Xác định chì trong nước bằng phương pháp phổ nguyên tử sử dụng kỹ thuật chiết điểm đám mây (cpe) với vật liệu tio2 mno4 fe3o4 nanocomposite

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN THANH PHONG XÁC ĐỊNH CHÌ TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ NGUYÊN TỬ SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHIẾT ĐIỂM ĐÁM MÂY (CPE) VỚI VẬT LIỆU TiO2/Mn3O4/Fe3O4 NANOCOMPOSITE Chun ngành: HĨA PHÂN TÍCH Mã chun ngành: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020 Cơng trình hồn thành phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Trung tâm Chất lượng nước Môi trường – Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam 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 27 tháng 07 năm 2021 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS.TS Lê Văn Tán - Chủ tịch Hội đồng PGS.TS Nguyễn Ngọc Tuấn - Phản biện PGS.TS Trần Hoàng Phương - Phản biện PGS.TS Nguyễn Văn Cường - Ủy viên TS Cao Xuân Thắng - Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG 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: TRẦN THANH PHONG MSHV: 17000581 Ngày 22 tháng 05 năm sinh 1985 Nơi sinh: Đồng Nai Chun ngành: Hóa phân tích Mã chuyên ngành: 6044018 I TÊN ĐỀ TÀI: Xác định chì (Pb) nước phương pháp phổ nguyên tử sử dụng kỹ thuật chiết điểm đám mây (CPE) với vật liệu TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp vật liệu TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình tổng hợp vật liệu - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình chiết - Ứng dụng phân tích Pb mẫu nước II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: QĐ số 1119/QĐ-ĐHCN ngày 14/06/2019 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2020 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Thanh Thúy Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 10 năm 2020 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Trần Thị Thanh Thúy TRƯỞNG KHOA CN HÓA HỌC LỜI CẢM ƠN Để hồn thành văn thạc sĩ chun ngành Hóa phân tích này, tơi nhận nhiều giúp đỡ, động viên từ thầy cô bè bạn Qua trang viết xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu để hồn thành luận văn Tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô hướng dẫn TS Trần Thị Thanh Thúy, thầy Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh tận tình bảo, truyền đạt kỹ bản, kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trung tâm Chất lượng nước Môi trường – Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam anh, chị đồng nghiệp tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Sau cùng, xin cảm ơn bạn, anh chị lớp cao học CHHPT7A ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Trân trọng TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2020 Học viên Trần Thanh Phong i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong nghiên cứu này, hệ vật liệu TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite tổng hợp thành công phương pháp đồng kết tủa Kết phân tích tính chất vật liệu phương pháp SEM thể vật liệu TiO2/Mn3O4/Fe3O4 có dạng hạt, kích thước khoảng 70 – 80 nm phân bố tương đối đồng Kết EDX XRD cho thấy vật liệu tổng hợp thành công với thành phần phù hợp Kết BET cho thấy diện tích bề mặt riêng vật liệu 41 m2/g Các thông số quy trình chiết điểm đám mây khảo sát để đảm bảo hiệu suất chiết ion chì mẫu nước đạt tối đa Kết cho thấy sử dụng 10 mg vật liệu với tỷ lệ 1:1:0,5, 10 mL Triton X–100 (10%), mL NaCl 1M dung dịch trung tính nhiệt độ 80oC, thời gian chiết 40 phút hiệu suất chiết hấp phụ Pb2+ mg/L đạt 96% Tiếp theo đó, thơng số giải hấp phụ ion Pb2+ thể tích nồng độ dung dịch giải hấp, thời gian giải hấp, … khảo sát Kết cho thấy sử dụng mL HNO3 1M CH3OH với thời gian lắc phút hiệu suất giải hấp phụ ion Pb2+ đạt 97% Vật liệu quy trình chiết điểm đám mây áp dụng để chiết hấp phụ ion Pb2+ mẫu nước Trong phương pháp này, ion Pb2+ hấp phụ vật liệu TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite chuyển vào pha chất hoạt động bề mặt trình chiết CPE Sau đó, ion Pb2+ giải hấp phụ dung dịch HNO3 CH3OH phân tích phương pháp phổ hấp thu nguyên tử GFAAS Ion Pb2+ được xác định phương pháp GF-AAS với điều kiện tối ưu khoảng tuyến tính – 80 μg/L (r2 = 0.998) với giới hạn phát giới hạn định lượng μg/L 10 μg/L; độ lệch chuẩn phương pháp nhỏ 5% hiệu suất thu hồi phương pháp khoảng 96% Phương pháp tối ưu áp dụng để phân tích hàm lượng chì mẫu nước cầu Sài Gòn Kênh N46 khu vực TPHCM Từ khóa: TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite, CPE, Pb, GF-AAS ii ABSTRACT The synthesis of TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite was successful using precipitation method The SEM result shows that the TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite is granular in shape, about 70 – 80 nm in size and distributed relatively uniform The EDX and XRD results show that the material has been successfully synthesized with the right components and characteristics The specific surface area of the TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite material is 41 m2/g by BET result The parameters of the cloud extraction procedure were investigated to ensure maximum lead ion extraction efficiency in water samples The cloud point extraction results are achieved 95-97% with the following optimal parameters: 10 mg of the TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite material in a ratio of 1:1:1, extraction time in 40 minutes, 10 mL of 10% Triton X–100 solution, mL of 1M NaCl in neutral solution at 80oC, … Afterwards, parameters for the desorption of Pb2+ ions such as volume and concentration of the desorption solution, the time of desorption, … were were also investigated The results showed that when using mL of 1M HNO3 in CH3OH with shaking time for minutes, the Pb2+ ion desorption efficiency reached 97% The TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite material and cloud point extraction method were applied for adsorption and extraction of Pb2 + ions in water samples In this method, Pb2 + ions are adsorbed to the TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite material and transferred to the surfactant phase Triton X–100 during CPE extraction Then, Pb2+ ions are desorpted with HNO3 solution in CH3OH and analyzed by atomic absorption spectroscopy (GF-AAS) The Pb2+ ions are determined by GF-AAS method with optimal conditions in the linear range - 80 μg/L (r2 = 0.998) with detection limit and quantitative limit of μg/L and 10 μg/L, respectively; the standard deviation of the method is less than 5% and the recovery efficiency of the method is about 96% The proposed method was applied to analyze lead content in water samples at Saigon Bridge and N46 Canal in Ho Chi Minh area Keywords: TiO2/Mn3O4/Fe3O4 nanocomposite, CPE, lead, GF-AAS iii LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Trần Thanh Phong học viên cao học chun ngành Hóa Phân Tích, lớp CHHPT7A 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 đầy đủ Học viên Trần Thanh Phong iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu .2 3.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU .4 Tổng quan chì 1.1.1 Tính chất vật lý, hóa học chì 1.1.2 Ứng dụng chì .6 1.1.3 Độc tính chì 1.2 Tổng quan Vật liệu nano .8 1.2.1 Giới thiệu nano TiO2 13 1.2.2 Giới thiệu nano Fe3O4 15 1.2.3 Giới thiệu nano Mn3O4 16 1.3 Phương pháp đồng kết tủa tổng hợp vật liệu nano 17 1.4 Tổng quan kỹ thuật chiết điểm đám mây CPE .18 1.5 Phương pháp đo phổ hấp thu nguyên tử (AAS) .19 v 1.6 Tình hình nghiên cứu .20 1.6.1 Tình hình nghiên cứu giới 20 1.6.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 21 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .23 2.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ thí nghiệm .23 2.1.1 Hóa chất, chất chuẩn thí nghiệm 23 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 23 2.1.3 Cách pha hóa chất, chất chuẩn .23 2.2 Tổng hợp vật liệu 24 2.2.1 Tổng hợp vật liệu Mn3O4 .24 2.2.2 Tổng hợp vật liệu Fe3O4 26 2.2.3 Tổng hợp hệ vật liệu TiO2/Mn3O4 27 2.2.4 Tổng hợp hệ vật liệu TiO2/Mn3O4/Fe3O4 .29 2.3 Phương pháp nghiên cứu thành phần cấu trúc vật liệu .30 2.4 Khảo sát yếu tố tổng hợp vật liệu ảnh hưởng đến khả hấp phụ chì 30 2.4.1 Khảo sát điểm đẳng điện (pHpzc) vật liệu 31 2.4.2 Khảo sát ảnh khả hấp phụ vật liệu 31 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu 31 2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ hệ vật liệu .32 2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung .33 2.4.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung 34 2.4.7 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ khuấy .35 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng qui trình xử lý mẫu CPE kết hợp vật liệu nano TiO2/Mn3O4/Fe3O4 Composite 36 2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH 36 2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiết 36 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chiết 37 2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng Triton X-100 38 2.5.5 Khảo sát ảnh hưởng chất điện ly .39 2.5.6 Khảo sát ảnh hưởng ion lạ 40 vi 2.6 Khảo sá yếu tốt ảnh hưởng đến khả giải hấp vật liệu .41 2.6.1 Khảo sát nồng độ chất giải hấp 41 2.6.2 Khảo sát thể tích chất giải hấp .41 2.6.3 Khảo sát thời gian lắc .41 2.7 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 42 2.8 Thẩm định phương pháp 43 2.8.1 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đường chuẩn 43 2.8.2 Xác định giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) phương pháp 44 2.8.3 Độ lặp lại độ lệch chuẩn (RSD) .44 2.8.4 Hiệu suất thu hồi 45 2.9 Ứng dụng xác định chì mẫu nước 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Kết đánh giá tính chất vật liệu tổng hợp phương pháp phân tích hóa lý đại 48 3.1.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 48 3.1.2 Phương pháp đo phổ tán sắc lượng tia X(EDX) 49 3.1.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .50 3.1.4 Phương pháp hấp phụ đa lớp (BET) 52 3.2 Kết khảo sát yếu tố tổng hợp vật liệu ảnh hưởng đến khả hấp phụ chì 53 3.2.1 Xác định điểm đẳng điện 53 3.2.2 Khả hấp phụ vật liệu .54 3.2.3 Ảnh hưởng lượng vật liệu 56 3.2.4 Ảnh hưởng tỷ lệ hệ vật liệu .57 3.2.5 Ảnh hưởng thời gian nung .59 3.2.6 Ảnh hưởng nhiệt độ nung .60 3.2.7 Ảnh hưởng nhiệt độ khuấy tổng hợp vật liệu 61 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng qui trình xử lý mẫu CPE kết hợp vật liệu nano TiO2/Mn3O4/ Fe3O4 nanocomposite 62 3.3.1 Ảnh hưởng pH 62 vii #



,% !-






,.-












,% !-





,/  -


,/  





(




#



(#0



(



#(








(







(





((




2#(1



(#(




2



#(1








((








0





(




2#1((



(#(1



(0



#(
















(1





(




#(0



(#0



(



#








(1













(




#2021



(#(



((



#(2








(







(0











 
 

 
 
&4   









 


























 
















 










5
6









 










/  

























7










88
((

   
/ %  



98+
:









!














/










; 5 !













#
,"










$ 8$ 











!












(#
8
2#
,% !










 %











/