.2: Sơ đồ các phƣơng pháp biến tính polyme ........................................... 11
Hình 1.3: Các nhóm chức ghép nối vào cellulose tạo vật liệu có nhiều đặc tính
tốt……………………………………………………………………………….13
Hình 4.1: Kết quả biến tính vật liệu xử lý bằng dung dịch NaOH từ thân
Dƣớng…………………………………………………………………………..40
Hình 4.2: Ảnh SEM bề mặt của mẫu thân Dƣớng ban đầu (M0) ....................... 40
Hình 4.3: Ảnh SEM bề mặt thân Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% ................... 41
Hình 4.4: Ảnh SEM bề mặt thân Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% ................. 42
Hình 4.5: Ảnh SEM bề mặt thân Dƣớng biến tính bằng NaOH đã biến tính bằng
phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide........................................................ 43
Hình 4.6: Phổ hấp thụ hồng ngoại của thân Dƣớng ban đầu(M0) ...................... 44
Hình 4.7: Phổ hấp thụ hồng ngoại của thân Dƣớng biến tính bằng .................... 45
NaOH 15%(M15%), NaOH 5%(M5%) .............................................................. 45
Hình 4.8: Phổ hấp thụ hồng ngoại của mẫu B15 ................................................ 46
Hình 4.9: Đƣờng chuẩn của dung dịch Fe2+........................................................ 47
Hình 4.10: Biều đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ và dung lƣợng hấp phụ Fe2+ (10mg/l)
khi khảo sát thời lắc tối ƣu của mẫu thân dƣớng sau xử lý kiềm NaOH 5% .......... 48
Hình 4.11: Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ và dung lƣợng hấp phụ

Fe2+(C=10mg/l) theo nồng độ NaOH (5%-15%) ................................................ 49
Hình 4.12: Đƣờng chuẩn của dung dịch Fe3+ ...................................................... 50
Hình 4.13 : Biều đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Fe3+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% .................................................................... 52
Hình 4.14 : Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ và nồng độ ban đầu của mẫu vật
liệu hấp phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% ...................................................... 53
Hình 4.15: Biều đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Zn 2+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% .................................................................... 55
vii


Hình 4.16 : Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ và nồng độ ban đầu của mẫu vật
liệu hấp phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% ...................................................... 56
Hình 4.17: Biều đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Ni2+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% .................................................................... 58
Hình 4.18: Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ và nồng độ ban đầu của mẫu vật
liệu hấp phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% ...................................................... 59
Hình 4.19: Đƣờng chuẩn của dung dịch Xanh Metylen ..................................... 60
Hình 4.20: Biều đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Xanh Metylen của các mẫu vật
liệu hấp phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% ...................................................... 62
Hình 4.21: Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ Xanh Metylen và nồng độ ban
đầu của mẫu vật liệu hấp phụ từ thân Dƣớng M5% và M15% ........................... 63
Hình 4.22: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ của mẫu B15 và M15%MN ở
nồng độ 20mg/l.................................................................................................... 65
Hình 4.23: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Xanh Metylen của mẫu B15 và
M15% ở nồng độ 40; 70 (mg/l) ........................................................................... 66

viii



TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG VÀ MƠI TRƯỜNG

TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận:
“ Nghiên cứu biến tính vật liệu từ thân cây Dướng thành vật liệu hấp
phụ để xử lý môi trường”
2. Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ QUẾ
3. Giáo viên hƣớng dẫn:
Th.S BÙI VĂN NĂNG
4. Mục tiêu nghiên cứu
4.1. Mục tiêu chung
- Góp phần tìm kiếm những vật liệu thân thiện với mơi trƣờng để xử lí
mơi trƣờng.
4.2. Mục tiêu cụ thể
- Biến tính đƣợc vật liệu hấp phụ từ Thân cây Dƣớng.
- Đánh giá đƣợc khả năng xử lý các kim loại nặng và chất màu hữu cơ
của vật liệu biến tính từ thân cây Dƣớng.
5. Đối tƣợng nghiên cứu
- Vật liệu hấp phụ: Thân cây Dƣớng
- Dung dịch Fe2+, dung dịch Fe3+, dung dịch Zn2+, dung dịch Ni2+, dung dịch
Xanhmetylen đƣợc sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ của thân cây Dƣớng
- Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm trong phịng thí nghiệm tại trƣờng
Đại học Lâm Nghiệp.
- Thời gian nghiên cứu: 1/1 đến 20/4/2018
6. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu biến tính thân cây Dƣớng để tạo ra vật liệu hấp phụ xử lý ô
nhiễm môi trƣờng.

