Tổng hợp và ứng dụng vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 để xác định hàm lượng vết của chì trong mẫu nước.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ ĐỨC HỊA TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYMER IN DẤU ION Fe3O4@SiO2@TiO2 ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VẾT CỦA CHÌ TRONG MẪU NƯỚC Ngành: Hóa phân tích Mã ngành: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Thị Thanh Thúy Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 03 tháng 07 năm 2022 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS.TS Lê Văn Tán - Chủ tịch Hội đồng PGS.TS Trần Nguyễn Minh Ân - Thư ký PGS.TS Nguyễn Đình Luyện - Phản biện TS Nguyễn Huy Du - Phản biện TS Nguyễn Quốc Thắng - Ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA GS.TS Lê Văn Tán PGS.TS Nguyễn Văn Cường BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Đức Hòa MSHV: 19000241 Ngày, tháng, năm sinh: 16/09/1996 Nơi sinh: Gia Lai Ngành: Hóa phân tích Mã ngành: 8440118 I TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp ứng dụng vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 để xác định hàm lượng vết chì mẫu nước NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 - Thẩm định quy trình phân tích chì GF-AAS - Ứng dụng vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 để chiết làm giàu xác định hàm lượng vết chì mẫu nước II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/06/2021 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo Quyết định giao đề tài) IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Thanh Thúy Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 … NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Đề tài “Tổng hợp ứng dụng vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 để xác định hàm lượng vết chì mẫu nước” nợi dung mà nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ hóa phân tích sau thời gian theo học Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Trong q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn, tơi nhận quan tâm, giúp đỡ từ quý Thầy, Cô, anh chị đồng nghiệp, gia đình bạn bè Để luận văn hồn thành ngày hơm nay, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn Cô TS Trần Thị Thanh Thúy, một người cô tâm huyết, tận tâm giúp đỡ suốt q trình nghiên cứu thực đề tài Cơ ln ln có mặt lúc tơi thực khó khăn nhất để đưa lời khuyên, trao đổi, định hướng nhiều mặt để tơi hồn thành luận văn một cách tốt nhất Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy trưởng khoa PGS.TS Nguyễn Văn Cường toàn thể q Thầy, Cơ Khoa Cơng Nghệ Hóa học tận tình dạy dỗ, hỗ trợ cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Môi trường Đại Việt anh, chị đồng nghiệp hỗ trợ tạo điều kiện sở vật chất suốt trình thực đề tài Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln đợng viên tạo điều kiện tốt nhất để tơi nỗ lực hồn thành tốt đề tài nghiên cứu Hồ Chí Minh, tháng 07, năm 2022 Học viên Lê Đức Hịa TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong nghiên cứu này, vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP tổng hợp mơi trường khí nitơ 60 oC cách sử dụng 1Mercaptoctane; acid Metacrylic; Pb(NO3)2; AIBN EDGMA Kết phân tích bề mặt phương pháp SEM thể vật liệu có dạng hạt, kích thước khoảng 30÷50 nm, bề mặt vật liệu có rất nhiều lỗ xốp thuận lợi cho việc hấp phụ ion Pb2+ Kết phân tích XRD EDX cho thấy vật liệu tổng hợp thành công trạng thái tinh thể đầy đủ thành phần vật liệu Kết phân tích BET cho thấy vật liệu in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP có diện tích bề mặt riêng lớn-156,59 m2/g, thể tích lỗ xốp 0,150 cm3/g, đường kính mao quản 12,13 Å, thuận lợi cho việc hấp phụ ion Pb2+ mẫu Dung lượng hấp phụ vật liệu Fe3O4@SiO2@TiO2IIP 31,15 mg/g Các điều kiện chiết pha rắn sử dụng vật liệu Fe3O4@SiO2@TiO2IIP pH, khối lượng vật liệu, nhiệt độ, thời gian hấp phụ, thời gian nồng độ chất giải hấp phụ khảo sát để đạt hiệu suất hấp phụ giải hấp phụ cao nhất Kết cho thấy sử dụng 50 mg vật liệu hấp phụ môi trường pH 20 phút điều kiện nhiệt đợ phịng hiệu śt hấp phụ đạt 100% với nồng độ ion Pb2+ 100 µg/L Hiệu suất giải hấp phụ đạt 94% sử dụng dung dịch HNO3 3M 60 phút Với điều kiện thẩm định phương pháp tối ưu, ion Pb2+ hấp phụ, giải hấp xác định phương pháp phổ hấp thu nguyên tử GFAAS Đường chuẩn xây dựng với nồng độ ion Pb2+ tuyn tớnh khong 5ữ120 à/L vi gii hn phỏt giới hạn định lượng phương pháp 1,11 µg/L 3,32 µg/L Đợ lặp lại mức nồng đợ 10 µg/L; 20 µg/L; 30 µg/L 9,75 %; 9,07%; 7,22% Độ tái lặp thực ngày khác mức nồng độ tương ứng 8,69%; 8,32%; 7,38% Hiệu suất thu hồi phương pháp khoảng 89,69÷92,97% Phương pháp nghiên cứu áp dụng để phân tích hàm lượng vết chì mẫu nước Từ khóa: Chì, GF-AAS, vật liệu polymer in dấu ion, thẩm định phương pháp i ABSTRACT In this study, the ion imprinted polymer material Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP was synthesized in nitrogen atmosphere at 60 oC for hours by using 1-Mercaptoctane, methacrylic acid, Pb(NO3)2, AIBN and EDGMA The results of surface analysis by SEM method show that the Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP is granular, about 30÷50 nm in size, there are many pores on the surface of the material that are favorable for the adsorption of Pb2+ ions