Khóa luận tốt nghiệp đại học nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc pani hấp thu hợp chất dde trong dịch chiết đất ô nhiễm

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài 2.Mục đich nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa hóa chất BVTV 1.2 Phân loại hóa chất BVTV 1.3 Thực trạng đất bị ô nhiễm POP nước ta 1.4 Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP 1.5 Tổng hợp ứng dụng vật liệu gốc polyanilin 1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi 1.5.2 Mùn cưa ứng dụng mùn cưa 12 1.5.3 Bã mía ứng dụng bã mía 13 1.6 Hấp phụ đẳng nhiệt .14 1.6.1 Khái niệm hấp phụ 14 1.6.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 15 1.6.3 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Thực nghiệm 19 2.2 Phương pháp nghiên cứu .22 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp thu 26 3.2 Đặc trưng vật liệu hấp thu 27 3.2.1 Đặc trưng MC PANi/MC 27 3.2.2 Đặc trưng BM PANi/BM 31 3.3 Khả hấp thu thuốc BVTV vật liệu .33 3.3.1 Khả hấp thu p,p’-DDE vật liệu gốc PANi mùn cưa .34 3.3.1.1 Ảnh hưởng chất vật liệu 34 3.3.1.2 Ảnh hưởng thời gian 36 3.3.1.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 36 3.3.1.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu 37 3.3.1.5 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt .38 3.3.2 Khả hấp thu p,p’-DDE vật liệu gốc PANi bã mía 40 3.3.2.1 Ảnh hưởng chất vật liệu 40 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian 42 3.3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 42 3.3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu 43 3.3.2.5 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt .44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự khác biệt số lượng điểm tồn lưu thuốc BVTV ghi nhận năm 2013 Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi (NH4)2S2O8 Hình 1.3 Hình ảnh thành phần hố học bã mía Hình 1.4 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Hình 1.5 Đồ thị phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Hình 1.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Hình 1.7 Đồ thị phụ thuộc lg q vào lg C Hình 3.1a,b,c Phổ hồng ngoại mùn cưa, PANi, PANi/mùn cưa Hình 3.2 Ảnh SEM mùn cưa (a), PANi (b) PANi-MC (c) Hình 3.3a,b Phổ hồng ngoại bã mía, PANi/bã mía Hình 3.4 Ảnh SEM bã mía (a), PANi (b) PANi-BM (c) Hình 3.5 Khả hấp thu DDE vật liệu gốc PANi mùn cưa Hình 3.6 Hiệu suất hấp thu DDE vật liệu gốc PANi mùn cưa Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hiệu suất hấp thu hợp chất DDE vật liệu gốc PANi/mùn cưa Hình 3.8 Khả hấp phụ hợp chất DDE thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ PANi/mùn cưa Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ DDE sử dụng VLHT PANi/mùn cưa Hình 3.10 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/ mùn cưa Hình 3.11 Mối quan hệ RL với nồng độ p,p’-DDE ban đầu sử dụng VLHT PANi/mùn cưa Hình 3.12 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich sử dụng VLHT PANi/ mùn cưa Hình 3.13 Khả hấp thu DDE vật liệu gốc PANi bã mía Hình 3.14 Hiệu suất hấp thu DDE vật liệu gốc PANi bã mía Hình 3.15 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hiệu suất hấp phụ hợp chất DDE vật liệu gốc PANi/bã mía Hình 3.16 Khả hấp phụ hợp chất DDE thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ PANi/bã mía Hình 3.17 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ sử dụng VLHT PANi/bã mía Hình 3.18 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/bã mía Hình 3.19 Mối quan hệ RL với nồng độ ban đầu p,p’-DDE sử dụng VLHT PANi/bã mía Hình 3.20 