ix



- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu hấp phụ từ Thân cây Dƣớng vào xử lý
môi trƣờng:
 Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng (Fe3+, Zn2+, Ni)
 Khảo sát khả năng hấp phụ chất hữu cơ (Xanh Metylen)
- Đề xuất hƣớng sử dụng thân cây Dƣớng làm vật liệu hấp phụ trong xử
lý môi trƣờng
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp kế thừa tài liệu
- Phƣơng pháp lấy mẫu cây Dƣớng
- Phƣơng pháp biến tính vật liệu vỏ cây Dƣớng
- Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
- Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm
- Phƣơng pháp xử lý số liệu
8. Những kết quả đạt đƣợc
Từ quá trình nghiên cứu, khóa luận đã đạt đƣợc những kết quả sau:
- Đã tổng hợp biến tính từ thân cây Dƣớng bằng phƣơng pháp biến tính
với dung dịch NaOH 5%, dung dịch NaOH 15% và phƣơng pháp biến tính bằng
phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide. Thu về 3 mẫu vật liệu hấp phụ đó
là: mẫu thân Dƣớng biến tính với NaOH 5% - kí hiệu M5%, mẫu thân Dƣớng
biến tính với NaOH 15% - kí hiệu M15%, mẫu thân Dƣớng sau khi đƣợc biến
tính với NaOH 15% tiến hành phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide.
- Q trình biến tính vật liệu từ thân cây Dƣớng thì khả năng loại bỏ
lignin tốt vì vậy sẽ tăng khả năng hấp phụ chất ô nhiễm trong nƣớc sau khi biến
tính vật liệu.
- Các mẫu vật liệu hấp phụ từ Thân cây Dƣớng sau khi biến tính đều có
khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ (nhƣ Xanh Metylen), ion kim loại nặng
(Fe3+, Zn2+, Ni2+). Tuy nhiên khả năng hấp phụ Zn2+ còn thấp.
- Khả năng hấp phụ các chất của các mẫu vật liệu đều tƣơng đƣơng nhau.


x


- Cây Dƣớng là lồi cây thích nghi tốt với khí hậu nƣớc ta. Thân cây
Dƣớng khi biến tính vật liệu có khả năng xử lý chất màu hữu cơ, kim loại nặng
và đạt hiệu suất tốt.
Hà Nội, ngày 9 tháng 5 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Quế

xi


ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đang phát triển một cách
vƣợt bậc, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã trở
thành nhân tố tích cực đối với phát triển kinh tế xã hội của đất nƣớc. Tuy nhiên,
bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại, sự gia tăng các hoạt động công nghiệp
đã tạo nên sức ép lớn đối với mơi trƣờng và con ngƣời, nó sản sinh ra rất nhiều
các chất thải có chứa nhiều kim loại nặng, các chất thải có độc tính cao… tác
động tiêu cực đến sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái.
Các kim loại nặng và hợp chất của chúng đang đƣợc đặc biệt quan tâm do
khả năng tồn lƣu lâu dài của chúng trong môi trƣờng, cùng với các độc tính và
sự đe dọa của chúng đến đời sống của sinh vật và con ngƣời. Hầu hết các kim
loại nặng ở nồng độ vi lƣợng là các nguyên tố dinh dƣỡng cần thiết cho sự phát
triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lƣợng của chúng vƣợt quá giới hạn cho
phép chúng lại thƣờng có độc tính cao, gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời
và sinh vật.

Đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý kim loại nặng, chất hữu cơ
nhƣ phƣơng pháp trao đổi ion, kết tủa hóa hoc, hấp phụ sinh học… Tuy nhiên
các phƣơng pháp này thƣờng gặp một số nhƣợc điểm chung là giá đầu tƣ và chi
phí vân hành cao, yêu cầu một lƣợng lớn hóa chất để khử, trung hịa và kết tủa.
Vì vậy, việc làm cấp thiết là tìm ra phƣơng pháp xử lý hiệu quả và kinh tế hơn.
Việc nghiên cứu các vật liệu tự nhiên để xử lý kim loại nặng trong nƣớc
rất đƣợc quan tâm trên thế giới. Đây là hƣớng nghiên cứu nhằm tạo ra phƣơng
pháp xử lý đơn giản, thân thiện với môi trƣờng.
Ở Việt Nam đã có rất nhiều nghiên cứu về vật liệu hấp phụ từ vật liệu tự
nhiên nhƣ: vỏ trấu, lõi ngô, rơm rạ… nhƣng chƣa có nghiên cứu về việc sử dụng
những loài thân gỗ nhỏ để tạo ra vật liệu xử lý kim loại nặng trong nƣớc. Để
đóng góp vào hƣớng nghiên cứu tiềm năng này, tôi chọn và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu biến tính vật liệu từ thân cây Dướng thành vật liệu hấp phụ để
xử lý môi trường”.
1


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Giới thiệu về Cây Dƣớng
1.1.1. Tên khoa học [9][1]

Tên khoa học:

Broussonetia papyrifera

Giới:

Plantae


Bộ:

Rosales

Họ:

Moraceae

Chi:

Broussonetia

Loài:

B.papyrifera

Broussonetia papyrifera
1.1.2. Đặc điểm sinh học[1]
Cây Dƣớng cịn có các tên khác là: Rau ráng, cây thụ, cây rát, chử đào
thụ, pắc sa (Tày), sa lè (Thái), điềng đủ (Dao).
Cây to, cao 8-10m hạt hơn. Thân có vỏ ráp. Cành mọc tỏa rộng, cành non
có lơng tơ mềm, màu lục nhạt, cành già nhẵn, màu xám. Lá mọc so le, hình
trứng, gốc tù hoặc trịn, đầu thn nhọn, chia 3 thùy ở lá non và nguyên hoặc có
thùy nhỏ ở lá già, dài 6-15cm, rộng 5-12cm, mép khía răng nhỏ, mặt trên có
lơng ngắn, ráp, mặt dƣới có lơng mềm, dính; 3 gân tỏa từ gốc; cuống lá dài, có
lơng mềm; lá kèm nhỏ, sớm rụng.
Hoa đơn tính, khác gốc, phủ đầy lông; cụm hoa đực mọc thành bông dài ở
đầu cành; lá bắc ngắn hơn bao hoa có lơng ráp, 4 lá dài, 4 nhị xếp đối diện với
cụm dài, cụm hoa cái hình cầu, mọc ở cuối cành, lá bắc có lơng, dài 3-4 thùy,
bầu hơi dẹt.