The results of XRD and EDX analysis present the material is successfully synthesized in a crystalline state and full of the main components of the material The BET analysis results show that the Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP material has a rather large specific surface area -156.59 m2/g, the pore volume is 0.150 cm3/g, the capillary diameter is 12.13 Å, favorable for the adsorption of Pb2+ ions in the sample The adsorption capacity of Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP material is 31.15 mg/g The solid phase extraction conditions using Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP adsorbent such as pH, mass of adsorbent, temperature, adsorption time, desorption time and concentration of eluent were investigated to achieve the highest adsorption and desorption efficiency, respectively The obtained results showed that the adsorption efficiency reached 100% nearly when using 50 mg of adsorbent at pH in 20 minutes at room temperature with a Pb2+ ion concentration of 100 g/L The desorption efficiency was over 94% when using HNO3 30% solution for 60 minutes Under optimal method validation conditions, Pb2+ ions were adsorbed, desorbed and determined by atomic absorption spectroscopy GF-AAS The calibration curve was established with linear concentrations of Pb2+ ions in the range of 5ữ120 àg/L with method detection limit and method quantification limit of 1.11 µg/L and 3.32 g/L, respectively The repeatabilities at concentrations of 10 µg/L, 20 µg/L, 30 µg/L were 9.75%, 9.07%, and 7.22%, respectively The reproducibilities performed on different days at the three respective concentrations above were 8.69%, 8.32%, and 7.38%, respectively The recovery efficiency of the method was in the range of 89.69 ÷ 92.97% The proposed method was applied to determine trace of lead content in water samples ii Key word: Lead, GF AAS, Fe3O4@SiO2@TiO2-IIP, method validation iii LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Lê Đức Hòa học viên cao học chuyên ngành Hóa phân tích lớp CHHOPT9A trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Tơi cam đoan kết nghiên cứu trình bày luận văn cơng trình riêng tơi giảng viên hướng dẫn TS Trần Thị Thanh Thúy, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Những kết nghiên cứu tác giả khác số liệu sử dụng luận văn có trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Lê Đức Hịa iv MỤC LỤC TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ i ABSTRACT ii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .6 1.1 Tổng quan chì 1.2 Vật liệu nano từ tính 1.2.1 Cấu trúc tinh thể magnetite (Fe3O4) 1.2.2 Các phương pháp điều chế nano Fe3O4 1.2.3 Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4 12 1.3 Tổng quan hệ vật liệu nano TiO2 13 1.3.1 Cấu trúc tinh thể nano TiO2 .13 1.3.2 Các phương pháp tổng hợp nano TiO2 .14 1.3.3 Ứng dụng vật liệu nano TiO2 .16 1.4 Tổng quan vật liệu nano SiO2 .16 1.4.1 Các phương pháp tổng hợp nano silica 16 1.4.2 Ứng dụng nano silica .17 1.5 Tổng quan vật liệu in dấu ion IIP 18 1.5.1 Đặc điểm kỹ thuật in dấu ion .18 1.5.2 Quy trình tổng hợp vật liệu in dấu ion IIP .18 v 1.5.3 Thành phần vật liệu in dấu ion 19 1.6 Các phương pháp xác định chì 21 1.6.1 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS .21 1.6.2 Phương pháp huỳnh quang .22 1.6.3 Phương pháp von-ampe hòa tan .22 1.6.4 Phương pháp đo phổ hấp thu nguyên tử (AAS) 23 1.7 Sơ lược trình hấp phụ 24 1.8 Sơ lược trình giải hấp phụ .25 1.9 Các phương pháp phân tích tính chất vật liệu 26 1.9.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 26 1.9.2 Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (FT-IR) 27 1.9.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét 28 1.9.4 Phương pháp hấp phụ đa lớp BET 29 1.10 Tình hình nghiên cứu 30 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 32 2.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 32 2.1.1 Thiết bị, dụng cụ .32 2.1.2 Hóa chất 32 2.2 Tổng hợp vật liệu 32 2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano Fe3O4 32 2.2.2 Tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2 33 2.2.3 Tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2@TiO2 33 2.2.4 Tổng hợp vật liệu in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 IIP .33 2.3 Phân tích đặc trưng vật liệu 40 2.3.1 Xác định đặc trưng tinh thể vật liệu phương pháp XRD 40 2.3.2 Xác định dao động đặc trưng vật liệu phương pháp FT-IR .40 2.3.3 Xác định hình thái bề mặt kích thước vật liệu phương pháp SEM 41 2.3.4 Xác định thành phần nguyên tố vật liệu phương pháp EDX 41 2.3.5 Xác tích diện tích bề mặt vật liệu phương pháp BET .41 2.4 Khảo sát thơng số phân tích chì thiết bị AAS 41 vi ... TÀI: Tổng hợp ứng dụng vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 để xác định hàm lượng vết chì mẫu nước NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 - Thẩm định. .. quan vật liệu in dấu ion IIP 18 1.5.1 Đặc điểm kỹ thuật in dấu ion .18 1.5.2 Quy trình tổng hợp vật liệu in dấu ion IIP .18 v 1.5.3 Thành phần vật liệu in dấu ion ... TẠO TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Đề tài ? ?Tổng hợp ứng dụng vật liệu polymer in dấu ion Fe3O4@SiO2@TiO2 để xác định hàm lượng vết chì mẫu nước” nội dung mà nghiên cứu làm luận văn tốt