Nghiên cứu chế tạo giấy chỉ thị màu xác định phenol trong nước thải công nghiệp bằng phương in phun

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TỐNG QUỐC NGHỊ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GIẤY CHỈ THỊ MÀU XÁC ĐỊNH PHENOL TRONG NƢỚC THẢI CƠNG NGHIỆP BẰNG PHƢƠNG IN PHUN Chun ngành: HĨA PHÂN TÍCH Mã chuyên ngành: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: TS Đỗ Thị Long Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS.TS Lê Thị Thanh Hƣơng Ngƣời phản iện 1: PGS.TS Nguyễn Ngọc Tuấn Ngƣời phản iện 2: TS Trần Quang Hiếu Luận v n thạc s đƣợc ảo vệ Hội đồng chấm ảo vệ Luận v n thạc s Trƣờng Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh ngày 22 tháng 11 n m 2021 Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm: PGS.TS Nguyễn V n Cƣờng - Chủ tịch Hội đồng PGS.TS Nguyễn Ngọc Tuấn - Phản iện TS Trần Quang Hiếu - Phản iện TS Lê Đình Vũ - Ủy viên TS Cao Xuân Thắng - Thƣ ký (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CNHH BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TỐNG QUỐC NGHỊ MSHV: 17001091 Ngày, tháng, n m sinh: 06/05/1989 Nơi sinh: Hƣơng Khê – Hà T nh Chun ngành: Hóa phân tích Mã chun ngành: 8440118 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo giấy thị màu xác định phenol nƣớc thải công nghiệp ằng phƣơng pháp in phun NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tổng quan tài liệu TYR, COS, nCTS;  Chế tạo COS, nCTS;  Chế tạo giấy thị màu;  Xác định đặc trƣng hình thái cấu trúc vật liệu ằng phƣơng pháp: SEM, FT-IR, GPC, XRD, DLS;  Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến việc pha chế dung dịch in phun;  Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến việc chế tạo giấy thị màu nhƣ: nồng độ, thể tích, số lớp hóa chất phủ, nhiệt độ, thời gian ổn định cấu trúc yếu tố ảnh hƣởng đến điều kiện phản ứng;  Xác định đặc trƣng hình thái cấu trúc giấy CTM ằng phƣơng pháp: SEM, hàm lƣợng tro, FT-IR;  Thẩm định giá trị sử dụng phƣơng pháp giấy thị màu xác định phenol nƣớc thải công nghiệp sử dụng tiêu chuẩn ISO/IEC 17025:2017;  Ứng dụng giấy thị màu đƣợc chế tạo để xác định phenol nƣớc thải công nghiệp II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Quyết định số 119/QĐ-ĐHCN ngày 14 tháng 06 n m 2019 Hiệu trƣởng Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/10/2021 IV NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Ngƣời hƣớng dẫn 1: TS Đỗ Thị Long Ngƣời hƣớng dẫn 2: PGS.TS Lê Thị Thanh Hƣơng Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2021 NGƢỜI HƢỚNG DẪN NGƢỜI HƢỚNG DẪN TRƢỞNG KHOA CNHH TS Đỗ Thị Long PGS.TS Lê Thị Thanh Hƣơng PGS.TS Nguyễn V n Cƣờng LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, để hoàn thành đƣợc áo cáo Luận v n tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP.HCM, Khoa Cơng nghệ Hóa học trƣờng Đại học Công nghiệp TP.HCM, trƣờng Đại học Tài nguyên Môi trƣờng TPHCM, Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp Miền Nam tạo điều kiện trang thiết ị sở vật chất tối ƣu để thực đề tài Cảm ơn quý thầy cô giáo khoa Cơng nghệ Hóa học trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP.HCM, dành hết tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý áo cho em suốt khoảng thời gian học tập trƣờng vừa qua Đồng thời, em xin ày tỏ lòng iết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Thị Thanh Hƣơng TS Đỗ Thị Long định hƣớng, đạo, tận tâm hƣớng dẫn giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu đề tài Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân tình đến gia đình ạn è động viên, chia sẻ giúp đỡ em thời gian học tập nghiên cứu Trong trình làm luận v n, dƣới hƣớng dẫn giảng viên hƣớng dẫn em cố gắng tìm hiểu, tiếp thu kiến thức, học hỏi kinh nghiệm, rèn luyện tác phong làm việc trƣởng thành nhiều Mặc dù cố gắng nhiều q trình làm việc nhƣng khơng tránh khỏi