Quả phức, hình nón, nạc, khi chín màu đỏ; hạt dẹt, nhăn nheo.
Mùa quả: tháng 5-8.

2


1.1.3. Phân bố và sinh thái [1]
Chi Broussonetia L‟ Hesrit, có 3 lồi trên thế giới, phân bố ở vùng nhiệt
đới châu Á. Ở Việt Nam, có cả 3 lồi này, trong đó có 2 lồi đƣợc dùng làm
thuốc. Lồi Dƣớng kể trên có ở một số nƣớc Đơng Dƣơng, Thái Lan, Malaysia
và phía nam Trung Quốc. Cây mọc ở Ấn Độ có nguồn gốc do nhập nội.
Dƣớng là lồi cây khác quen thuộc, phân bố rộng rãi khắp nơi, từ vùng
cao dƣới 1000m đến vùng trung du, đồng bằng, hải đảo. Cây ƣa sáng, mọc
nhanh và có thể sống đƣợc nhiều loại đất. Cây mọc từ hạt ở vùng Hà Nội, sau 45 năm có thể cao tới 5m và có nhiều hoa quả. Hoa thụ phấn nhờ cơn trùng và
gió. Quả chín có vị ngọt, là thức ăn của chim và nhiều loài gặm nhấm. Hạt giống
qua phân của các loại động vật này phát tán khắp nơi. Từ thời cổ xƣa, ngƣời
Trung Quốc và Nhật Bản đã sử dụng vỏ của các loại dƣớng để làm giấy. Lá non
đƣợc đồng bào vùng Tây Bắc nƣớc ta dùng là rau ni lợn, trâu bị…
1.1.4. Hiểm họa từ cây Dướng[13][11]
Dƣớng là một loài xâm lấn cao ở vùng nhiệt đới, trở thành cỏ dại và khó
loại bỏ sau khi đƣợc đƣa vào. Do sự tăng trƣởng quá mức của nó nên nó trở
thành tác nhân thay đổi tồn bộ hệ sinh thái ảnh hƣởng đến hệ thực vật, con
ngƣời và gây thiệt hại về kinh tế.
Ví dụ ở Pakistan, nó đã đƣợc cố ý giới thiệu để làm cho khu vực
Islamabad (Thủ đơ) và Rawalpindi xanh. Nhƣng trong vịng chƣa đầy 30 năm,
nó khơng chỉ trở nên xâm lấn cao trong thảm thực vật tự nhiên mà còn gây ra
các vấn đề về sức khỏe ở ngƣời. Nó chịu trách nhiệm về một trong những loài
phấn hoa cao nhất thế giới ở Islamabad, Pakistan, gây dị ứng nghiêm trọng dẫn
đến tử vong mỗi năm. Nó cũng đang xâm chiếm dãy Himalaya. Nó ảnh hƣởng
đến nơng dân trồng trọt và đốt nƣơng ở Ghana và các nơi khác và đòi hỏi phải

có sự bảo trì của nơng dân.
Sau khi xâm chiếm một khu vực, nó loại trừ các lồi khác và rất khó để
loại trừ. Nó khơng chỉ lây lan bằng hạt giống, nhƣng nếu bị ngã và nhổ rễ thì nó
có thể duy trì sự hiện diện của nó bằng nhiều vật hút phát triển từ bất kỳ phần
3


nào của rễ còn lại trong đất. Sự tăng trƣởng của nó cực kỳ nhanh và nhanh
chóng cạnh tranh với các loài khác.
1.1.5. Ứng dụng của cây Dướng [1]
- Tác dụng dƣợc lý: Cao chiết với cồn 50˚ của cả cây dƣớng, trừ rễ có tác
dụng làm giảm huyết áp trên huyết áp bình thƣờng của động vật thí nghiệm.
- Tính vị và cơng năng: Quả dƣớng có vị ngọt, tính mát, vào các kinh
can, tỳ, thận, có tác dụng bổ hƣ lao, mạnh gân cốt, sáng mắt, bổ thận, lâu già. Lá
vỏ cây có tác dụng lợi tiểu, tiêu phù.
- Bộ phận của cây đƣợc dùng làm thuốc: đƣợc dùng để chữa một số bệnh
nhƣ: chữa lỵ, chữa rong kinh, chữa phù tồn thân, chữa khí lực suy tổn, cơ thể
yếu, chân tay nhức mỏi...
- Các công dụng khác: một sợi từ vỏ cây có chất lƣợng rất tốt. Nó đƣợc
sử dụng trong việc đƣa ra một rất mạnh mẽ và chất lƣợng cao giấy, vải,
dây…Một số dầu từ hạt đƣợc sử dụng trong sản xuất dầu xà phòng và sơn mài.
1.1.6. Một số hướng nghiên cứu về vật liệu hấp phụ
Trong những năm gần đây, việc sử dụng các vật liệu tự nhiên để chế tạo vật
liệu hấp phụ đang đƣợc quan tâm, nhiều nghiên cứu đã tìm pháp biến đổi các phế
phẩm thành vật liệu có ích. Trong đó các nghiên cứu sử dụng vỏ trấu, vỏ lạc, cây
đay, bã mía, vỏ chuối,… nhằm hƣớng tới xử lý ô nhiễm trong môi trƣờng.
1.1.6.1. Hấp phụ ion kim loại nặng
Vỏ quả chuối: Đƣợc sử dụng tạo vật liệu hấp phụ với khả năng Cu (II), Pb
(II), với dung lƣợng hấp phụ dung lƣợng cực đại lần lƣợt là 7,704 mg/g; 24,272
mg/g[7].

