Nghiên cứu điện cực ứng dụng để phân tích amoni và nitrat trong nước nuôi thủy sản bằng phương pháp điện hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN MINH HUY NGHIÊN CỨU ĐIỆN CỰC ỨNG DỤNG ĐỂ PHÂN TÍCH AMONI VÀ NITRAT TRONG NƯỚC NUÔI THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Chuyên ngành Hóa lí[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN MINH HUY NGHIÊN CỨU ĐIỆN CỰC ỨNG DỤNG ĐỂ PHÂN TÍCH AMONI VÀ NITRAT TRONG NƯỚC NI THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA Chun ngành: Hóa lí thuyết hóa lí Mã số: 8440119 Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THỊ VƯƠNG HỒN LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi cộng Các số liệu kết nghiên cứu đưa luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố công trình khác Học viên NGUYỄN MINH HUY LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Vương Hoàn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Thầy, Cơ mơn Hóa Học trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu trường Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô khoa KHTN, khoa Kỹ thuật công nghệ trường Đại học Quy Nhơn; Trường Cao đẳng kỹ thuật & Công nghệ Quy Nhơn; Phịng TN Cơng nghệ nano trường ĐHKHTN - TP.HCM hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Tôi xin cảm ơn đề tài ĐTĐLCN.44/22 Bộ KH & CN cho phép tham gia nghiên cứu thực Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp cao học K23 ln động viên, khích lệ tinh thần suốt trình học tập nghiên cứu Vì thân nhiều hạn chế kiến thức thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp q báu từ Thầy, Cơ để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày 30 tháng năm 2022 Học viên MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VỄ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu 4 Nội dung nghiên cứu 4.1 Chuẩn bị điện cực 4.2 Khảo sát đánh giá số đặc trưng điện cực làm việc hệ thiết bị điện hóa 4.3 Khảo sát đặc tính điện hóa điện cực màng chọn lọc ion amoni 4.4 Khảo sát đặc tính điện hóa điện cực màng chọn lọc ion nitrat 4.5 Kết xử lý mẫu (mẫu lấy thực địa để đánh giá amoni nitrat) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Đánh giá tổng quan tình hình ni trồng thủy sản giới Việt Nam 1.1.1 Nhu cầu tầm quan trọng ngành nuôi trồng thủy sản 1.1.2 Những bất cập hạn chế nuôi trồng thủy sản Việt Nam 1.1.3 Công tác giám sát quản lý chất lượng nước nuôi thủy sản (NTS) 1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước nuôi thủy sản 1.2.1 Các tiêu vật lý 1.2.2 Các tiêu hóa học 12 1.3 Các phương pháp đo hàm lượng amoni nitrat nước nuôi thủy sản 24 1.3.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 24 1.3.2 Phương pháp sắc ký ion 29 1.3.3 Phương pháp điện hóa 30 1.4 Giới thiệu điện cực chọn lọc ion tiếp xúc rắn Các đặc trưng điện cực 31 1.4.1 Giới thiệu điện cực chọn lọc ion tiếp xúc rắn 31 1.4.2 Các đặc trưng điện cực 34 1.5 Giới thiệu tổng quan kỹ thuật quang khắc dùng chế tạo cảm biến điện hóa 37 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 40 2.1 Thiết bị, hóa chất thực nghiệm 40 2.1.1 Thiết bị, hóa chất 40 2.1.2 Thực nghiệm 41 2.2 Đánh giá điện cực 44 2.3 Các phương pháp đặc trưng 45 2.3.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, SEM)45 2.3.2 Phương pháp quang phổ tia X phân tán lượng (Energy Dispersive X ray Spectrocopy, EDX) 45 2.4 Khảo sát đánh giá số đặc tính điện cực làm việc hệ thiết bị điện hóa .46 2.4.1 Khảo sát điện cực đo amoni 47 2.4.2 Khảo sát điện cực đo nitrat 48 2.4.3 Tính tốn đại lượng phép đo 49 2.5 Xử lý mẫu nước thực tế 49 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Đặc tính cấu trúc điện cực chế tạo .50 3.1.1 Điện cực màng chọn lọc ion amoni NH4+ 50 3.1.2 Điện cực màng chọn lọc ion nitrat NO3- 54 3.2 Khảo sát đánh giá đặc tính điện hóa điện cực .56 3.2.1 Kết khảo sát đặc tính điện hóa điện cực màng chọn lọc ion amoni56 3.2.2 Kết khảo sát đặc tính điện hóa điện cực màng chọn lọc ion nitrat NO3- 64 3.3 Kết phân tích hàm lượng amoni nitrat mẫu nước nuôi thủy sản 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .72 KẾT LUẬN 72 KIẾN NGHỊ 73 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .74 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD : Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hòa tan) COD : Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) DO : Dissolved Oxygen (Oxy hòa tan) EDX : Energy Dispersive X- Ray pectroscopy (Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X) IEC : Ion Exchange Chromatography (Phương pháp sắc ký ion) ISE : Ion Selective