nghiên cứu khả năng hấp phụ niken trong nước của xơ dừa biến tính bằng phương pháp trắc quang phân tử uv- vis với thuốc thử dimetylglioxim

1 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ NIKEN TRONG NƢỚC CỦA XƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG UV-VIS VỚI THUỐC THỬ DIMETYLGLIOXIM SVTH: Lê Thị Ngọc Dung Lớp 08chp, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư pham, Đại học Đà Nẵng GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hường Khoa Hóa, Trường Đại học Sư pham, Đại học Đà Nẵng 2 Mở đầu Ô nhiễm môi trường nước hiện nay là một vấn đề được toàn xã hội quan tâm. Nước không chỉ là phương tiện của nhiều hoạt động đời sống mà còn là một thành tố thiết yếu tạo nên cơ thể con người. Có thể khẳng định rằng nếu thiếu nước sạch con người không thể tồn tại. Ngoài tác động trực tiếp đến chất lượng sống của con người, sự xuống cấp nghiêm trọng của nguồn nước cả về số lượng lẫn chất lượng còn kéo theo những hệ lụy nghiêm trọng đến hệ sinh thái tồn tại trong nguồn nước như thực vật, động vật và cả hệ vi sinh vật. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất chỉ được xử lí sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người, siết chặt công tác quản lí môi trường thì việc tìm ra phương pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm… đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính chứa các kim loại nặng độc hại như Cu, Pb, Ni, Cd, As, Hg… Những kim loại này có liên quan trực tiếp đến các biến đổi gen, ung thư cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường… Trong số nhiều phương pháp được nghiên cứu để loại các kim loại nặng trong môi trường nước, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao. Ưu điểm của phương pháp này là đi từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn giản và không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại. Đối với những nước đang phát triển như Việt Nam, qui mô công nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn do chi phí xử lý cao, khả năng đầu tư thấp. Các phụ phẩm nông nghiệp do đó được nghiên cứu nhiều để sử dụng trong việc xử lý nước vì chúng có các ưu điểm là giá 3 thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc và trao đổi ion cao. Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm như bã mía, vỏ lạc, lõi ngô, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi… được sử dụng để loại bỏ các chất gây độc hại trong môi trường nước. Xơ dừa đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo các vật liệu hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường. Xuất phát từ những lí do trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken trong nước của xơ dừa biến tính bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử Dimetylglioxim” Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng trong việc sử dụng xơ dừa biến tính để hấp phụ dư lượng Niken trong nước. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái niệm môi trƣờng nƣớc và ô nhiễm nguồn nƣớc 1.1.1. Khái niệm môi trƣờng nƣớc 1.1.1. Khái niệm môi trƣờng nƣớc Môi trường nước là một trong bốn thành phần cấu tạo môi trường, không thể thiếu trong hệ sinh thái. Môi trường nước duy trì sự sống, sự trao đổi chất, sự cân bằng sinh thái trên toàn cầu. Bản thân môi trường nước là dạng môi trường đầy đủ có hai thành phần chính là nước và các chất tan, chất khí. Môi trường nước bao gồm các dạng nước: nước ngọt, nước mặn, nước ao hồ, sông