Vỏ lạc: Đƣợc sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách loại ion
Cd (II) rất cao. Chỉ cần hàm lƣợng than hoạt tính là 0,7 g/L có thể hấp phụ dung
dịch chứa Cd (II) nồng độ 20 mg/mL. Nếu so sánh với các loại than viên có trên
thị trƣờng thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần[16].
Vỏ đậu tương: có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng
nhƣ Cu (II), Zn (II) và các hợp chất hữu cơ. Trong sự so sánh với một số vật liệu
4


khác, vỏ đậu tƣơng thể hiện hấp phụ cao hơn, đặc biệt đối với kim loại nặng. Vỏ
đậu tƣơng sau khi đƣợc xử lý với NaOH và axit xitric thì dung lƣợng hấp phụ
cực đại đối với đồng là 1,7 mmol/g (ứng với 108 mg/g)[18].
Bã mía: đƣợc đánh giá nhƣ phƣơng tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nƣớc và
đƣợc ví nhƣ than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng nhƣ: Cr (II),
Ni (II), Cu (II)… Bên cạnh khả năng tách loại kim loại nặng, bã mía cịn thể
hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu[16].
Lõi ngơ: nhóm nghiên cứu ở trƣờng đại học North Carolina (Hoa Kì) đã
tiến hành nghiên cứu và đề xuất quy trình xử lý lõi ngơ bằng dung dịch NaOH
và H3PO4, để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng. Hiệu quả xử lý của vật liệu
hấp phụ tƣơng đối cao. Dung lƣợng hấp phụ cực đại của hai kim loại nặng Cu và
Cd lần lƣợt là 0,39 mmol/g và 0,62 mmol/g vật liệu [12].
1.1.6.2. Hấp phụ Xanh Metylen và chất hữu cơ
Kumar và các cộng sự (K.V. Kumar, V. Ramamurthi, S. Sivanesan, 2005)
đã nghiên cứu các cơ chế hấp phụ Xanh metylen của tro bay và chứng minh rằng
tro bay có thể đƣợc sử dụng nhƣ một vật liệu hấp phụ để loại bỏ xanh metylen từ
dung dịch nƣớc của nó.
Vadilvelan và các cộng sự (V. Vadivelan, K.V. Kumar, 2005) đã nghiên
cứu trạng thái cân bằng, động lực học hấp phụ, cơ chế hấp phụ xanh metylen lên
trấu và thấy rằng động học hấp phụ của quá trình hấp phụ này tuân theo phƣơng
trình động học bậc 2.

Gurses và các cộng sự (A. Gurses, S. Karaca. C. Dogar, R. Bayrak,
Acikyildiz, M. Yalcin, 2004) nghiên cứu việc loại bỏ xanhmetylen bằng đất và
quan sát thấy rằng khả năng hấp phụ xanh metylen của đất sét giảm khi nhiệt độ
tăng. Sự hấp phụ này có thể đạt cân bằng hấp phụ sau 1 giờ.
Một số tác giả cũng tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen
trên các loại vật liệu hấp phụ khác nhau nhƣ: sợi thủy tinh, đá bọt, bề mặt thép
không gỉ, đá trân châu, vỏ tỏi,… Kết quả thu đƣợc cho thấy khả năng hấp phụ
của các vật liệu hấp phụ đối với xanh metylen cho hiệu suất khá cao.
5


Mủ cây chuối có khả năng xử lý triệt để nguồn nƣớc ô nhiễm sau lũ, đây là
kết quả một nghiên cứu của một nhóm các em học sinh trƣờng THPT Đặng Trần
Cơn, TP. Huế. Theo thơng tin từ Phịng quản lí chất lƣợng nƣớc tỉnh Thừa Thiên
Huế, nguồn nƣớc ô nhiễm đƣợc các em đƣa vào xử lý có nồng độ ô nhiễm rất cao,
coliform > 24.000 vi khuẩn/ 100ml; N-NH4+ = 3,75 mg/L (tiêu chuẩn cho phép: 3
g/mL); sắt = 16,52 mg/L (gấp 33,04 lần tiêu chuẩn cho phép); pH = 6,65. Sau khi
xử lý với mủ chuối sứ và một số phụ gia khác (phèn chua, than củi), kết quả đã
cho ra nguồn nƣớc đáp ứng mọi tiêu chuẩn về chất lƣợng của một nguồn nƣớc an
toàn: N-NH4+ = 3; pH = 6,0 – 8,5; sắt = 0,5; coliform = 50[15].
1.2.Một số phƣơng pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật
Sinh khối thực vật cũng nhƣ cellulose chƣa biến tính có khả năng hấp phụ
kim loại nặng thấp và tính chất vật lý khơng ổn định. Để khắc phục những điểm
hạn chế của sinh khối thơ, các phƣơng pháp biến tính đƣợc áp dụng để nâng cao
hiệu quả xử lý kim loại nặng và chất hữu cơ. Một số nhóm đƣợc sử dụng nhiều
nhất đƣợc phân loại nhƣ sau: phƣơng pháp vật lý (xay và nghiền, nhiệt); phƣơng
pháp sinh học; tổ hợp của phƣơng pháp vật lý, hóa học (q trình tự thủy phân,
oxi hóa ƣớt).
Phƣơng pháp sinh học đƣợc áp dụng để phân hủy một phần vật liệu
lignocellulose bằng cách sử dụng các vi sinh vật phân hủy lignin và