thiếu sót định Vì vậy, em mong nhận đƣợc đánh giá, đóng góp ý kiến quý Thầy Cô Hội đồng chấm áo cáo để em hồn thiện đề tài tốt Nghiên cứu đƣợc tài trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, mã số TNMT.2018.04.13, PGS.TS Lê Thị Thanh Hƣơng làm chủ nhiệm Em xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài nghiên cứu chế tạo thành công giấy thị màu dựa giấy lọc để xác định phenol nƣớc thải công nghiệp Thành phần nhận iết sinh học enzyme tyrosinase đƣợc cố định hiệu ằng hệ ma trận polyme sinh học đa điện tích nano chitosan với aginate natri Phenol phản ứng oxy hóa với enzyme tyrosinase tạo thành quinone có màu Giấy thị màu đƣợc chế tạo theo nguyên tắc in phun lớp lần lƣợt nano chitosan, tyrosinase, aginate natri ề mặt giấy lọc Màu giấy thị sau phản ứng đƣợc định lƣợng ằng camera tích hợp smartphone phần mềm Image J sử dụng không gian màu RGB Nghiên cứu cho thấy khoảng 0,010 – 2,00 (ppm), nồng độ phenol có quan hệ tuyến tính cao (99%) với cƣờng độ màu R giấy thị sau tiếp xúc với phenol Giấy thị màu tƣơng ứng với hệ nano chitosan aginate có LOD = 0,0065 ppm LOQ = 0,0197 ppm Phƣơng pháp xác định phenol nƣớc thải công nghiệp giấy thị màu đƣợc kiểm định giá trị sử dụng theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025:2017 phân tích thống kê ằng phần mềm Excel sử dụng chuẩn t, chuẩn F phân tích ANOVA Kết cho thấy phƣơng pháp có độ xác đạt u cầu áp dụng để xác định phenol nƣớc thải công nghiệp Chitosan oligosaccharide nano chitosan đƣợc điều chế từ chitosan thƣơng mại đƣợc xác định đặc trƣng hình thái, cấu trúc ề mặt (SEM), cấu trúc hóa học độ đề acetyl hóa (FT-IR), khối lƣợng phân tử hệ số phân tán (GPC), pha hình thái tinh thể (XRD), kích thƣớc hạt phân ố kích thƣớc hạt (DLS) Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng yếu tố chế tạo giấy thị màu nhƣ nồng độ, thể tích, số lớp hóa chất phủ, nhiệt độ thời gian ổn định cấu trúc yếu tố ảnh hƣởng đến điều kiện phản ứng nhƣ thể tích phenol, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng điều kiện lƣu trữ giấy thị màu ii ABSTRACT This work reports a success research the new type of paper-based colorimetric for the colorimetric determination of phenol in industrial wastewater Enzyme tyrosinase is the biological component was located effectively through platform matrix of biological enzyme poly-electrolysis from combination between nano chitosan and sodium aginate Oxidazing reaction between phenol and enzyme tyrosinase create colour quinone The sensor is based on a layer-by-layer assembly approach formed by alternately depositing layers of nano chitosan, tyrosinase and sodium alginate onto the filter paper The color change is quantified with the camera smartphone and the Image J software uses the RGB color space The study shows in the range of 0,010 – 2,000 (ppm), the phenol concentration with highly linearity intensity (99%) of colors R of the indicator after exposed to phenol The sensor uses nano chitosan and alginate had LOD = 0,0065 ppm and LOQ = 0,0197 ppm The method of determining phenol in industrial wastewater uses these two types of bio-color indicator paper are validated following ISO/IEC 17025:2005 and statistical analysis by Excel software uses standard t, standard F and ANOVA analysis The result shows that the method had satisfactory accuracy so it’s able to determine phenol in industrial wastewater Chitosan oligosaccharide and nano chitosan prepare from chitosan, which determine the surface structure (SEM), chemical structure and deacetylation (FT-IR), molecular weight and system, dispersion number (GPC), phase and crystal morphology (XRD), particle size and particle size distribution (DLS) This study also check out the effects of made paper-based colorimetric such as concentration, volume, number of layers of each coating chemical, temperature and time