ngòi, nước đóng băng tuyết, hơi nước và nước ngầm. Hình 1.1. Phân bố nước trên trái đất 1.1.2. Chu trình các nguồn nƣớc Trong tự nhiên nguồn nước luôn được luân hồi theo chu trình thủy văn. Theo chu trình thủy văn này lượng nước luôn được bảo tồn hay được chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc từ nơi này đến nơi khác. Tùy theo nguồn nước, thời gian luân hồi có thể ngắn đến vài tuần hoặc dài hàng ngàn năm. Nguồn nước ngọt được luân hồi qua các quá trình bốc hơi và mưa. 5 Hình 1.2. Vòng tuần hoàn nước 1.1.3. Tài nguyên nƣớc ở Việt Nam và vai trò của nƣớc trong cuộc sống [8], [3] Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Tài nguyên nước mặt của nước ta phong phú, gần 90% lượng nước từ bên ngoài chảy vào tập trung ở đồng bằng sông Cửu Long. Phần nước chảy trên lãnh thổ Việt Nam lại phân phối không đều theo không gian và thời gian. Nguồn nước mặt dồi dào làm cho nước ngầm cũng phong phú. Theo đánh giá, tổng lượng nước ngầm trên toàn lãnh thổ đạt 1515 m 3 , xấp xỉ 15% tổng trữ lượng nước mặt. Một phần nước ngầm ở đồng bằng Bắc Bộ và đặc biệt ở đồng bằng Nam bộ bị nhiễm mặn và nhiễm phèn. Tài nguyên nước của Việt Nam phong phú, nhưng nguồn nước thực sự có thể sử dụng, đảm bảo chất lượng còn hạn chế. Hiện nay mới chỉ có khoảng 20 – 40% gia đình Việt Nam đủ nước dùng theo tiêu chuẩn nước sạch. Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt đang lan rộng ra nhiều nơi do ô nhiễm của các chất thải từ các khu công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận 6 tải… Riêng thành phố Hà Nội hiện nay tổng lượng nước thải trong một ngày đêm từ 300.000 – 400.000 m 3 , trong đó nước thải từ sản xuất công nghiệp chiếm 85 – 90 ngàn m 3 . Tổng lượng rác thải sinh hoạt 1800 – 2000 m 3 /ngày đêm, nhưng mới chỉ gom thu được khoảng 850 m 3 , phần còn lại được xả vào các khu đất ven hồ, kênh mương gây ô nhiễm nặng cho nguồn nước. Trong khi đó, trong sinh hoạt nhu cầu tối thiểu bình quân cho một người trong một ngày khoảng 50 lít nước/ngày. Ở Hà Nội hiện nay đang phấn đấu đạt bình quân khoảng 200 – 250 lít nước/người/ngày đêm. Trong nông nghiệp, nước được cung cấp cho các quá trình chăn nuôi, trồng trọt, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản… Số lượng nước dùng trong nông nghiệp lớn, nhưng về mặt tiêu chuẩn, nước cung cấp cho nông nghiệp không đòi hỏi quá chặt chẽ nghiêm ngặt như nước sinh hoạt. Nhu cầu về nước cho sản xuất công nghiệp là rất lớn, đa dạng. Ví dụ như để sản xuất 1 lít bia cần khoảng 15 lít nước, 1 tấn giấy cần 300 m 3 nước, 1 tấn nhựa tổng hợp cần 2000 m 3 nước… 1.1.4. Ô nhiễm nguồn nƣớc 1.1.4.1. Khái niệm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc Môi trường nước có thể bị nhiễm bẩn hoặc bị ô nhiễm. Nhiễm bẩn có thể màu sắc bị thay đổi nhưng chưa gây hại. Môi trường nước được xem bị ô nhiễm khi nồng độ chất độc hại gây ô nhiễm vượt quá mức an toàn cho phép. Ô nhiễm nguồn nước có thể do sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt của con người. Ô nhiễm môi trường nước là một vấn đề của toàn cầu. Kiểm soát và hạn chế sự ô nhiễm nước là một vấn đề cấp bách và cần thiết. Vấn đề này có liên quan đến các yếu tố chính trị, kinh tế, xã hội, khoa học, công nghệ và nhận thức của cộng đồng. 7 Hình 1.3. Ô nhiễm nguồn nước khiến cá chết hàng loạt Hình 1.4. Ô nhiễm nguồn nước 1.1.4.2. Các nguồn gây ô nhiễm nƣớc Có nhiều nguồn gây ô nhiễm nước bề mặt và nước ngầm. Hầu hết các nguồn gây ô nhiễm là do hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, ngư nghiệp, giao thông, dịch vụ và sinh hoạt do con người. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp bao gồm: khai thác mỏ; công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ; quá trình sản xuất 8 sơn, mực, thuốc nhuộm và một lượng lớn kim loại được thải ra từ nguồn nước thải của công nghệ mạ điện.  Mạ điện Nước thải từ công nghiệp mạ điện có chứa nhiều kim loại nặng độc hại như đồng, kẽm, crôm, niken, cadimi…Nồng độ các kim loại trong nước thải dao động đáng kể và tuỳ thuộc vào điều kiện công nghệ. Trong các nhà máy này hàm lượng kim loại nặng hiếm khi thấp hơn 10mg/l và có thể đạt tới 1000mg/l. Ví dụ như thành phần của nước rửa từ phân xưởng mạ đồng có chứa 2, 8 ÷ 14 mg Cu 2+ /l; phân xưởng mạ Cd chứa 48 ÷ 240 mg Cd 2+ /l; phân xưởng mạ kẽm chứa 70 ÷ 350 mg Zn 2+ /l. Hiện nay ở nước ta hầu hết nước thải từ các cơ sở mạ điện đều không được xử lý mà chỉ được pha loãng hoặc thải trực tiếp ra môi trường. Vì vậy ô nhiễm do kim loại nặng là hết sức nghiêm trọng.  Công nghiệp khai khoáng Các kim loại nặng được phát thải vào môi trường trong suốt các quá trình từ khai thác đến sản xuất. Sản lượng các kim loại được khai thác trên toàn thế giới trong một vài thập kỉ gần đây đang gia tăng mạnh mẽ. Hàng năm thế giới khai thác và sử dụng khoảng 10000 tấn thuỷ ngân, khai thác 10000 tấn quặng để sản xuất khoảng 400 tấn beryl… Đặc biệt việc khai thác kim loại màu tạo ra nguồn nước thải chứa hàm lượng các kim loại nặng khá cao. Những nguồn nước này ở các hồ ao, sau đó chảy ra sông suối làm ô nhiễm cả vùng hạ lưu. Sự ô nhiễm các kim loại này còn kéo dài cả khi mỏ đã bị bỏ hoang.  Công nghệ sản xuất các hợp chất vô cơ Công nghệ sản xuất các hợp chất vô cơ như sản xuất acquy, bột màu, gốm sứ, thuỷ tinh, thuộc da… đều sử dụng nhiều kim loại nặng độc hại như chì, crôm, thuỷ ngân … Theo tính toán của các nhà nghiên cứu thì một cơ sở sản xuất xút clo trung bình sử dụng 50 tấn thuỷ ngân trong quá trình vận hành sản xuất. Lượng hao hụt ở đây là đáng kể, chưa kể đến những sự cố do rủi ro khác. Thuỷ ngân còn sử dụng trong công nghiệp điện như bóng đèn điện, đèn cao áp, pin khô, acquy… Trong các lĩnh vực dân dụng và điều khiển khác như nhiệt kế, rơle… 9 1.2. Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con ngƣời và môi trƣờng Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước ở dạng ion. Độc tính của kim loại nặng đối với sức khoẻ con người và động vật đặc biệt nghiêm trọng do sự tồn tại lâu dài và bền vững của nó trong cơ thể và môi trường. Ví dụ như chì là một trong những kim loại có khả năng tồn tại khá lâu, ước tính nó được giữ lại trong môi trường với khoảng thời gian 150 – 5000 năm và có thể duy trì ở nồng độ cao trong 150 năm sau khi bón bùn cho đất. Chu trình phân rã sinh học trung bình của cadimi được ước tính khoảng 18 năm và khoảng 10 năm trong cơ thể con người. Một nguyên nhân khác khiến cho kim loại nặng hết sức độc hại là do chúng có thể chuyển hoá và tích luỹ trong cơ thể con người hay động vật thông qua chuỗi thức ăn của hệ sinh thái. Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc trong cặn lắng rồi sau đó được tích tụ trong các loài thực vật và động vật sống dưới nước rồi luân chuyển dần qua các mắt xích của chuỗi thức ăn và cuối cùng đến sinh vật bậc cao là con người thì nồng độ kim loại nặng đủ lớn để gây ra độc hại như phá huỷ ADN, gây ung thư… Các kim loại nặng ở hàm lượng nhỏ là những nguyên tố vi lượng hết sức cần thiết cho cơ thể người và sinh vật. Chúng tham gia cấu thành các enzym, các vitamin, đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất Ví dụ một lượng nhỏ đồng rất cần cho động vật và thực vật; người lớn mỗi ngày cần khoảng 20mg đồng (đồng là thành phần quan trọng của các enzym như oxidaza, tirozinara, uriaza, ciocrom, oxidaza, và galatoza ). Nhưng khi hàm lượng kim loại vượt quá ngưỡng quy định sẽ gây ra tác động xấu như nhiễm độc mãn tính, thậm chí là ngộ độc cấp tính dẫn đến tử vong. Về mặt sinh hoá các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH và nhóm – SCH 3 của các enzym trong cơ thể. Vì thế các enzym bị mất hoạt tính làm cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể. 10 1.3. Giới thiệu về nguyên tố Niken [1] Hình 1.5. Giới thiệu về nguyên tố Niken Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố Niken (Ni) nằm ở ô số 28 thuộc phân nhóm phụ, nhóm 8, chu kỳ 4 giữa Co và Cu. Nguyên tử Ni có các obitan d chưa điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của Ni (28): [Ar]3d 8 4s 2 . Niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc, dễ rèn và dát mỏng. Trong thiên nhiên Niken có 5 đồng vị bền: 58 Ni(67.7%), 60 Ni , 61 Ni, 62 Ni, 64 Ni. Niken có hai dạng thù hình là Ni α lục phương bền ở t o < 250 o C và Ni β lập phương tâm diện bền ở t o >250 o C. Niken là một trong 4 nguyên tố có tính chất từ ngay ở nhiệt độ phòng, không bị ăn mòn, do vậy Niken được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp luyện kim tạo hợp kim, mạ, sản xuất tiền xu, nam châm và các vật dụng phổ biến trong gia đình. Niken cũng là chất xúc tác cho phản ứng hydro hóa. Trong công nghiệp sơn, muối Ni 2+ được sử dụng làm bột màu. Ngoài ra, Niken là nguyên tố vi lượng cần thiết cho những cơ thể sống vì nó là trung tâm hoạt động của enzym của một số cơ thể sống. Bảng 1.1. Hằng số vật lý quan trọng của Niken Kim loại Nhiệt độ nóng chảy, o C Nhiệt độ sôi ( o C) Nhiệt thăng hoa (kJ/mol) Tỉ khối Độ cứng (thang moxơ) Độ dẫn điện Ni 1453 3185 424 8.9 5 14 [...]... một phân tử chất bị hấp phụ Trong trạng thái bị hấp phụ các phân tử trên bề mặt chất rắn không tương tác với nhau - Quá trình hấp phụ là động, tức là quá trình hấp phụ và giải hấp phụ có tốc độ bằng nhau khi trạng thái cân bằng đã đạt được Tốc độ hấp phụ tỉ lệ với các vùng chưa bị chiếm chỗ (tâm hấp phụ) , tốc độ giải hấp phụ tỉ lệ thuận với các tâm đã bị chất bị hấp phụ chiếm chỗ Phương trình hấp phụ. .. so với TCVN 5945-2005 (tiêu chuẩn quy định của nước thải công nghiệp) 1.4 Phƣơng pháp hấp phụ Các phương pháp thường dùng để xử lý kim loại nặng như: phương pháp keo tụ, phương pháp thẩm thấu ngược, phương pháp trao đổi ion, phương pháp chiết, phương pháp đông tụ và keo tụ… Nhận thấy rằng phương pháp hấp phụ có nhiều ưu điểm nên chúng tôi đã đề xuất phương pháp hấp phụ để xử lý kim loại nặng trong nước. .. dung dịch 1.4.2 Đặc điểm của hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Bảng 1.4 Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Là lực Vanderwalls, liên kết này yếu, Là lực liên kết hóa học giữa các phân dễ bị phá vỡ tử trên bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này tương đối bền và khó bị phá vỡ Có thể là hấp phụ đơn lớp, đa lớp Chỉ là hấp phụ đơn lớp -Tốc độ:... hoạt hóa phân tử phân tử nên xảy ra nhanh nên xảy ra chậm Xảy ra ở nhiệt độ thấp Xảy ra ở nhiệt độ cao Lượng nhiệt tỏa ra trong khoảng