hemicellulose nhƣ nấm và vi khuẩn. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tiến hành
dễ dàng và tốn ít năng lƣợng. Tuy nhiên, q trình phân hủy sinh học diễn ra
chậm và cần áp dụng thêm các phƣơng pháp vật lý, hóa học khác nhƣ phƣơng
pháp nghiền cơ học. Phƣơng pháp nghiền làm tăng diện tích bề mặt và giảm độ
tinh thể của cellulose. Phƣơng pháp chiếu xạ nhằm phá vỡ các liên kết hydro
trong cấu trúc tinh thể của cellulose bằng năng lƣợng bức xạ. Tuy nhiên, phƣơng
pháp này yêu cầu phải cung cấp năng lƣợng lớn. Các phƣơng pháp hóa học sử
dụng các chất hóa học để biến tính vật liệu. Mục đích của phƣơng pháp này là
thủy phân hemicellulose, lignin đồng thời tăng hàm lƣợng cellulose trong sinh
khối thực vật. Phƣơng pháp biến tính kết hợp phƣơng pháp vật lý và phƣơng
pháp hóa học thƣờng đƣợc áp dụng và đƣợc coi là phƣơng pháp tốt nhất.
6


Hai phƣơng pháp biến tính sinh khối thực vật thành vật liệu thƣờng đƣợc
áp dụng và nghiên cứu là phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính và phƣơng pháp
biến tính bề mặt.
1.2.1. Chế tạo than hoạt tính
Than hoạt tính đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ
và các ion kim loại ở nồng độ thấp. Cacbon trong thực vật đƣợc chuyển hóa
thành cacbon hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là
cacbon(85-90%), còn lại là các hợp chất vơ cơ dạng tro (5-15%). Than hoạt tính
có cấu trúc lỗ xốp. Diện tích bề mặt trong các lỗ xốp chiếm phần lớn tổng diện
tích bề mặt cacbon[9].
Chất thải nơng nghiệp là nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất than
hoạt tính do có hàm lƣợng tro thấp và độ cứng phù hợp[13]. Do đó, biến tính các
chất thải nơng nghiệp thành than hoạt tính là một giải pháp giải quyết vấn đề
mơi trƣờng và giảm chi phí chế tạo than hoạt tính. Than hoạt tính đƣợc chế tạo
từ chất thải rắn nông nghiệp nhƣ mùn cƣa, chất thải cao lƣợng, lõi ngơ, bã mía,
trấu, xơ dừa… đã đƣợc sử dụng để loại bỏ kim loại nặng.

1.2.2. Biến tính hóa học
Mục tiêu quan trọng của biến tính bằng các chất hóa học là tạo ra bề mặt
âm điện hoặc ổn định điện tích dƣơng trên bề mặt của vật liệu[17]. Điều này làm
cho khả năng phân tán keo tốt hơn và điều chỉnh đặc tính bề mặt của vật liệu.
Các chuỗi cellulose chứa một nhóm hydroxyl chính và hai nhóm hydroxyl
thứ cấp. Các nhóm chức hoạt động đƣợc gắn vào các nhóm hydroxyl bằng các
chất hóa học[19]. Các phƣơng pháp biến tính hóa học chính bao gồm: este hóa
bằng axit hữu cơ, oxi hóa bằng các tác nhân oxi hóa, thủy phân bằng dung dịch
kiềm và ghép monome lên sinh khối thực vật. Các phƣơng pháp biến tính sinh
khối thực vật có thể tách đƣợc các hợp chất hữu cơ hòa tan và nâng cao hiệu quả
tạo phức với kim loại nặng[20]. Lignin có chứa nhiều nhóm chức nhƣ hydroxyl
tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đơi, do đó có thể tham gia các
phản ứng oxi hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành axit béo và vòng thơm. Mặc
7


dù lignin có khả năng bền nhiệt tốt, nóng chảy ở nhiệt độ 140-160˚C, nhƣng dễ
bị suy giảm độ bền do tia tử ngoại. Vì thế mà trƣớc khi chế tạo vật liệu cần phải
xử lý sợi để loại bỏ lignin. Hemicellulose có cấu trúc chủ yếu vơ định hình,
ngồi ra có một ít tốn tại ở vùng tinh thể cellulose. Vì vậy, nó dễ bị thủy phân
trong dung dịch axit, dễ bị trích ly khỏi sợi trong dung dịch kiềm lỗng, dễ hấp
phụ ẩm, có khả năng thủy phân dƣới tác dụng của vi khuẩn và làm suy giảm độ
bền nhiệt của vật liệu, tính chất hóa học kém, khơng bền. Biến tính hóa học
khơng những loại bỏ ligin, hemicellolose mà còn làm giảm hàm lƣợng cellulose
tinh thể và tăng độ xốp của bề mặt vật liệu. Đã có nhiều nghiên cứu về phƣơng
pháp biến tính vật liệu bằng cách sử dụng các tác nhân biến tính khác nhau nhƣ
các dung dịch kiềm (NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3), axit vô cơ (HCl, H2SO4,
HNO3), các axit hữu cơ (axit tartaric, axit xitric) hay các hợp chất hữu cơ
(metanol, focmaldehyt), các tác nhân oxi hóa (H2O2, phản ứng Fenton) để xử lý
các chất hữu cơ hòa tan, độ màu và hấp phụ kim loại nặng trong nƣớc. Tác nhân

