phân tích asen và bước đầu nghiên cứu phương pháp xử lý bằng vật liệu đá ong biến tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  VI XUÂN KHÁNH PHÂN TÍCH ASEN VÀ BƢỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG VẬT LIỆU ĐÁ ONG BIẾN TÍNH Chuyên ngành: Hoá phân tích Mã số: 60.44.0118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Văn Ri Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Ri. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố. Tác giả luận văn Vi Xuân Khánh Xác nhận của trƣởng khoa TS Nguyễn Thị Hiền Lan Xác nhận của Chủ tịch HĐ chấm luận văn PGS. TS. Lê Hữu Thiềng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Ri đã giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài luận văn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học , các thầy cô giáo, anh chị , bạn bè trong tổ bộ môn hóa phân tích – Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, ngƣời thân và đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày 26 tháng 05 năm 2013 Vi Xuân Khánh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan Lời cảm ơn MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN ii DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN iii MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 2 1.2. Tính chất vật lý của asen 3 1.3.Tính chất hóa học của asen và các hợp chất của asen 5 1.3.1 Tính chất hóa học của nguyên tố asen [12] 5 1.3.2.Tính chất hóa học của các hợp chất asen 6 1.4 Các dạng tồn tại của asen trong tự nhiên 9 1.4.1 Asen trong vỏ trái đất [10] 9 1.4.2. Asen trong đất và trầm tích [28] 9 1.4.3. Asen trong nƣớc [29] 9 1.4.4. Asen trong cơ thể ngƣời và động vật 10 1.5. Độc tính của asen 11 1.5.1. Sự chuyển hóa asen trong cơ thể 11 1.5.2. Độc tính của asen 12 1.6. Tình trạng ô nhiễm asen 15 1.6.1. Tình trạng ô nhiễm asen trên thế giới 15 1.6.2. Tình trạng ô nhiễm asen ở Việt Nam 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2. Một số phƣơng pháp phân tích và xử lý asen 18 2.1. Một số phƣơng pháp xác định Asen [5],[6],[12],[18],[19],[21] 18 2.1.1.Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 18 2.1.3. Phƣơng pháp xác định Asen với chất nhuộm thủy ngân Bromua 20 2.1.4. Phƣơng pháp phát xạ nguyên tử cảm ứng cộng hƣởng plasma (ICP – ASE) 20 2.1.5. Phƣơng pháp kích hoạt nơtron 20 2.1.6. Phƣơng pháp von-ampe hòa tan 21 2.1.8. Phƣơng pháp trắc quang [14] 21 2.2. Một số phƣơng pháp xử lý Asen trong nƣớc ngầm 24 2.2.1. Một số phƣơng pháp xử lý Asen trong nƣớc ngầm ở Việt Nam 24 2.2.1.1. Xử lý bằng hệ thống lọc cát 24 2.2.1.2. Hệ thống lọc với vật liệu MF-97 24 2.2.1.3. Xử lý bằng hệ thống lọc hấp thụ sử dụng quặng MnO 2 24 2.2.2. Các phƣơng pháp xử lý Asen trong nƣớc ngầm trên thế giới 25 2.2.2.1. Phƣơng pháp đồng kết tủa với các hợp chất chứa sắt (Fe) 25 2.2.2.2. Xử lý asen trong nƣớc bằng oxit sắt phủ trên các vật liệu cấu trúc hạt 26 2.2.2.3. Xử lý asen bằng cacbon hoạt động 26 2.2.2.4. Xử lý asen bằng màng lọc 26 3. Các phƣơng pháp đánh giá thành phần và cấu trúc của vật liệu 27 3.1.Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét SEM [8],[9] 27 3.2. Phƣơng pháp phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX) 28 4.Xử lý ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm bằng phƣơng pháp hấp phụ 29 4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ [13] 29 4.2. Phân loại quá trình hấp phụ 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii 4.3.Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất rắn. 30 4.4.Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir[22] 31 4.5.Giới thiệu về vật liệu hấp phụ đá ong và khả năng hấp phụ đá ong với Asen. 32 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP 34 1.Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 34 1.1.Thiết bị và dụng cụ 34 1.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn 35 2. Phƣơng pháp nghiên cứu 37 2.1.Mục đích nghiên cứu 37 2.2.Nội dung nghiên cứu 37 2.3.2. Phƣơng pháp xử lý mẫu 38 2.3.2.1. Dụng cụ lấy mẫu 38 2.3.2.2. Lấy mẫu 39 2.3.2.3.Xử lí, bảo quản mẫu 39 3.3. Nghiên cứu các điều kiện tối ƣu để xác định asen bằng phƣơng pháp trắc quang. 40 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 1.Khảo sát các điều kiện tối ƣu để xác định asen 41 1.1.Khảo sát phổ hấp thụ của thuốc thử 41 1.2. Khảo sát phổ hấp thụ của hợp chất màu 41 1.3. Khảo sát thời gian tối ƣu cho việc tạo hợp chất màu 42 1.4.