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich sử dụng VLHT PANi/ bã mía BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Quy kết nhóm chức mùn cưa Bảng 3.2 Quy kết nhóm chức PANi Bảng 3.3 Quy kết nhóm chức PANi-mùn cưa Bảng 3.4 Quy kết nhóm chức bã mía Bảng 3.5 Quy kết nhóm chức PANi-bã mía Bảng 3.6 Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/mùn cưa Bảng 3.7 Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Freundlich sử dụng VLHT PANi/ mùn cưa Bảng 3.8 Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/bã mía Bảng 3.9.Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Freundlich sử dụngVLHT gốc PANi/ bã mía DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật MC Mùn cưa BM Bã mía Ani Anilin PANi PA Polyanilin PANi-BM/ PABM Polyanilin-bã mía PANi-MC/ PAMC Polyanilin-mùn cưa VLHT Vật liệu hấp thu APS Amoni pesunfat CV Vòng tuần hoàn đa chu kỳ DDD Dichlorodiphenyldichloroethan DDE Dichlorodiphenyldichloroethylen DDT 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethan GCMS Gas Chromatography Mass Spectometry HPLC High Performance Liquid Chromatography IR Phổ hồng ngoại POP Persistent organic pollutans SEM Scanning Electron Microscope MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với phát triển công nghiệp đại, việc sử dụng loại hóa chất BVTV phân bón hố học nơng nghiệp ngày tăng, chí cịn bị lạm dụng gây cân sinh thái Trong q trình sử dụng hóa chất BVTV phân bón hố học, lượng đáng kể thuốc phân không trồng tiếp nhận lan truyền tích lũy đất, nước Ngồi ra, tác động tiêu cực khác dư lượng hóa chất BVTV phân bón làm suy thối chất lượng môi trường canh tác nông nghiệp tượng phú dưỡng đất, nước, nhiễm đất, nước, giảm tính đa dạng sinh học vùng nông thôn, giảm khả chống chịu sâu bệnh thuốc bảo vệ thực vật Bảo vệ môi trường, đảm bảo phát triển bền vững ngày trở thành chiến lược mang tính tồn cầu, khơng cịn vấn đề riêng cho quốc gia khu vực, thành phố Bảo vệ môi trường tự nhiên (nguồn nước, không khí, đất đai, đa dạng sinh học …) vấn đề liên quan tới chất lượng mơi trường mà cịn việc bảo vệ môi trường cho hệ tương lai Ở nước ta có đến 1556 điểm (thơn, xã) có đất bị nhiễm hóa chất BVTV, điển hình tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, Sự ô nhiễm gây nhiều hệ lụy sinh thái sức khỏe cho người bệnh tim mạch, ung thư,…Yêu cầu cấp bách phải xử lý hồn ngun vùng đất bị nhiễm [1] Phương pháp rửa đất phương pháp có hiệu quả, áp dụng cho tất mức độ ô nhiễm, kể mức ô nhiễm cao Sau chiết rửa, dung dịch cần loại bỏ hóa chất BVTV phương pháp hấp phụ thu hồi áp dụng Thực tế, có nhiều điểm nhiễm nghiêm trọng xây cách ly bao quanh, nước nguồn mưa từ vùng nhiễm hấp phụ than hoạt tính, điển hình tỉnh Nghệ An [1] Tuy nhiên, có nhiều loại vật liệu hấp phụ có hiệu cao, giá thành thấp, phù hợp, dễ chế tạo có độ bền cao mơi trường Trong đó, có vật liệu gốc polyme dẫn điện polyanilin (PANi) Vật liệu PANi sử dụng hấp phụ hợp chất gây ô nhiễm môi trường kim loại nặng đặc biệt hợp chất hữu khó phân hủy DDT, PCB PANi mùn cưa [2-7] Các vật liệu lignocelluloses mùn cưa, bã mía, xơ dừa, trấu, nghiên cứu cho thấy khả tách kim loại nặng, hợp chất hữu khó phân hủy nhờ vào thành phần cấu trúc nhiều lỗ xốp thành phần gồm polymer cellulose, pectin, lignin polymer hấp phụ nhiều ion kim loại [9] Với mục tiêu tìm kiếm loại phụ phẩm nơng nghiệp có khả xử lý hiệu POP nghiên cứu ban đầu chọn sản phẩm mùn cưa bã mía để khảo sát khả tách POP chúng môi trường đất Từ lý khách quan tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi hấp thu hợp chất DDE dịch chiết đất ô