biến tính làm tăng tính hoạt động cả bề mặt vật liệu do gắn thêm các nhóm chức
có khả năng kết hợp với kim loại nặng, loại bỏ các chất hữu cơ dễ hòa tan có sẵn
trong vật liệu.
 Biến tính bằng dung dịch axit vơ cơ
Biến tính bằng dung dịch axit là q trình phá vỡ cấu trúc bền vững của
vật liệu lignocellulose. Ion H+ phá vỡ liên kết nội phân tử và liên kết giữa các
phân tử với nhau giữa cellulose, hemicellulose, lignin trong sinh khối[14]. Các
axit đặc nhƣ H2SO4, HCl, H3PO4 và HNO3 đã đƣợc áp dụng để thủy phân sinh
khối. Các nhóm hydroxyl trên cellulose đóng vai trị quan trọng về khả năng trao
đổi ion của vật liệu lignocellulose. Bản thân nhóm này có khả năng trao đổi yếu
vì liên kết OH phân cực khơng mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã đƣợc cơng
bố nhƣ oxi hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức axit hoặc sunfo hóa
bằng axit sunfuric[5]. Tuy nhiên, chất thải từ q trình biến tính bằng axit cần
đƣợc xử lý đó có tính độc hại, ăn mịn. Hầu hết các phƣơng pháp biến tính sinh
khối thực vật bằng axit vô cơ đều sử dụng dung dịch axit loãng nhƣ axit H2SO4,
8


HCl và HNO3 . Các axit lỗng có hiệu quả hơn về mặt chi phí va mơi trƣờng.
Nhìn chung, axit lỗng (H2SO4 < 4%) có thể hịa tan hầu hết hemicellulose[14].
Dung dịch axit H2SO4 loãng làm tăng tốc độ phản ứng thủy phân cellulose. Axit
đậm đặc là tác nhân oxi hóa mạnh cho q trình thủy phân cellulose nhƣng có
tính ăn mòn và phải thu hổi. Mùn cƣa đƣợc xử lý bằng HCl loại bỏ 92,4% Cu2+ ở
pH 5, trong khi mùn cƣa chỉ loại bỏ đƣợc 47%[15]. Tuy nhiên, một số trƣờng
hợp, xử lý vỏ trấu bằng HCl lại làm giảm khả năng hấp phụ Cd2+ hơn so với vỏ
trấu không xử lý bằng axit. Để hấp phụ các kim loại nặng, bề mặt vật liệu hấp
phụ phải mang điện tích âm. Mặc dù biến tính bằng axit làm giảm hàm lƣợng
chất hữu cơ của vật liệu hấp phụ và tăng độ xốp nhƣng bề mặt tích điện dƣơng
với các ion H+ cũng làm cản trở quá trình hấp phụ. Khi vỏ trấu đƣợc xử lý bằng
HCl, các vị trí hấp phụ trên bề mặt vật liệu đƣợc proton hóa.

 Biến tính bằng dung dịch kiềm
Trong thành phần sợi thực vật và gỗ có cellulose, hemicellulose, lignin là
các thành phần ảnh hƣởng lớn đến tính chất của sợi. Mục đích chính của q
trình biến tính bằng kiềm là phá vỡ cấu trúc lignin trong sinh khối, làm tăng mức
độ phản ứng của cellulose và hemicellulose cho các bƣớc xử lý tiếp theo. Quá
trình thủy phân bằng dung dịch kiềm dễ dàng xảy ra (nhiệt độ dƣới 140˚C) so
với phƣơng pháp biến tính khác[14]. Độ xốp của vật liệu tăng lên sau khi dung
dịch kiềm phá vỡ các liên kết chéo, tạo thành muối của axit cacboxylic và rƣợu.
Vật liệu đƣợc biến tính bằng dung dịch kiềm có bề mặt âm điện do các ion H+
trong các nhóm hydroxyl, cacboxyl,.. có sẵn trên bề mặt vật liệu đƣợc tách ra để
trung hòa ion OH- trong dung dịch. Điều này là ƣu điểm của phƣơng pháp biến
tính vật liệu bằng dung dịch kiềm so với các phƣơng pháp khác. Nhìn chung, các
dung dịch NaOH và Ca(OH)2, NH4OH thƣờng đƣợc sử dụng cho quá trình thủy
phân bằng kiềm.

9


 Biến tính bằng axit hữu cơ
Các axit hữu cơ có tác dụng este hóa cellulose, gỗ dây dƣơng lá rụng và
vỏ đậu nành đã đƣợc hoạt hóa bằng axit xitric đều có một sự gia tăng đáng kể
khả năng loại bỏ ion kim loại trong nƣớc[5]. Axit xitric đầu tiên sẽ chuyển thành
dạng anhydric, tiếp theo là phản ứng este hóa xảy ra giữa axit anhydric và các
nhóm hydroxyl của cellulose. Tại vị trí phản ứng nhƣ vậy đã xuất hiện hai nhóm
chức axit (từ axit xitric) có khả năng trao đổi ion. Nếu tăng nhiệt độ hoặc kéo
dài thời gian phản ứng, q trình este hóa có thể tiếp tục xảy ra đối với các nhóm
axit cịn lại của axit xitriclafm giảm khả năng trao đổi ion.