Ảnh hƣởng của pH đến quá trình khử Asen (III) thành Asin 44 1.5. Ảnh hƣởng của các yếu tố cản đến sự tạo hợp chất màu 44 1.7. Ảnh hƣởng của chất khử Zn tới độ hấp thụ quang A của hợp chất màu 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 1.8. Ảnh hƣởng của thể tích thuốc thử 47 1.10. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Asen 50 1.11.Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp 51 2. Kết quả phân tích mẫu nƣớc ngầm thực tế 52 3. Khảo sát khả năng hấp phụ của đá ong tự nhiên 53 3.1. Chuẩn bị vật liệu 53 3.2. Phân tích thành phần hóa học của đá ong tự nhiên 53 4. Khảo sát khả năng hấp phụ của đá ong biến tính bằng FeCl 2 55 4.1. Tiến hành biến tính đá ong tự nhiên bằng FeCl 2 thành vật liệu hấp phụ 55 4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ FeCl 2 đến khả năng hấp phụ của đá ong biến tính 57 4.4. Một số dặc trƣng của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng FeCl 2 59 4.4.1. So sánh cấu trúc bề mặt của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng FeCl 2 59 4.4.2. So sánh thành phần các nguyên tố hóa học của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng FeCl 2 61 4.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của đá ong biến tính ở điều kiện tĩnh và xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 62 4.5.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ 62 4.5.2. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 63 5. Khảo sát khả năng hấp phụ của đá ong biến tính bằng MnO 2 65 5.1. Tiến hành chế tạo vật liệu ôxit hỗn hợp Fe-Mn mang trên đá ong tự nhiên 65 5.3. Khảo sát sự hấp phụ tĩnh của vật liệu đá ong có phủ MnO 2 đối với As(III) 67 5.3.1.Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ As(III) của vật liệu 67 5.3.2. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ As(III) của vật liệu 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 5.3.3. Khảo sát tải trọng hấp phụ As(III) của vật liệu theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 69 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của asen. 4 Bảng 1.2 .Một số dạng asen vô cơ và asen hữu cơ. 6 Bảng 1.3. Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm và số ngƣời dân bị phơi nhiễm 15 ở các nƣớc trên thế giới 15 Bảng 3.1 : Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian. 43 Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất 46 màu. 46 Bảng 3.3 : Ảnh hƣởng của thể tích thuốc thử tối độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 47 Bảng 3.4 .Ảnh hƣởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 49 Bảng 3.5 : Sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang của hợp chất màu với nồng độ Asen. 50 Bảng 3.6. Khảo sát độ thu hồi Asen 52 Bảng 3.7. Nồng độ Asen trong một số mẫu nƣớc thuộc huyện Lục Ngạn – Bắc Giang 53 Bảng 3.9. Khả năng hấp phụ asen của đá ong tự nhiên ở các nhiệt độ khác nhau. 54 Bảng 3.10 .Khả năng hấp phụ asen của đá ong biến tính ở các nhiệt độ khác nhau. 56 Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của nồng độ FeCl 2 đến khả năng hấp phụ của đá ong biến tính. 58 Bảng 3.12. So sánh thành phần các nguyên tố của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính. 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ asen của đá ong biến tính. 62 Bảng 3.14. Số liệu xây dựng đƣờng đẳng nhiệt langmuir. 64 Bảng 3.15 .Khả năng hấp phụ asen của đá ong biến tính ở các nhiệt độ khác nhau. 66 Bảng 3.16: Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ As(III) của vật liệu. 67 Bảng 3.17: Khả năng hấp phụ As(III) của vật liệu phụ thuộc vào thời gian 68 Bảng 3.18. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ As(III) của vật liệu. 69 [...]... sinh vật. Các asen hữu cơ dùng làm thuốc bảo vệ thực vật nhƣ thuốc trừ sâu diệt cỏ 1.4 Các dạng tồn tại của asen trong tự nhiên 1.4.1 Asen trong vỏ trái đất [10] Asen là nguyên tố hiếm chiếm khoảng 0,00005% trong vỏ trái đất, nồng độ trung bình của asen trong các đá lửa và đá trầm tích vào khoảng 2mg/kg, và có nồng độ cao hơn trong các trầm tích sét mịn và khoáng photphorit Asen tồn tại tự nhiên trong... đƣa ra biện pháp để xử lý tình trạng ô nhiễm asen trong nƣớc 2 Một số phƣơng pháp phân tích và xử lý asen 2.1 Một số phƣơng pháp xác định Asen [5],[6],[12],[18],[19],[21] 2.1.1.Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS Ngày nay, phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phƣơng pháp phổ biến để phân tích hàm lƣợng kim loại nặng trong các đối tƣợng khác nhau: nƣớc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại... của mẫu (Ax) Phƣơng pháp trắc quang trong phân tích Asen Trong phép phân tích Asen bằng phƣơng pháp trắc quang, nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng nhiều loại thuốc thử, trong luận văn này tôi sử dụng thuốc thử là Bạc đietylđithiocacbamat để tạo phức với khí Asin (AsH3), đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến để phân tích Asen bằng phƣơng pháp trắc quang Nguyên tắc của phƣơng pháp bạc đietylđithiocacbamat... tiêu đặt ra là : xác định tỉ lệ giảm hàm lƣợng asen trong các vật liệu khác nhau Đối tƣợng vật liệu : vật liệu là xỉ than cháy đƣợc nghiền nhỏ,xối nƣớc không tan lấy tại địa phƣơng; vật liệu loc bằng cát vàng, sỏi phổ thông tại địa phƣơng và vật liệu MF- 97 của Viện Hóa- Hà Nội 2.2.1.3 Xử lý bằng hệ thống lọc hấp thụ sử dụng quặng MnO2 Vật liệu nghiên cứu là quặng pyroluzit-quặng tự nhiên của mangan... độc asen, đặc biệt trong đó có 3 triệu ngƣời có nguy cơ nhiễm asen với nồng độ cao Để tránh các thảm họa xảy ra nhƣ ở Ấn Độ, bangladesh, Trung Quốc… chúng ta không thể xem nhẹ vấn đề ô nhiễm asen Asen cần đƣợc quan tâm để đánh giá mức độ ô nhiễm và xử lý xuống khoảng nồng độ cho phép của WHO ( 10 µg/l ) Chính vì lý do này, mà tôi chọn nghiên cứu đề tài Phân tích asen và bƣớc đầu nghiên cứu phƣơng pháp. .. nhau tùy thuộc vào sự phơi nhiễm ở những vùng khác nhau Ở các động vật có vú, asen thƣờng tích tụ trong các mô ngoại bì, chủ yếu trong lông tóc và móng Hàm lƣợng asen trong các động vật nuôi và con ngƣời thƣờng nhỏ hơn 0,3 mg/kg Toàn bộ cơ thể ngƣời có thể chứa từ 3 – 4 mg asen và có xu hƣớng tăng theo tuổi Các phép phân tích cho thấy, trừ tóc, móng và răng, hàm lƣợng asen trong các mô trong cở thể ngƣời... Đài Loan nồng độ asen trung bình là 671 µg/L Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm từ các trầm tích giàu asen đã đƣợc phát hiện trên diện rộng ở Ấn độ và Bănglađet Kết quả phân tích nƣớc ngầm trong 6 quận ở tây Bengan, Ấn độ cho thấy nồng độ asen chủ yếu từ 193 – 737 µg/L với giá trị cao nhất lên tới 3700 µg/L 1.4.4 Asen trong cơ thể ngƣời và động vật Trong cơ thể ngƣời và động vật, asen tích lũy ở các mô... pháp xử lý bằng vật liệu đá ong biến tính với hy vọng sẽ bảo vệ sức khỏe của ngƣời dân khỏi tác động nguy hiểm của asen Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1 Khái quát về nguyên tố asen 1.1.Giới thiệu chung về asen [13] Asen (As) hay còn gọi là thạch tín, là một nguyên tố bán kim loại có mặt ở khắp nơi và xếp thứ 20 về độ phổ biến trong... đối với các nhà khoa học nghiên cứu về môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời 1.2 Tính chất vật lý của asen Asen là một á kim có màu xám kim loại, rất giòn, kết tinh ở dạng tinh thể Asen là một á kim gây ngộ độc mạnh Dƣới đây là một số thông số vật lý của Asen [2],[35] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của asen Số hiệu nguyên tử... khoáng khác nhau, trong đó khoảng 60% là asenat, 20% dạng sulphua và sulphonat, 20% còn lại bao gồm asenua, asenit, oxit, silicat và asen nguyên tố Một số khoáng chứa asen thƣờng gặp nhƣ : realgar (AsS), orpiment (As2S3), asenopyrit (FeAsS), loellingite (FeAs2), asenolit (As2O3), domeykite (Cu3As), enargite (Cu3AsS4) 1.4.2 Asen trong đất và trầm tích [28] Hàm lƣợng asen tự nhiên trong đất nhiều nơi . nhiên và đá ong biến tính bằng FeCl 2 59 4.4.1. So sánh cấu trúc bề mặt của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng FeCl 2 59 4.4.2. So sánh thành phần các nguyên tố hóa học của đá ong tự. và bƣớc đầu nghiên cứu phƣơng pháp xử lý bằng vật liệu đá ong biến tính với hy vọng sẽ bảo vệ sức khỏe của ngƣời dân khỏi tác động nguy hiểm của asen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại. hạt 26 2.2.2.3. Xử lý asen bằng cacbon hoạt động 26 2.2.2.4. Xử lý asen bằng màng lọc 26 3. Các phƣơng pháp đánh giá thành phần và cấu trúc của vật liệu 27 3.1.Phƣơng pháp kính hiển vi điện