nhiễm” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp PANi/ mùn cưa PANi/ bã mía phương pháp hóa học Hấp thu hợp chất DDE dịch chiết đất ô nhiễm PANi/ mùn cưa PANi/ bã mía nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng POP hợp chất hữu khó phân hủy tồn dư mơi trường đất thơng qua q trình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật sản xuất nông nghiệp Khi nghiên cứu trình phân hủy POP vật liệu PANi/ mùn cưa PANi/ bã mía ta áp dụng phân hủy hợp chất bền như: Phenol, clobenzen (dẫn xuất halogen), ancol, loại amin, hợp chất dị vịng… Từ tìm phương pháp đơn giản để xử lí chất nhiễm bảo vệ mơi trường Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tình hình nhiễm hóa chất BVTV Nghiên cứu phương pháp tổng hợp PANi/MC PANi/BM PP hóa học Nghiên cứu hấp thu DDE PANi/MC PANi/BM điều kiện khác như: thời gian, khối lượng vật liệu, nồng độ DDE mơ hình hấp thu đẳng nhiệt cho DDE Phân tích, đánh giá kết mẫu nước có chứa thuốc hợp chất DDE hấp thu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hóa chất BVTV, polyanilin, mùn cưa, bã mía Phương pháp nghiên cứu Đọc tìm hiểu tài liệu có liên quan tới PANi, mùn cưa, bã mía hóa chất BVTV (điển hình DDE), phương pháp hấp thu chất ô nhiễm môi trường Sử dụng phương pháp nghiên cứu đánh giá PANi/ mùn cưa (IR, SEM) Sử dụng phương pháp phân tích hàm lượng hợp chất DDE (GCMS) Đánh giá, phân tích xử lý số liệu thu phần mềm thông dụng Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu báo cáo góp phần làm sở khoa học để mở phương pháp xử lí hợp chất hữu khó phân hủy gây ô nhiễm cách đơn giản hiệu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa hóa chất BVTV [8] Hóa chất BVTV hợp chất hố học (vơ cơ, hữu cơ), chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng, …), chất có nguồn gốc thực vật, động vật, sử dụng để bảo vệ trồng nông sản, chống lại phá hại sinh vật gây hại (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, thú rừng, nấm, vi khuẩn, rong rêu, cỏ dại, …) Ngồi tác dụng phịng trừ sinh vật gây hại tài ngun thực vật, hóa chất BVTV cịn bao gồm chế phẩm có tác dụng điều hồ sinh trưởng thực vật, chất làm rụng lá, làm khô cây, giúp cho việc thu hoạch mùa màng giới thuận tiện (thu hoạch vải, khoai tây máy móc, …) Những chế phẩm có tác dụng xua đuổi thu hút loài sinh vật gây hại tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt 1.2 Phân loại hóa chất BVTV 1.2.1 Phân loại theo gốc hóa học [9] a) Hóa chất BVTV thuộc nhóm hợp chất clo hữu cơ: Hóa chất BVTV nhóm clo thường có độ độc mức độ I II Các hợp chất nhóm gồm: Aldrin, BHC, Chlordan, DDE, DDT, Dieldrin, Endrin, Endosulphan, Heptachlor, Keltan, Lindane, Methoxyclor, Rothan, Perthan, TDE, Toxaphen v.v hợp chất mà cấu trúc phân tử chúng có chứa nhiều nguyên tử clo liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon Trong hợp chất DDT Lindane loại hóa chất BVTV sử dụng nhiều Việt Nam từ trước năm 1960-1993 b) Hóa chất BVTV thuộc nhóm lân hữu cơ: Là este axit phosphoric Đây nhóm hóa chất độc với người động vật máu nóng, điển hình nhóm Methyl Parathion, Ethyl Parathion, Mehtamidophos, Malathion, Hầu hết loại hóa chất BVTV nhóm bị cấm độc tính chúng cao c) Hóa chất BVTV thuộc nhóm carbamat: Là este axit carbamic có phổ phịng trừ rộng, thời gian cách ly ngắn, điển hình nhóm Bassa, Carbosulfan, Lannate 1.2.2 Phân loại theo cơng dụng Gồm có loại hóa chất BVTV sau: Thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh, thuốc trừ cỏ dại, thuốc trừ ốc sên, thuốc trừ chuột, thuốc trừ nhện hại cây, trừ tuyến trùng, trừ động vật hoang dã hại mùa màng, thuốc điều