Hình 1.1: Phản ứng este hóa giữa cellulose và axit xitric
Nghiên cứu về q trình este hóa bột lõi ngơ bằng axit xitric cho thấy, sau

khi este hóa diện tích bề mặt của chất hấp phụ tăng đáng kể[5]. Lƣợng oxi đƣợc
tìm thấy trong vật liệu tăng cao do nhiều nhóm oxi hóa đƣợc gắn trền bề mặt vật
liệu, điển hình là nhóm cacboxyl, phenolic và lactonic.


Biến tính bằng dung mơi hữu cơ

Biến tính bằng dung mơi hữu cơ loại bỏ lignin, hemicellulose ra khỏi vật
liệu bằng cách solvat hóa, hịa tan cac mảnh vỡ của lignin, hemicellulose. Các
polyme lignin dễ dàng tan trong dung mơi hữu cơ. Q trình solvat hóa đƣợc
thực hiện bởi các lực giữa các phân tử nhƣ liên kết hydro, lực ion-lƣỡng cực, lực
lƣỡng cực, lực lƣỡng cực-lƣỡng cực gây ra[15]. Các dung môi đƣợc sử dụng để
biến tính vật liệu có nguồn gốc thực vật thƣờng có nhiệt độ sơi thấp nhƣ

10


metanol, etanol, axeton, etylen glycol, etyl axetat. Ion OH- trong ancol sẽ phá vỡ
liên kết axit-este trong lignin, hemicellulose. Hơn nữa, biến tính bằng dung mơi
hữu cơ cịn làm cellulose trƣơng lên, do đó giảm lƣợng cellulose tinh thể. Tuy
nhiên, phƣơng pháp khơng khả thi về mặt kinh tế địi hỏi phải thu hồi dung mơi
hữu cơ.
 Biến tính bằng tác nhân oxi hóa
Một số tác nhân oxi hóa thƣờng đƣợc dùng để biến tính sinh khối thực vật
thành vật liệu hấp phụ bao gồm ozon, H2O2, Clo, HCl, HClO,… các tác nhân oxi
hóa tham gia q trình hịa tan lignin bằng các phá vỡ cấu trúc vịng của lignin.
Thơng thƣờng, tác nhân oxi hóa đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho biến tính bằng
kiềm. Trong điều kiện pH > 12, gốc (- O2) hình thành và mở rộng vịng
thơm[14]. Lignin, hemicellulose bị hòa tan thành axit cacboxylic (axit formic,
axit oxalic, axit axetic); trong khi đó cellulose hầu nhƣ khơng bị phân hủy.

 Biến tính sinh khối thực vật bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép

Hình 1.2: Sơ đồ các phương pháp biến tính polyme
Q trình đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp hai hay nhiều monome
mà sản phẩm polyme sinh ra có các mắt xích monome sắp xếp ngẫu nhiên
(copolyme ngẫu nhiên), sắp xếp luân phiên đều đặn hoặc các mắt xích monome
khác nhau tạo thành các đoạn mạch khác nhau trên polyme (copolyme khối)
hoặc polyme có nhánh tạo ra từ monome khác loại với mạch chính (copolyme
ghép). Khi trùng hợp một loại monome để tạo nên mạch nhánh đính vào một

11


loại polyme có sẵn, q trình này gọi là đồng trùng hợp ghép, sản phẩm của quá
trình là copolyme ghép. Đồng trùng hợp ghép là phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử
dụng rộng rãi để biến tính hóa học các polyme tự nhiên và polyme tổng hợp.
phản ứng đồng trùng hợp ghép là một phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng để
biến tính vật liệu polyme và thay đổi các thuộc tính vật lý hoặc hóa học của
polyme. Các chuỗi bên đƣợc liên kết cộng hóa trị với trục polyme chính để hình
thành một chất đồng trùng hợp (copolyme). Có hai loại chính của phƣơng pháp
ghép nối là ghép nối với một monome đơn và ghép nối với một hỗn hợp của hai
hay nhiều monome. Ghép nối với một monome thƣờng xảy ra trong một bƣớc
duy nhất, trong khi ghép nối với hỗn hợp monome có thể xảy ra việc ghép nối
tuần tự hoặc đồng thời hai monome.
Các phƣơng pháp đồng trùng hợp ghép các monome khác nhau lên
cellulose hoặc vật liệu lignocellulose đang đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc ô nhiễm
màu, kim loại nặng. Biến tính vật liệu lignocellulose tự nhiên bằng phản ứng
đồng trùng hợp ghép các monome có chứa nhóm vinyl đã cải thiện đƣợc một số
nhƣợc điểm của vật liệu thơ nhƣ màu vàng của vật liệu, tính không thấm nƣớc,
ổn định nhiệt, độ đàn hồi, trao đổi ion, hạn chế sự xâm nhập của các vi sinh vật.