of structural stability and influencing factors to reaction conditions such as phenol volume, reaction temperature, reaction time and storage conditions for paper-based colorimetric iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu ản thân tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận v n trung thực, không chép từ ất kỳ nguồn dƣới ất kỳ hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên (Chữ ký) Tống Quốc Nghị iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu .2 Ý ngh a thực tiễn đề tài .3 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phenol 1.1.1 Giới thiệu chung phenol 1.1.2 Tính chất hóa học phenol 1.1.3 Sản xuất sử dụng phenol 1.1.4 Độc tính phenol tình hình nhiễm phenol 1.2 Giới thiệu tyrosinase 12 1.3 Chitosan, chitosan oligosaccharit nano chitosan .14 1.3.1 Chitosan 14 1.3.2 Chitosan oligosaccharit 15 1.3.3 Nano chitosan 15 1.4 Màu sắc phƣơng pháp định lƣợng màu sắc .16 1.4.1 Ánh sáng màu sắc 16 v 1.4.2 Thuộc tính màu sắc 17 1.4.3 Không gian màu .18 1.4.4 Các phƣơng pháp định lƣợng màu sắc 19 1.4.5 Giới thiệu cảm iến sinh học 20 1.5 Tổng quan phƣơng pháp xác định phenol 24 1.5.1 Phƣơng pháp sắc kí 24 1.5.2 Phƣơng pháp cực phổ .26 1.5.3 Phƣơng pháp trắc quang 26 1.5.4 Phƣơng pháp chuẩn độ 28 1.5.5 Phƣơng pháp cảm iến sinh học 29 1.5.6 Phƣơng pháp oxy hóa .29 1.6 Xu hƣớng sử dụng thiết ị IT phổ iến phân tích hóa học đại phƣơng pháp so màu 32 1.7 Tổng quan máy in phun mực in phun 33 1.7.1 Cấu tạo ản máy in phun 33 1.7.2 Cơ chế hoạt động máy in phun 35 1.7.3 Máy in phun nhiệt 36 1.7.4 Máy in phun áp điện .37 1.7.5 Mực in 38 1.7.6 Các thông số kỹ thuật trình in phun 39 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 41 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết ị 41 2.2 Chuẩn ị dung dịch chuẩn 42 2.3 Pha dung dịch làm việc 43 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 2.4.1 Điều chế COS nCTS xác định đặc trƣng hóa lý .45 2.4.2 Phối liệu dung dịch in phun 49 2.4.3 Chế tạo hộp đo màu lựa chọn phần mềm định lƣợng màu sắc 49 2.4.4 Chế tạo giấy CTM 50 2.4.5 Khảo sát ảnh hƣởng màu sắc lớp hóa chất ề mặt giấy 52 vi 3.8.2 LOD,LOQ Bảng phụ lục 3.21 Kết khảo sát LOD,LOQ Cell_nCTS RTB 137,142 137,146 137,139 137,137 137,136 137,135 137,134 137,148 137,139 137,149 137,142 137,137 137,132 137,141 137,143 0,0051 2,5801 0,0065 0,0197 Số lần đo 10 11 12 13 14 15 SD_R a LOD_R LOQ_R 109 5.1.1 Độ lặp Bảng phụ lục 3.22 Kết độ lặp Cell_nCTS Mẫu Lần đo Thể tích mẫu an đầu 100 Thể tích mẫu sau xử lý 161 RTB(Blank) RTB mẫu 135,401 137,595 RTB (Mẫu Blank) 2,194 135,602 137,725 2,123 0,946 135,027 137,152 2,125 0,947 135,094 137,223 2,129 0,950 135,734 137,833 2,099 0,931 135,144 137,107 1,963 0,846 TB CPhOH 0,990 0,935 Mẫu Lần đo Thể tích mẫu an đầu 100 Thể tích mẫu sau xử lý 150 RTB(Blank) RTB mẫu 136,280 138,411 RTB (Mẫu Blank) 2,132 138,864 140,974 2,111 0,938 134,481 136,548 2,067 0,911 135,744 137,932 2,188 0,987 134,966 137,086 2,121 0,945 136,796 138,996 2,200 0,994 TB CPhOH 0,951 0,954 Mẫu Lần đo RTB(Blank) Thể tích mẫu an đầu 100 Thể tích mẫu sau xử lý 157 RTB mẫu 110 RTB (Mẫu Blank) CPhOH 135,908 138,071 2,163 0,971 137,676 139,792 2,116 0,942 134,682 136,763 2,081 0,920 135,521 137,626 2,105 0,935 134,455 136,552 2,097 0,930 134,993 137,073 2,080 0,919 TB 0,936 111 5.1.2 Độ chệch 112 113 114 115 116 117 118 119 Phụ lục 1.14 Sắc ký đồ Phenol 120 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ tên: TỐNG QUỐC NGHỊ Giới tính: Nam Ngày, tháng, n m sinh: 06/05/1989 Nơi sinh: Hƣơng Khê, Hà T nh Email: tongquocnghi@gmail.com Điện thoại:0971060589 II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 2007-2011: Học đại học trƣờng đại học Công Nghiệp TP.HCM Chuyên ngành: Công nghệ hóa học 2017-2021: Học cao học trƣờng đại học Cơng Nghiệp TP.HCM Chun ngành: Hóa phân tích III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 10/20115/2019 Phịng NC khoa học Đất – Viện Khoa Nghiên cứu Viên học kỹ thuật nơng nghiệp miền Nam 6/2019-Nay Trung tâm phân tích dịch vụ khoa học công nghệ nông nghiệp - Viện Khoa học kỹ thuật nơng nghiệp miền Nam Phó giám đốc XÁC NHẬN CỦA Tp HCM, ngày tháng Năm 20 CƠ QUAN / ĐỊA PHƢƠNG Ngƣời khai (Ký tên, đóng dấu) (Ký tên) Tống Quốc Nghị 121 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7874:2008 Nƣớc - Xác định phenol dẫn xuất phenol - Phƣơng pháp sắc ký chiết lỏng-lỏng D Puig, D Barceló, “Determination of Phenolic Compounds in water and wast water“, Chemistry, 15 Trends in Analytical (8), 362–375 (1996) Deepak Kumar Yadav and Jeena Harjit, Determination of phenol compounds in waste water by using compelling agent: N-Phenyl-benzoic-hydroxamic acid, Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC) e-ISSN: 2278-5736, 7(4), 06-12 (2014) Tiêu chuẩn ngành 64 TCN 102:1997 - Xác định phenol nƣớc thải Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6216 – 1996 “Xác định số phenol – Phƣơng pháp trắc phổ dùng – Aminoantiptrin sau chƣng cất” Tiago Margraf, Ariadne Roberto Karnopp, Neiva Deliberali Rosso, and Daniel Granato, Comparison between Folin- Ciocalteu and Prussian Blue Assays to Estimate The Total Phenolic Content of Juices and Teas Using 96-Well Microplates, Journal of Food Science, 80(11), C2397-C2403 (2015) Nguyễn Thị Thu Phƣơng Nguyễn Thị Hồng Hƣơng, Định lƣợng hợp chất phenolic số chế phẩm từ chè vằng phƣơng pháp đo quang (Jasminum sutriplinerve lume.), Y Học TP Hồ Chí Minh, 15(1), 511-514 (2011) Giang Thị Phƣơng Anh, Phan Thanh Dũng, V Thị Bạch Huệ, Xác định hợp chất polyphenol toàn phần có số loại rau có tác dụng làm mịn da phƣơng pháp Folin-Ciocalteu, Y Học TP Hồ Chí Minh, 18(2), 193-197 (2014) Gupta Nirja, Parmar Prachi and Pillai Ajai, Spectrophotometric Determination of Phenol in Micellar Medium, Research Journal of Chemical Sciences, 2012, 2(12), 6-10 10 Horace D Graham, Stabilization of the Prussian Blue Color in the Determination of Polyphenols, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 40, 801-805 (1992) 11 Andressa Blainski, Gisely Cristiny Lopes, Application and analysis of the Folin Ciocalteu method for the determination of the total phenolic content from Limonium Brasiliense L, Molecules, 18, 6852-6865 (2013) 12 Nur Huda-Faujan, Zulaikha Abdul Rahim, Maryam Mohamed Rehan, Faujan Bin Haji Ahmad, Comparative analysis of phenolic content and antioxidative activities of eight Malaysian traditional vegetables, Malaysian Journal of Analytical Sciences, 19(3), 611 – 624 (2015) 13 Ijaz Gul, M Sheeraz Ahmad, S M Saqlan Naqvi, and Ansar Hussain, Polyphenol oxidase (PPO) based biosensors for detection of phenolic compounds: A Review, Journal of Applied Biology & Biotechnology, 5(03), 072-085 (2017) 14 I Gul1, A Hussain1, A Sami1, Z Ahmad1, S.M.S Naqvi1, N Ilyas and M.S Ahmad, Detection of phenolic compounds by colorimetric bioassay using crude polyphenol oxidase, The Nucleus, 54(2), 105-113 (2017) 15 Lê Tự Hải, Nghiên cứu trình xử lý phenol nƣớc phƣơng pháp oxi hóa điện hóa điện cực PbO2, Đại học Đà Nẵng, (2009) 16 Nguyễn Thanh Bình Minh, Phƣơng pháp nghiên cứu xác định hợp chất phenol nƣớc sắc ký lỏng- đầu dị điện hóa, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM (2009) 17 Nông Minh Tuấn, Đề tài nghiên cứu thiết bị pin nhiên liệu vi sinh vật (microbial fuel cell) sử dụng làm cảm biến sinh học đánh giá chất lƣợng nƣớc thải, Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội (2014) 122 18 Trịnh Thị Thu Hằng, Nghiên cứu tạo điện cực tyrosine từ Aspergillus oryzae TP01 ứng dụng, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 48, 2, 37-45 (2010) 19 M Arciuli et al., Bioactive paper platform for colorimetric phenols detection, Sensors and Actuators B, 186, 557– 562 (2013) 123