hòa sinh trưởng cây… [8] Ngồi ra, cịn có nhiều cách phân loại hóa chất BVTV khác như: phân loại theo nhóm độc, phân loại theo thời gian phân hủy 1.3 Thực trạng đất bị ô nhiễm POP nước ta [9] Tại Việt Nam, hóa chất BVTV sử dụng từ năm 40 kỷ XX nhằm bảo vệ trồng Theo thống kê vào năm 1957 miền Bắc nước ta sử dụng khoảng 100 Đến trước năm 1985 khối lượng hóa chất BVTV dùng hàng năm khoảng 6.500 - 9.000 03 năm gần đây, hàng năm Việt Nam nhập sử dụng từ 70.000 - 100.000 tấn, tăng gấp 10 lần Các loại thuốc BVTV mà Việt Nam sử dụng có độ độc cao, nhiều loại thuốc lạc hậu Tuy nhiên, nhiều loại hóa chất trừ sâu sử dụng lĩnh vực khác, ví dụ sử dụng DDT để phòng trừ muỗi truyền bệnh sốt rét (từ 1957 -1994: 24.042 Hiện nay, tỉ lệ thành phần loại hố chất BVTV thay đổi (hóa chất trừ sâu: 33%; hóa chất trừ nấm: 29%; hóa chất trừ cỏ: 50%, 1998) Danh mục thuốc BVTV phép sử dụng nước ta đến năm 2013 lên tới 1.643 hoạt chất, khi, nước khu vực có khoảng từ 400 đến 600 loại hoạt chất, Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malaysia 400-600 loại (Hội nông dân, 2015) Để phát triển nông nghiệp, việc sử dụng hóa chất BVTV khơng thể thiếu Hiện trạng sử dụng ngày tăng chủng loại khối lượng nhằm góp phần vào phát triển kinh tế nông nghiệp đất nước Trong năm thập niên 60-90 kỷ trước, phương thức sản xuất tổ chức quản lý thời bao cấp đặc thù thời kỳ chiến tranh, thuốc BVTV nói chung DDT nói riêng phân phát nhỏ lẻ cho đơn vị tổ, đội thuộc hợp tác xã nông nghiệp, nông lâm trường để sử dụng Do chưa hiểu biết tác hại Từ hình 3.5 ta thấy, nồng độ ban đầu không thay đổi mà thay đổi tỉ lệ phối trộn PANi mùn cưa dung lượng hấp phụ DDE vật liệu khoảng 10,46÷14,2 mg/g Trong đó, mẫu PANi MC có dung lượng thấp mẫu phối trộn PANi mùn cưa Mẫu PAMC11 có dung lượng hấp thu cao Vậy ta phối trộn PANi MC khả hấp phụ DDE thay đổi theo hướng tích cực, dung lượng hấp phụ tăng cao so với chất mang ban đầu PANi mùn cưa Chứng tỏ compozit PANi – mùn cưa vật liệu hấp phụ tương đối tốt cho việc hấp phụ DDE gây nguy hiểm môi trường 100 H% DDE 90 80 70 60 50 40 30 20 PANi MC PAMC11 PAMC12 PAMC21 Hình 3.6 Hiệu suất hấp thu DDE vật liệu gốc PANi mùn cưa Từ nồng độ DDE hấp thu vật liệu ta dễ dàng tính hiệu suất hấp thu VLHT biểu diễn biểu đồ hình 3.6 Nhìn vào biểu đồ ta thấy hiệu suất hấp thu PANi/MC cho kết tích cực nhiều, sử dụng riêng PANi hóa học hiệu suất đạt khoảng 59.120%, nhiên sử dụng PANi/MC hiệu suất đạt tới 74.565% Trong số vật liệu gốc PANi chế tạo được, vật liệu PAMC11 có hiệu suất hấp thu DDE cao 74,57% Điều cho thấy, VLHT có phối trộn PANi mùn cưa theo tỉ lệ 1:1 có khả hấp phụ DDE cao mẫu PANi mùn cưa khơng có kết hợp biến tính PANi 36 3.3.1.2 Ảnh hưởng thời gian 100 100 q (mg/g) %H 80 60 60 40 40 20 20 0 10 20 30 40 50 t (phút) 60 70 80 %H q (mg/g) 80 90 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hiệu suất hấp thu hợp chất DDE vật liệu gốc PANi/mùn cưa Nhìn vào biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hiệu suất hấp thu hợp chất DDE vật liệu gốc PANi/mùn cưa hình 3.7 ta thấy, thời gian hấp phụ tăng nồng độ DDE dung dịch sau hấp phụ giảm, dẫn đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ tăng lên Thời gian hấp thu 80 phút dung lượng hiệu suất hấp thu DDE vật liệu đạt lớn 15,185 mg/g 79,725% Theo kết khảo sát từ 40 phút trở dung lượng hiệu suất hấp thu DDE tăng chậm ổn định hơn, chứng tỏ hấp phụ vật liệu ổn định đạt đến cân hấp phụ 3.3.1.