Quá trình ghép các monome vinyl lên cellulose hoặc vật liệu lignocellulose
thƣờng bao gồm ba bƣớc, (1) các vị trí hoạt động trên bề mặt polyme đƣợc sinh
ra, (2) các monome đƣợc thêm vào phản ứng, (3) monome đƣợc ghép vào vật
liệu. Các vị trí hoạt động trên mạch cellulose đƣợc tạo ra bởi phản ứng khơi mào
bằng hóa chất hoặc bức xạ.
Phản ứng đồng trùng hợp lên cellulose chủ yếu đƣợc thực hiện trong môi
trƣờng nƣớc và môi trƣờng khơng đồng nhất. Trong nƣớc, các vùng vơ định
hình của cellulose trƣơng lên , mạch cellulose trở nên dễ tiếp cận, các monome
khuếch tán vào các vùng này và ghép lên mạch. Do đó, để tăng hiệu quả ghép,
vật liệu đƣợc làm trƣơng trƣớc khi ghép hoặc thực hiện phản ứng ghép trong
mơi trƣờng có khả năng làm cellulose trƣơng lên . Khi đồng trùng hợp ghép lên
cellulose trong môi trƣờng không đồng nhất, khả năng tiếp cận các gốc tự do
12


cellulose và nhóm vinyl là một tham số quan trọng xác định hiệu quả ghép. Mặc
dù, cellulose là một polyme thẳng, tuy nhiên sự hiện diện của các vùng tinh thể
và các liên kết hidro giữa các phân tử làm giảm khả năng tiếp cận. Trong nƣớc,
sự trƣơng ở giữa các tinh thể của cellulose xảy ra chủ yếu vùng vơ định hình ,
vùng làm tăng hiệu quả ghép.
Phản ứng đồng trùng hợp ghép xảy ra tốt hơn trên vùng vơ định hình của
cellulose do khả năng tiếp cận dễ dàng của vùng . Để tăng hiệu quả ghép có thể
tăng tỷ lệ cellulose/monome, làm trƣơng nở cellulose trƣớc khi phản ứng. Các
phƣơng pháp ơzơn hóa, oxi hóa, biến tính với dung dịch kiềm, nƣớc, amin đƣợc
áp dụng để cải thiện khả năng tiếp cận của cellulose. Cụ thể, khả năng tiếp cận
hay khả năng phản ứng của cellulose tăng khi hàm lƣợng tinh thể giảm, hàm
lƣợng vơ định hình tăng . Trong quá trình xử lý kiềm, cellulose đƣợc trƣơng nở
và trật tự cấu trúc bị phá vỡ. Cấu trúc tinh thể của các chuỗi cellulose song song
ban đầu đƣợc sắp xếp lại thành các chuỗi đối song song , do đó hình thành
cellulose II. Đồng thời, hàm lƣợng cellulose vơ định hình tăng , lignin ,

hemicellulose cũng đƣợc tách ra khỏi vật liệu.
Tùy thuộc vào các monome đƣợc ghép lên vật liệu, các thuộc tính của sản
phẩm ghép sẽ khác nhau. Nhìn chung, các nhóm chức phổ biến đƣợc sử dụng
trong ghép monome đƣợc thể hiện ở hình 1.3.

Hình 1.3: Các nhóm chức ghép nối vào cellulose tạo vật liệu có nhiều đặc tính tốt
13


Bằng cách đồng trùng hợp ghép nối các monome, các nhóm chức mới
đƣợc tạo ra trên bề mặt vật liệu. Trong đó, acrylonitrile là nhóm monome đƣợc
sử dụng phổ biến. Vật liệu cellulose đƣợc ghép với acrylonitrile và các monome
khác đƣợc dùng để xử lý các ion kim loại nặng Cd 2+, Cu2+, Zn2+, Cr2+ trong
nƣớc. Kết quả cho thấy, sản phẩm ghép nâng cao khả năng liên kết với các ion
kim loại nặng hơn cellulose ban đầu, khả năng liên kết phụ thuộc vào ion kim
loại và đặc tính của vật liệu ghép.
Q trình ghép có thể đƣợc thực hiện trong môi trƣờng đồng nhất hoặc
không đồng nhất. Khi đồng trùng hợp ghép diễn ra trong môi trƣờng không
đồng nhất, phản ứng đƣợc tiến hành bởi tác nhân khơi mào phù hợp.
Để tổng hợp copolyme ghép ta có thể dùng các phƣơng pháp: đồng trùng
hợp gốc tự do, đồng trùng hợp ion và một số phƣơng pháp khác. Các kỹ thuật
khơi mào cho q trình ghép bao gồm hóa chất, tia xạ, quang hóa, plasma và
ghép enzym. Trong đó, kỹ thuật khơi mào bằng hóa chất là phƣơng pháp thƣờng
đƣợc áp dụng do chi phí thấp và ít độc hại. Vai trò của chất khơi mào là rất quan
trọng vì nó quyết định cách thức ghép. Trong trƣờng hợp ghép theo cơ chế gốc
tự do, các hệ khơi mào khác nhƣ Ceri (IV) amoninitrat ( AN), muối pesunphat,
tác nhân oxi hóa Fenton (Fe(II) - H2O2), KMnO4 - axit oxalic, natri
bisunphit/pesunphat là những chất khơi mào đƣợc sử dụng vào nghiên cứu. So
với các quá trình khơi mào khác, khơi mào theo cơ chế gốc tự do có ƣu điểm là
có thể tiến hành ở nhiệt độ phịng và ít độc hại.

1.3.Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ
1.3.1. Các khái niệm
1.3.1.1. Sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng
– rắn, lỏng – lỏng, khí – lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà các phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các
phần tử của pha khác nhằm tiếp xúc với nó.

14