Electrode (Chọn lọc ion) ISM : Ion Selective Membrane (Màng chọn lọc ion) L : Lít LOD : Limit Of Detection (Giới hạn phát hiện) mg : miligam nm : nanomet OCP : Open Circuit Potential (Thế mạch hở) ppm : parts per million (Một phần triệu) SCISE : Solid Contact Ion Selective Electrode (Điện cực chọn lọc ion tiếp xúc rắn) SEM : Scanning Electron Microscope (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét) TDS : Total Dissolved Solids (Tổng vật chất hòa tan) TSS : Total Suspended Solids (Tổng vật chất lơ lửng) UV-Vis DRS :UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến) XRD : X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần muối có 35g muối/1 kg nước 13 Bảng 1.2 Hàm lượng CaCO3 theo độ cứng nước 14 Bảng 1.3 Hàm lượng oxy hòa tan bão hòa nước áp suất atm nhiệt độ khác 15 Bảng 1.4 Tỷ lệ % NH3 tổng nitơ amoni phụ thuộc vào nhiệt độ pH [21] 20 Bảng 1.5 Giá trị C để làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép thơng số ô nhiễm nước thải chế biến thủy sản [27] 23 Bảng 3.1: Thành phần nguyên tử nguyên tố NH4+ (ISM) – ionophore; NH4 + (ISM) – ionophore PVC; điện cực màng chọn lọcion amoni NH4+ trạng thái rắn (S-ISM) 54 Bảng 3.2 Điện điện cực độ lệch chuẩn phép đo OCP ion amoni nồng độ 56 Bảng 3.3 Giá trị OCP (mV) điện cực màng chọn lọc ion NH4+ theo thời gian 57 Bảng 3.4 Giá trị OCP điện cực màng chọn lọc ion amoni theo thời gian lần thí nghiệm (với điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl) 58 Bảng 3.5 Giá trị OCP điện cực màng chọn lọc ion amoni theo thời gian (điện cực so sánh điện cực Ag/AgCl/KCl, có sử dụng dung dịch hiệu chỉnh lực ion amoni) 60 Bảng 3.6 Giá trị OCP (mV) điện cực màng chọn lọc ion amoni NH4+ theo thời gian (với điện cực so sánh điện cực kép Ag/AgCl/ KCl/LiAc) 61 Bảng 3.7: Các giá trị hệ số chọn lọc ion NH4+ so với số ion gây nhiễu 63 Bảng 3.8 Điện điện cực độ lệch chuẩn phép đo OCP ion nitrat NO3- nồng độ 64 Bảng 3.9 Giá trị OCP điện cực màng chọn lọc ion nitrat theo thời gian lần thí nghiệm (với điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl) 67 Bảng 3.10 Giá trị OCP điện cực màng chọn lọc ion nitrat theo thời gian lần thí nghiệm (với điện cực so sánh Ag/AgCl/LiCl) 68 Bảng 3.11 Các giá trị hệ số chọn lọc ion NO3- so với số ion gây nhiễu 69 Bảng 3.12 Thơng số mơi trường ni Cá Chình thương phẩm 70 Bảng 3.13 Nồng độ ion amoni nitrat mẫu nước nuôi thủy sản 70 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VỄ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thang đo số DO (O2 mg/l) ảnh hưởng đến thủy sản ni 16 Hình 1.2 Sơ đồ SCISE sử dụng màng điện ly bão hịa ion 33 Hình 2.1 Hệ thiết bị đo điện hoá đa 46 Hình 3.1: Ảnh SEM and EDX màng NH4 + (ISM) – ionophore 50 Hình 3.2: Ảnh SEM EDX màng NH4 + (ISM) - ionophore trộn với PVC 51 Hình 3.3: Điện cực màng chọn lọc ion NH4+ trạng thái rắn (S-ISM) 52 Hình 3.4 Phổ EDX màng nitrat ionophore VI PVC 55 Hình 3.5 Phổ EDX ảnh chụp bề mặt điện cực sau phủ màng 55 Hình 3.6 Đường chuẩn NH4+ biểu diễn dạng Log[NH4+] 57 Hình 3.7 Sự thay đổi giá trị OCP điện cực S-ISM NH4+ theo thời gian 58 Hình 3.8 Sự thay đổi giá trị OCP điện cực màng chọn lọc ion amoni NH4+ theo thời gian lần thí nghiệm (điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl) 59 Hình 3.9 Sự thay đổi OCP điện cực màng chọn lọc ion amoni theo thời gian (điện cực so sánh điện cực Ag/AgCl/KCl, có sử dụng dung dịch hiệu chỉnh lực ion amoni) 60 Hình 3.10 Sự thay đổi giá trị OCP điện cực theo thời gian lần thí nghiệm với điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl/LiAc 61 Hình 3.11 Ảnh hưởng số ion gây nhiễu đến giá trị OCP điện cực chọn lọc ion NH4+ 63 Hình 3.12 Đường chuẩn dung dịch ion nitrat biểu diễn dạng Log[NO3-] 65 Hình 3.13: Sự thay đổi giá trị OCP điện cực theo thời gian 66 Hình 3.14 Sự thay đổi giá trị OCP điện cực theo thời gian lần thí nghiệm (với điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl) 67 ... nước ni thủy sản phương pháp điện hóa? ?? Mục tiêu đề tài Nghiên cứu chế tạo điện cực màng chọn lọc ion amoni nitrat dùng thiết bị điện hóa đa để phân tích ion amoni nitrat nước nuôi thủy sản Đối... trường nước ni thủy sản ion amoni nitrat Hiện phát triển nhiều kỹ thuật để phát amoni nitrat phương pháp quang phổ phân tử (UV-Vis), phương pháp sắc ký ion phương pháp điện hóa Nhìn chung phương pháp. .. đặc biệt điện cực chọn lọc ion tiếp xúc rắn ứng dụng phân tích mơi trường nhận quan tâm nhiều nhà khoa học Xuất phát từ lí tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu điện cực ứng dụng để phân tích amoni nitrat