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu Để xác định dung lượng hấp phụ cực đại cách xác việc nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng hấp phụ đến khả hấp phụ cần thiết Kết nghiên cứu biểu diễn đồ thị hình 3.8 cho thấy, khối lượng VLHT tăng dần từ 0.07 ÷ 0.35 gam dung lượng hấp thu p,p’-DDE VLHT giảm dần cao đạt tới 21,328 mg/g hiệu suất hấp thu tăng dần đạt tới 95,147% Điều hồn tồn phù hợp với cơng thức (3.1) xác định dung lượng hấp phụ - dung lượng hấp phụ tỉ lệ nghịch với khối lượng chất hấp phụ công thức (3.2) xác định hiệu suất hấp phụ 37 10 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 %H q (mg/g) q (mg/g) %H 0,07 0,14 0,21 m (gam) 0,28 0,35 Hình 3.8 Khả hấp phụ hợp chất DDE thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ PANi/mùn cưa 3.3.1.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu 120 120 80 80 40 40 0 %H q (mg/g) q (mg/g) %H 40 80 120 Co (mg/l) 160 200 Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ DDE sử dụng VLHT PANi/mùn cưa Nhìn vào biểu đồ ta thấy, khoảng nồng độ khảo sát nồng độ ban đầu Co tăng dần dung lượng hấp thu DDE tăng cịn hiệu suất hấp thu có xu hướng giảm dần Ở nồng độ ban đầu nhỏ (Co < 40mg/l) đường biểu diễn phụ thuộc 38 q vào Co có xu hướng tăng Tuy nhiên nồng độ ban đầu lớn (Co > 40mg/l) đường biểu diễn có xu hướng tăng chậm lại 3.3.1.5 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 10 y = 0.1146x + 4.0014 R² = 0.8121 C/q (g/l) 10 20 30 40 C (mg/l) Hình 3.10 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/ mùn cưa Tiến hành khảo sát khả hấp phụ PANi /mùn cưa theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính (hình 3.10) Từ ta xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax hệ số Langmuir KL sau: Bảng 3.6 Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Langmuirkhi sử dụng VLHT PANi/mùn cưa Chất Phương trình dạng tuyến tính R2 qmax (mg/g) KL (l/mg) p,p’-DDE y = 0,114x + 4,001 0,812 8,772 0,0285 Theo mục 1.6.2 ta xác định giá trị RL cho nồng độ ban đầu Co p,p’-DDE Dựa vào ta vẽ đồ thị mối quan hệ RL với nồng độ p,p’-DDE ban đầu hình 3.11 39 0.6 p,p'-DDE 0.5 RL 0.4 0.3 0.2 0.1 40 80 120 160 200 Co Hình 3.11 Mối quan hệ RL với nồng độ ban đầu p,p’-DDE sử dụng VLHT PANi/mùn cưa Kết cho thấy tham số RL phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ Co, Co tăng RL giảm dần đến 0, tức nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mơ hình có xu tiến dần đến mơ hình khơng thuận lợi [12] Điều hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp tăng dung lượng hấp phụ thời điểm cân có xu hướng giảm dần Tiếp theo, ta tiến hành khảo sát khả hấp phụ PANi /mùn cưa theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich dạng tuyến tính (hình 3.12) 2.0 y = 0.6858x - 0.9586 R² = 0.9911 1.5 ln q 1.0 0.5 0.0 -0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 ln C Hình 3.12 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich sử dụng VLHT PANi/ mùn cưa 40 Từ mơ hình đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ta tính giá trị số n hệ số Freundlich Kf sau: Bảng 3.7 Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Freundlich sử dụng VLHT PANi/ mùn cưa Phương trình Chất dạng tuyến tính p,p’-DDE y = 0.685x - 0.958 R2 n Kf 0.991 1.46 0.384 Từ kết thu bảng 3.7 3.8, nhận thấy hệ số tương quan R2 cao cho mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt (R2 > 0,85); giá trị hệ số n tham số RL nằm khoảng thuận lợi cho trình hấp phụ Do mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich mơ hình thuận lợi để mơ tả trình hấp phụ p,p’-DDE vật liệu PANi/mùn cưa 3.3.2 Khả hấp thu p,p’-DDE vật liệu gốc PANi bã mía 3.3.2.1 Ảnh hưởng chất vật liệu 16 DDE 14 q (mg/g) 12 10 PANi BM PABM11 PABM12 PABM21 Hình 3.13 Khả hấp thu DDE vật liệu gốc PANi bã mía 41 Dựa vào đồ thị hình 3.13 ta thấy, dung lượng hấp phụ DDE vật liệu khoảng 11,26 ÷ 13,98 mg/g Trong đó, mẫu PANi BM có dung lượng thấp mẫu PABM21, PABM11, PABM12 Mẫu PABM21 có dung lượng hấp thu cao Vậy ta phối trộn PANi MC khả hấp phụ DDE thay đổi theo hướng tích cực, dung lượng hấp phụ tăng cao so với chất mang ban đầu PANi MC chứng tỏ compozit PANi – mùn cưa vật liệu hấp phụ tương đối tốt cho việc hấp phụ DDE gây nguy hiểm cho môi trường 80 DDE 70 %H 60 50 40 30 20 PANi BM PABM11 PABM12 PABM21 Hình 3.14 Hiệu suất hấp thu DDE vật liệu gốc PANi bã mía Từ nồng độ DDE hấp thu vật liệu ta dễ dàng tính hiệu suất hấp thu VLHT biểu diễn biểu đồ hình 3.14 Nhìn vào biểu đồ ta thấy hiệu suất hấp thu PANi/bã mía cho kết tích cực nhiều, sử dụng riêng PANi hóa học hiệu suất đạt khoảng 59.120%, ngun nhân môi trường axit mạnh, PANi chuyển dạng khơng có electron tự nên khả hấp phụ kém, nhiên sử dụng PANi/BM hiệu suất đạt tới 73.369% Trong số vật liệu gốc PANi chế tạo được, vật liệu PABM21 có hiệu suất hấp thu DDE cao 73,369% Điều cho thấy, mẫu vật liệu có phối trộn PANi mùn cưa theo tỉ lệ 2:1 có khả hấp phụ DDE cao mẫu PANi mùn cưa khơng có kết hợp biến tính PANi 42 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 %H q (mg/g) q (mg/g) %H 10 20 30 40 50 t (phút) 60 70 80 90 Hình 3.15 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hiệu suất hấp thuhợp chất DDE vật liệu gốc PANi/bã mía Nhìn vào biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hiệu suất hấp thu hợp chất DDE vật liệu gốc PANi/bã mía hình 3.15 ta thấy, thời gian hấp phụ tăng nồng độ DDE dung dịch sau hấp phụ giảm, dẫn đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ tăng lên Thời gian hấp thu 80 phút dung lượng hiệu suất hấp thu DDE vật liệu đạt lớn 2,063 mg/g 90,248% Theo kết khảo sát từ 20 phút trở hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể, sau 60 phút hấp phụ, hiệu suất hấp phụ có xu hướng giảm; điều mối liên kết chất hấp phụ (vật liệu compozit) chất bị hấp phụ (p,p’-DDE) chưa thật bền vững bị đứt gãy trình khuấy trộn 3.3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu Để xác định dung lượng hấp phụ cực đại cách xác việc nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng hấp phụ đến khả hấp phụ cần thiết Dựa vào nồng độ DDE sau hấp thu thay đổi khối lượng vật liệu ta vẽ đồ thị khả hấp phụ hợp chất DDE thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ PANi/bã mía (hình 3.16), khối lượng VLHT tăng dần từ 0.02 ÷ 0.1 gam dung lượng hấp thu p,p’-DDE VLHT giảm dần cao đạt tới 11,714 mg/g 43 hiệu suất hấp thu tăng dần đạt tới 66,95% Như thực hấp thu lượng DDE với khối lượng VLHT khác ta cho kết khác nhau, thực khoảng m = 0,06÷ 0,08 gam thu kết tốt 80 80 q (mg/g) %H 60 40 40 %H q (mg/g) 60 20 20 0 0.02 0.04 0.06 m (gam) 0.08 0.10 Hình 3.16 Khả hấp phụ hợp chất DDE thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ PANi/bã mía 3.3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu 120 120 q (mg/g) %H q (mg/g) 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 -20 20 40 60 80 %H 100 -20 100 Co (mg/l) Hình 3.17 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ sử dụng VLHT PANi/bã mía Qua q trình nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu Co ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào Co hình 3.17 Trong khoảng nồng độ khảo sát nồng độ ban đầu Co tăng dần dung lượng hấp thu DDE tăng Ở nồng độ ban đầu nhỏ (Co < 60mg/l) đường biểu diễn phụ 44 thuộc q vào Co có xu hướng tăng Cịn nồng