từ 2 Lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn 22 đến 8 kcal/mol kcal/mol 1.4.3 Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ Cân bằng hấp phụ là quá trình chất khí hoặc chất lỏng hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên... trong nước mặt Độ hoà tan của muối Niken nhìn chung khá cao, khả năng thuỷ phân thấp, độ hoà tan tối thiểu nằm trong vùng pH = 9 Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có khả năng tạo phức bền với các hợp chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp Nó được tích tụ trong các chất sa lắng, trong cơ thể thực vật bậc cao và một số loại thuỷ sinh 1.3.3 Độc tính của Niken [2], [12] Niken là một trong. .. định Niken bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử người ta sử dụng đèn catốt rỗng và tiến hành như sau: lấy 200ml mẫu cho vào cốc 400 ml Cho vào mỗi cốc 1ml dung dịch HNO3 1:1, lắc đều rồi chuyển vào ống nghiệm định mức đến 20ml Đem đo hàm lượng Niken bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 1.7 Giới thiệu về phƣơng pháp UV -VIS [7] 1.7.1 Giới thiệu phƣơng pháp trắc quang phân tử UV – VIS Đây là phương pháp. .. cho quá trình điều chế xơ dừa 2.3.1.3 Tiến hành điều chế xơ dừa với điều kiện tối ƣu đã khảo sát Sau khi khảo sát được các điều kiện tối ưu cho quá trình điều chế xơ dừa Tiến hành tổng hợp xơ dừa dưới điều kiện thời gian hoạt hóa tối ưu và tỷ lệ xơ dừa: H2SO4đặc tối ưu đã chọn Trên cơ sở nghiên cứu các điều kiện tối ưu của phương pháp xác định hàm lượng Niken, tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh... nghiệp Tải trọng hấp phụ cực đại của bentonit cao hơn xơ dừa Dừa được trồng nhiều ở miền nam Việt Nam Cây dừa, từ gốc đến ngọn đều mang lại giá trị kinh tế cho người trồng Ngày nay, việc tận dụng gáo dừa để sản xuất than hoạt tính đã mang lại một nguồn thu không nhỏ cho người nông dân Nếu sử dụng xơ dừa làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng thì giá thành sẽ thấp Vì vậy, trong nghiên cứu này xơ dừa được chọn... lý thuyết Hấp phụ là phương pháp tách chất, trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí hấp phủ trên bề mặt chất rắn, xốp Hiệu quả hấp phụ phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học của chất hấp phụ, nồng độ pha lỏng, nhiệt độ của hệ, dạng tiếp xúc và thời gian tiếp xúc Hiện tượng hấp phụ là hiện tượng giữ lại các chất tan có trong dung dịch trên bề mặt chất rắn khi cho chất rắn tiếp xúc với dung dịch... mẫu chuẩn 1.8 Xác định Ni2+ bằng thuốc thử Dimetylglioxim 1.8.1 Giới thiệu về thuốc thử Dimetylglioxim Dimetylglioxim có CTPT: C4H8O2N2 (M=116,12 đvC) Công thức cấu tạo như sau: H3C C C CH3 HO N N OH 1.8.2 Xác định Ni2+ bằng thuốc thử Dimetylglioxim Phản ứng tạo phức của Niken với Dimetylglioxim trong môi trường kiềm NH3 là một trong những phản ứng chọn lọc nhất của hóa phân tích, phản 28 ứng này có độ . Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken trong nước của xơ dừa biến tính bằng phương pháp trắc quang phân tử UV -VIS với thuốc thử Dimetylglioxim Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng trong. 1 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ NIKEN TRONG NƢỚC CỦA XƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG UV -VIS VỚI THUỐC THỬ DIMETYLGLIOXIM SVTH: Lê Thị Ngọc Dung. bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ Cân bằng hấp phụ là quá trình chất khí hoặc chất lỏng hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp