luận văn thạc sĩ nghiên cứu đặc tính hấp phụ amoni trên vật liệu nhôm oxit biến tính vật chất 604401

ĐẠI H HỌC QUỐ ỐC GIA HÀ À NỘI TRƯỜ ỜNG ĐẠII HỌC KHOA K HỌ ỌC TỰ NH HIÊN Bùi Ngọc Anh NGHIÊ ÊN CỨ ỨU ĐẶC C TÍNH H HẤP PHỤ P AM MONI TRÊN T VẬT LIỆU L N NHƠM M OXIT BIẾN T TÍNH LUẬN V VĂN THẠ ẠC SĨ KHO OA HỌC Hà Nội – Năm N 2017 z ĐẠI H HỌC QUỐ ỐC GIA HÀ À NỘI TRƯỜ ỜNG ĐẠII HỌC KHOA K HỌ ỌC TỰ NH HIÊN Bùi Ngọc Anh NGHIÊ ÊN CỨ ỨU ĐẶC C TÍNH H HẤP PHỤ P AM MONI TRÊN T VẬT LIỆU L N NHƠM M OXIT BIẾN T TÍNH Chuun ngàn nh: Hóa phân tíchh Mã số: 60440118 LU UẬN VĂ ĂN THẠ ẠC SĨ KH HOA HỌ C NG GƯỜI HƯỚN NG DẪN KHOA K HỌC C: T TS PHẠM TIẾN ĐỨ ỨC Hà Nội – Năm N 2017 z LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn TS Phạm Tiến Đức tin tưởng giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để giúp tơi hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán công nhân viên mơn Hóa Phân tích nói riêng khoa Hóa học nói chung ln bên, bảo, dạy dỗ, truyền thụ kiến thức suốt thời gian tơi gắn bó học tập làm việc trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tơi xin cám ơn phịng thí nghiệm khoa Hóa học – trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện để giúp đỡ trình làm thí nghiệm Cuối cùng, tơi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em học viên, sinh viên mơn Hóa Phân tích ln quan tâm, động viên, giúp đỡ tơi suốt thời gian tơi hồn thành luận văn Nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ tài trợ Đại học Quốc gia Hà Nội đề tài mã số QG.16.12 Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2017 Học viên Bùi Ngọc Anh iii z MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH xi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan amoni 1.1.1 Trạng thái tự nhiên độc tính amoni 1.1.2 Đặc điểm sinh học đặc điểm điện tích amoni 1.1.3 Tổng quan ô nhiễm amoni nước thải sinh hoạt thành phố Hà Nội 1.2 Tổng quan phương pháp xác định ion amoni 1.2.1 Phương pháp dùng điện cực chọn lọc 1.2.2 Phương pháp đo màu bán tự động 1.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 1.2.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao 1.2.5 Phương pháp sắc ký khí khối phổ 10 1.2.6 Phương pháp sắc ký ion 10 1.2.7 Phương pháp điện di mao quản 11 1.3 Tổng quan phương pháp xử lý amoni nước 11 1.3.1 Phương pháp xử lý sinh học 11 1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 12 iv z 1.3.3 Phương pháp clo hóa điểm dừng 12 1.3.4 Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua (Br-) 13 1.3.5 Phương pháp oxi hóa MnO2 kích thước hạt nano 14 1.3.6 Phương pháp đuổi khí 14 1.3.7 Phương pháp hấp phụ 14 1.4 Tổng quan phương pháp hấp phụ 15 1.4.1 Khái niệm phương pháp hấp phụ 15 1.4.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 16 1.4.3 Lý thuyết mơ hình hai bước hấp phụ 17 1.4.4 Một số vật liệu hấp phụ phổ biến 18 1.5 Tổng quan nhôm oxit 19 1.5.1 Cấu trúc bề mặt γ – Al2O3 20 1.5.2 Bề mặt riêng γ – Al2O3 21 1.5.3 Điện tích bề mặt γ – Al2O3 22 1.5.4 Độc tính γ – Al2O3 22 1.5.5 Một số cơng trình xử lý, biến tính γ – Al2O3 ứng dụng vào hấp phụ 23 1.5.6 Triển vọng phát triển vật liệu Al2O3 làm vật liệu hấp phụ 24 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 25 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 25 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 25 2.2 Phương pháp nghiên cứu 25 2.2.1 Phương pháp phân tích 25 v z 2.2.2 Lấy mẫu, bảo quản mẫu xử lý amoni mẫu nước 28 2.2.3 Các phương pháp xác định đặc tính cấu trúc bề mặt vật liệu nhôm oxit 33 2.3 Trang thiết bị hóa chất 34 2.3.1 Trang thiết bị 34 2.3.2 Hóa chất 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Khảo sát đặc tính vật liệu hấp phụ 38 3.1.1 Xác định cấu trúc γ-Al2O3 phương pháp XRD 38 3.1.2 Phương pháp khảo sát bề mặt vật liệu phổ hồng ngoại IR 39 3.2 Kiểm định phương pháp phân tích amoni 43 3.2.1 Chọn bước sóng đo phổ 43 3.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính 44 3.2.3 Lập đường chuẩn 45 3.2.4 Đánh giá phương trình hồi quy đường chuẩn 46 3.2.5 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) đường chuẩn 46 3.2.6 Đánh giá độ xác phương pháp phân tích 47 3.2.7 Độ lặp lại phép đo 48 3.3 Khảo sát điều kiện hấp phụ amoni vật liệu nhơm oxit biến tính 49 3.3.1 So sánh khả hấp phụ vật liệu nhơm oxit chưa hoạt hố bề mặt, hoạt hoá bề mặt sau biến tính bề mặt 49 3.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hấp phụ ion amoni vật liệu SMA 53 vi z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 3.3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hấp phụ amoni PMA 59 3.4 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt 64 3.4.1 So sánh đường hấp phụ đẳng nhiệt ion NH4+ loại vật liệu γ-Al2O3 64 3.4.2 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA 66 3.4.3 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt amoni PMA 67 3.5 Xử lý mẫu thật 70 3.5.1 Đánh giá chất lượng mẫu nước mặt nước sông 70 3.5.2 Xử lý hấp phụ ion amoni nhôm oxit biến tính 71 3.5.3 Kết xử lý hấp phụ amoni nước sông nhơm oxit biến tính 72 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 82 vii luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt CE CHĐBM CV FT-IR ICP-MS Tiếng Anh Tiếng Việt Capillary electrophoresis Điện di mao quản Surfactant Chất hoạt động bề mặt Coefficient of Variation Hệ số biến thiên Fourier transform - Infrared spectroscopy Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Inductively coupled plasma Quang phổ plasma cảm ứng cao tần mass spectrometry nối ghép khối phổ LOD Limit Of Detection Giới hạn phát LOQ Limit Of Quantity Giới hạn định lượng MDL Method Detection Limit Giới hạn phát phương pháp PMA Polyanion Modified Alumina PSS Poly(styrenesulfonate) QCVN/BT NMT RSD Nhơm oxit biến tính polyme mang điện âm Poly natri styrene sulfonat Vietnam National technical regulation/Ministry of Natural Resources and Environment Quy chuẩn Việt Nam / Bộ Tài nguyên Môi trường Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecyl sulfate Natri dodecyl sulphat SMA Surfactant Modified Alumina TCVN UV-Vis Nhôm oxit biến tính chất hoạt động bề mặt Tiêu chuẩn Việt Nam Ultra violet – Visible Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X viii luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Quy trình biến tính bề mặt vật liệu chất hoạt động bề mặt âm điện SDS olymer âm điện PSS 32 Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang UV-Vis phức amoni với thuốc thử thymol nồng độ khác 45 Bảng 3.2 Đánh giá sai số phương pháp UV-Vis xác định amoni 48 Bảng 3.3 Đánh giá độ lặp lại phương pháp UV-Vis xác định amoni 49 Bảng 3.4: So sánh khả hấp phụ ion amoni vật liệu nhôm oxit 51 Bảng 3.5 Hiệu xử lý ion amoni theo thời gian vật liệu SMA 53 Bảng 3.6 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo pH vật liệu SMA 55 Bảng 3.7 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo nồng độ muối NaCl 57 Bảng 3.8 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo lượng vật liệu SMA 58 Bảng 3.9 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo thời gian vật liệu PMA 59 Bảng 3.10 Kết khảo sát hiệu suất xử lý amoni theo pH vật liệu PMA 61 Bảng 3.11 Kết khảo sát hiệu xử lý amoni theo nồng độ muối NaCl PMA 62 Bảng 3.12 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo lượng vật liệu SMA 63 Bảng 3.13 So sánh dung lượng hấp phụ ion amoni loại vật liệu 64 Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ đẳng nhiệt hiệu xử lý ionamoni vật liệu SMA giá trị nồng độ muối khác 66 Bảng 3.15 Giá trị hấp phụ đẳng nhiệt amoni PMA giá trị nồng độ muối khác 68 Bảng 3.16 Kết xét nghiệm mẫu nước sông Kim Ngưu 70 ix luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 Bảng 3.17 Xử lý amoni nước sông SMA PMA 71 Bảng 3.18 Đánh giá kết xử lý ion ami mẫu nước thực 73 Bảng 4.1 Kết hấp phụ ion amoni vật liệu γ-Al2O3 điều kiện tối ưu 83 Bảng 4.2 Các thông số thực nghiệm cho xử lý hấp phụ NH4+ lên SMA 83 Bảng 4.3 Kết hấp phụ amoni vật liệu SMA nồng độ muối NaCl 0,001M 83 Bảng 4.4 Kết hấp phụ đẳng nhiệt ion amoni vật liệu SMA nồng độ muối NaCl 0,01M 84 Bảng 4.5 Kết hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA nồng độ muối NaCl 0,1M 84 Bảng 4.6 Kết hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA nồng độ muối NaCl 0,1M 84 Bảng 4.7 Các thông số thực nghiệm cho xử lý hấp phụ NH4+ lên PMA 85 Bảng 4.8 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,001M 85 Bảng 4.9 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,01M 86 Bảng 4.10 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,1M 86 x luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401luan.van.thac.si.nghien.cuu.dac.tinh.hap.phu.amoni.tren.vat.lieu.nhom.oxit.bien.tinh.vat.chat.604401 z