độ ban đầu lớn (Co > 60mg/l) đường biểu diễn có xu hướng tăng chậm 3.3.2.5 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 1.4 y = 0.0199x + 0.9047 R² = 0.9097 C/q (g/l) 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 12 16 20 C (mg/l) Hình 3.18 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/bã mía Tiến hành khảo sát khả hấp phụ PANi /bã mía theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính (hình 3.18) Từ ta xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax hệ số Langmuir KL bảng 3.8 Bảng 3.8 Các giá trị thơng số cho phương trình đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHT PANi/bã mía Chất p,p’-DDE Phương trình R2 dạng tuyến tính y = 0.019x + 0.904 0.909 qmax KL (mg/g) (l/mg) 52.631 0.021 Theo mục 1.6.2 ta xác định giá trị RL cho nồng độ ban đầu Co p,p’-DDE Dựa vào ta vẽ đồ thị mối quan hệ RL với nồng độ p,p’-DDE ban đầu hình 3.19 45 p,p'-DDE RL 0.8 0.6 0.4 20 40 60 Co (mg/l) 80 100 Hình 3.19 Mối quan hệ RL với nồng độ ban đầu p,p’-DDE sử dụng VLHT PANi/bã mía Kết cho thấy tham số RL phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ Co, Co tăng RL giảm dần đến 0, tức nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mơ hình có xu tiến dần đến mơ hình khơng thuận lợi [12] Điều hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp tăng dung lượng hấp phụ thời điểm cân có xu hướng giảm dần tương tự với vật liệu hấp phụ PANi/ mùn cưa 3.0 y = 0.8482x + 0.2237 R² = 0.9989 ln q 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 ln C 2.5 3.0 3.5 Hình 3.20 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich sử dụng vật liệu hấp phụ PANi/ bã mía Tiếp theo, ta tiến hành khảo sát khả hấp phụ PANi /bã mía theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich dạng tuyến tính (hình 3.20) Và từ mơ hình đường hấp 46 phụ đẳng nhiệt Freundlich ta tính giá trị số n hệ số Freundlich Kf bảng 3.9 Bảng 3.9.Các giá trị thông số cho phương trình đẳng nhiệt Freundlich sử dụngVLHT gốc PANi/ bã mía Chất p,p’-DDE Phương trình dạng tuyến tính y = 0.848x + 0.223 R2 n Kf 0.998 1.18 1.25 Từ kết thu bảng 3.9 3.10, nhận thấy hệ số tương quan R2 cao cho mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt (R2 > 0,85); giá trị hệ số n tham số RL nằm khoảng thuận lợi cho q trình hấp phụ Do mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich mơ hình thuận lợi để mơ tả q trình hấp phụ p,p’-DDE vật liệu PANi/bã mía 47 KẾT LUẬN Kết luận: Đã tổng hợp thành công vật liệu PANi/mùn cưa PANi/ bã mía phương pháp trùng hợp hóa học với tỉ lệ khác ANi mùn cưa bã mía 1/1, 1/2, 2/1, PANi tồn dạng muối Các đặc trưng vật liệu kiểm chứng phổ hồng ngoại ảnh SEM, vật liệu có cấu trúc dạng sợi với kích cỡ PANi/mùn cưa khoảng 150-200 nm PANi/bã mía khoảng 50-70µm Đã so sánh khả hấp thu DDE thuốc BVTV khó phân hủy vât liệu tổng hợp PANi/mùn cưa với BM PANi đơn thuần, PANi/ bã mía với BM PANi đơn ta thấy PANi phối trộn với mùn cưa bã mía có khả hấp thu DDE tốt hẳn đạt hiệu suất cao Đã nghiên cứu khả hấp thu DDE thuốc BVTV khó phân huỷ VLHT ảnh hưởng yếu tố thời gian, khối lượng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ Kiến nghị: Đề tài cần có thêm nghiên cứu động học trình hấp thu nghiên cứu chế, chất trình hấp thu p,p’-DDE vật liệu gốc PANi Ngoài cần nghiên cứu thêm hấp phụ hợp chất hữu gây ô nhiễm môi trường khác vật liệu gốc PANi 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Tài nguyên Môi trường, Báo cáo Đánh giá năm thực định 1946/QĐ-TTG Thủ tướng phủ, Hà Nội tháng 12/2015 R Ansari and F Raofie, “Removal of lead ion from aqueous solutions using sawdust coated by polyaniline”, E-Journal of Chemistry, Vol 3, No 10, pp 49-59, (2006) Reza Ansari, Samaneh Alaie and Ali Mohammad-khah (2011), Application of polyaniline for removal of acid green 25 from aqueous solutions, Journal of Scientific & Industrial Research, Vol 70, pp 804-809 Phan Thị Bình, Phạm Thị Tốt, Mai Thị Thanh Thùy, Mai Thị Xuân Hoàn nguyên vật liệu polyanilin - phụ phẩm nơng nghiệp sử dụng xử lí chì (II) dung dịch, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 52 (2), 213-220, (2014) M H Fekri, M Banimahd keivani, M Darvishpour, H Banimahd keivani Application of Electroactive Nano Composite Coated onto Wood Sawdust for the Removal of Malachite Green Dye from Textile Wastewaters, J Phys Theor Chem IAU Iran, (2) 95-102, (2012) Rachdi Boussahel, Hassiba Irinislimane, Djamila Harik, Khadija Meriem Moussaoui, Adsorption, kinetics, and equilibrium studies on removal of 4,4-DDT from aqueous solutions using low-cost adsorbents, Chem Eng Comm., 196, 15471558, (2009) Mangaka Matoetoe et all, A novel polyaniline titanium oxide sawdust composite adsorbent for polychlorinated biphenyls, Science Journal of Chemistry, 1(3), 29-37 (2013) Phạm Thị Lân, Khóa luận tốt nghiệp, Chuyên ngành Hóa Hữu cơ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2013 Tổng cục môi trường, Dự án xây dựng lực nhằm loại bỏ hóa chất bảo vệ thực vật POP tồn lưu Việt Nam, Hiện trạng ô nhiễm môi trường hóa chất bảo vệ thực vật tồn lưu thuộc nhóm chất hữu khó phân hủy Việt Nam (2015) 10.Trần Trọng Tuyền, “ Nghiên cứu trình khống hóa số chất hữu gây nhiễm khó phân hủy (POP) hợp chất nano”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014 11.Nguyễn Quang Hợp, “ Nghiên cứu chế tạo xử lý Polyanilin địnhhướng làm vật liệu hấp thu chất hữu độc hại gây ô nhiễm môi trường”, Chuyên đề Tiến sĩ, Chun ngành Hóa Hữu cơ, Viện Hóa Học Cơng Nghiệp Việt Nam 12.Trần Thị Thu Hằng, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa”, luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, 2013 49 13.Đỗ Minh Hằng K38C, Khóa luận tốt nghiệp, Chuyên ngành Hóa hữu cơ, Trường ĐHSPHN (2016) 14.Redad, Z., C Gerente Y.Andres, M.C Ralet, J F Thibault, and P.L Cloirec, “Ni(II) and Cu(II) binding properties of naitive and modified sugar beet pult Carbohydrate polyme”49: 23 – 31 (2002) 15.Mykola T K., L A Kupchik, and B.K Veisoc, “Evaluation of pectin binding of heavy metal ions in aqueous solutions” Chemosphere, 38 (11): 259 (1999) 16.Nguyễn Quang Hợp, Trần Thị Hà, Dương Quang Huấn, Lê Xuân Quế, “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu PANi/mùn cưa hấp thụ DDT dịch chiết đất ô nhiễm”, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Viện Kỹ thuật Hóa Học, Sinh Học Tài liệu Nghiệp vụ, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam 17.“Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thăm dị xử lí mơi trường”, số hóa Trung tâm học liệu – Đại học Thái Nguyên, http://www.lrc-tnu.edu.vn 18.Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước thải, NXB Thống kê, 2002, Hà Nội 19 Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lý nước, NXB Thanh niên, 1999, Hà Nội 20.Trần Văn Nhân, Hóa keo, NXB Đại học Quốc gia, 2004, Hà Nội 21.Nguyễn Thị Thu, Hóa keo, NXB Sư phạm, 2002, Hà Nội 22.Trần Văn Nhân (chủ biên), Hóa lý (tập II), NXB Giáo dục, 1998, Hà Nội 23.Giáo trình thực tập hoá lý, PGS.TS.Vũ Ngọc Ban, NXB Đại học quốc gia Hà Nội năm 2007, trang 45-59 24.Kính hiển vi điện tử quét https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_%C4%91i%E1 %BB%87n_t%E1%BB%AD_qu%C3%A9t 50