phân tích asen trong quá trình xử lý nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Văn Ri Hà Nội - Năm 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1. Khái quát chung về Asen Error! Bookmark not defined. 1.1.1. Giới thiệu chung về Asen Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Nguồn gốc và các dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Tính chất lí, hóa học một số hợp chất của Asen Error! Bookmark not defined. 1.1.4. Độc tính của Asen Error! Bookmark not defined. 1.1.5. Tình trạng ô nhiễm Asen Error! Bookmark not defined. 1.2. Một số phƣơng pháp phân tích Asen Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Phƣơng pháp điện hoá Error! Bookmark not defined. 1.2.2. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis . Error! Bookmark not defined. 1.2.3. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS Error! Bookmark not defined. 1.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc Error! Bookmark not defined. 1.3.1. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét SEM Error! Bookmark not defined. 1.3.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X -ray). Error! Bookmark not defined. 1.4. Giới thiệu chung về chất hấp phụ Error! Bookmark not defined. 1.4.1. Chất hấp phụ. Cơ sở và ứng dụng Error! Bookmark not defined. 1.4.2. Giới thiệu một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên Error! Bookmark not defined. 1.4.3. Giới thiệu về vật liệu đá ong Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined. 2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.2. Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc Error! Bookmark not defined. 2.4. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined. 2.4.1. Hóa chất Error! Bookmark not defined. 2.4.2. Thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined. 2.4.3. Dụng cụ thí nghiệm. Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined. 3.1. Nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp GF - AAS để định lƣợng As(III) Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Khảo sát chọn cƣờng độ dòng đèn catốt rỗng (HCL) Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của loại axit và nồng độ axit . Error! Bookmark not defined. 3.1.5. Khảo sát chất cải biến nền Error! Bookmark not defined. 3.1.6. Khảo sát ảnh hƣởng của các ion khác đến phép đo Error! Bookmark not defined. 3.1.7. Các thông số đo phổ As của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử GF - AAS (AA - 6800) Error! Bookmark not defined. 3.1.8. Khảo sát khoảng tuyến tính và dựng đƣờng chuẩn xác định As. Error! Bookmark not defined. 3.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ đá ong để xử lý As(III) Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Chế tạo vật liệu hấp phụ tự nhiên từ đá ong và khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ asen của đá ong Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) từ đá ong biến tính Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Phân tích hình dạng và cấu trúc của vật liệu hấp phụ 49 3.3. Đánh giá khả năng hấp phụ As của vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Khảo sát quá trình hấp phụ As trên VLHP (M 2 ) ở điều kiện tĩnh Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Xây dựng quy trình xử lý As trong mẫu thực 59 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch đo phổ của Asen. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.2: Kết quả khảo sát cƣờng độ dòng đèn catốt rỗng của Asen. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.3: Kết quả khảo sát độ rộng khe đo của asen. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của loại axit và nồng độ axit Error! Bookmark not defined. Bảng 3.5: Kết quả khảo sát chất cải biến nền. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của các cation đến phép đo Error! Bookmark not defined. Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của các anion đến phép đo. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.8. Các thông số đo As tối ƣu Error! Bookmark not defined. Bảng 3.9: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của As Error! Bookmark not defined. Bảng 3.10: Khả năng hấp phụ As của đá ong ở các nhiệt độ khác nhau. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.11: Ảnh hƣởng của tỷ lệ số mol Fe 3+ : Mn 2+ đến khả năng hấp phụ Asen của đá ong Error! Bookmark not defined. Bảng 3.12 : Sự phụ thuộc của q e vào pH cuối quá trình điều chế vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.13: Sự phụ thuộc của q e vào thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Fe 3+ và Mn 2+ lên vật liệu. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.14: Ảnh hƣởng của giá trị pH đến dung lƣợng hấp phụ As trên vật liệu hấp phụ (M 2 ) Error! Bookmark not defined. Bảng 3.15: Ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As của VLHP. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.16: Ảnh hƣởng nồng độ As ban đầu đến khả năng hấp phụ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.17: Bảng số liệu biểu diễn C e và C e /q e Error! Bookmark not defined. Bảng 3.19: Kết quả tính độ lệch chuẩn tƣơng đối khi xác định As trong các mẫu nƣớc ngầm B1, B2, B3 Error! Bookmark not defined. Bảng 3.20: Hiệu suất thu hồi của quá trình phân tích Asen trong một số mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined. Bảng 3.21: Kết quả phân tích mẫu thực Error! Bookmark not defined. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined. Hình 1.2. Mô phỏng hình ảnh các tia X nhiễu xạ Error! Bookmark not defined. Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống máy hấp thụ nguyên tử (Shimadzu AA6800 - Nhật Bản) Error! Bookmark not defined. Hình 2.2. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Shimadzu AA6800 - Nhật Bản). Error! Bookmark not defined. Hình 3.1. Đồ thị xác định khoảng tuyến tính của As Error! Bookmark not defined. Hình 3.2. Đƣờng chuẩn xác đinh As Error! Bookmark not defined. Hình 3.3: Khả năng hấp phụ As của đá ong ở những nhiệt độ khác nhau. Error! Bookmark not defined. Hình 3.4: Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol Fe 3+ : Mn 2+ đến dung lƣợng hấp phụ As Error! Bookmark not defined. Hình 3.5: Sự phụ thuộc của q e vào pH cuối quá trình điều chế vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined. Hình 3.6: Phụ thuộc của q e vào thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Fe 3+ và Mn 2+ Error! Bookmark not defined. Hình 3.7: Mẫu đá ong tự nhiên M 1 Error! Bookmark not defined. Hình 3.8: Mẫu đá ong biến tính M 2 Error! Bookmark not defined. Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ Asen của VLHP Error! Bookmark not defined. Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As của VLHP Error! Bookmark not defined. Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nồng độ As ban đầu đến khả năng hấp phụ Error! Bookmark not defined. Hình 3.13: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu hấp phụ M 2 Error! Bookmark not defined. MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam GF - AAS: Graphite furnace - Atomic absorption Spectrophotometry HVG - AAS: Hydride vapor generator - Atomic absorption Spectrophotometry ICP - MS: Inductivity Coupled Plasma - Mass Spectroph UV - Vis: Ultra Violet - Visible spectrometry ICP - OES: Inductivity coupled plasma - optical emission spectrometry pA: Pro analysis LOD: Limit of detection LOQ: Limit of quality HCL: Hollow Cathode Lamp SEM: Scanning Electron Microscopy PE: Polietylen MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội hiện đại, vấn đề đảm bảo an toàn cho nguồn nƣớc sinh hoạt đang ngày càng trở thành mối quan tâm chung của nhân loại. Số lƣợng các độc chất phân tán trong môi trƣờng nƣớc ngày một nhiều hơn do các hoạt động sản xuất đa dạng của con ngƣời ngày một tăng. Một trong những nguyên tố gây ô nhiễm và mang độc tính cao nhất là Asen (As). Asen đƣợc xem là độc chất bảng A không chỉ do tính độc hại lớn mà còn do nó có khả năng tích lũy cao trong cơ thể và xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đƣờng đặc biệt là qua sử dụng nguồn nƣớc ngầm. Bệnh nhiễm độc Asen mãn tính do ngƣời dân sử dụng nguồn nƣớc ngầm bị nhiễm Asen với nồng độ cao quá mức cho phép để ăn uống và sinh hoạt, đã xảy ra ở nhiều nƣớc nhƣ Ấn Độ, Bangladesh, Nepal, Mông Cổ, Myanma, Lào, Campuchia, Đài Loan, Trung Quốc…. Ở Việt Nam, các kết quả nghiên cứu từ những năm 1990 cho thấy nồng độ Asen trong các mẫu nƣớc rất lớn. Điển hình nhƣ các mẫu nƣớc ở Sơn La, Phú Thọ, Bắc Giang, Hƣng Yên, Hà Nội, Nam Định, Thanh Hóa… có nồng độ Asen vƣợt nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép đối với nƣớc sinh hoạt. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) tiêu chuẩn cho phép đối với Asen trong nƣớc là 10 µg/l. Trong những thập kỷ gần đây, vấn đề ô nhiễm As ngày càng trở nên nóng bỏng hơn. Vì vậy, cần nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích và xử lý As bằng nguồn vật liệu hấp phụ đơn giản, có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ. Đá tổ ong (thƣờng gọi là đá ong, tên tiếng Anh là laterite) là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam có tính hấp phụ tốt do bề mặt tƣơng đối xốp. Việc tận dụng đá ong để chế tạo vật liệu hấp phụ có ý nghĩa cả về mặt khoa học và kinh tế. Trong vấn đề nghiên cứu xác định lƣợng vết As trong nƣớc ngầm hiện nay có nhiều phƣơng pháp xác định trên một số thiết bị nhƣ: ICP - MS, ICP - OES, GF - AAS, HVG - AAS, UV - VIS…. Trong đó, một số phƣơng pháp đòi hỏi trang thiết bị rất đắt tiền còn một số phƣơng pháp giới hạn phát hiện lại khá cao hoặc rất độc hại với ngƣời phân tích. [...]... đề xác định hàm lƣợng As và xử lý As trong nƣớc kết hợp với điều kiện phòng thí nghiệm, chúng tôi đã lựa chọn đề tài Phân tích Asen trong quá trình xử lý nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với mục tiêu xác định khả năng và các điều kiện để chuyển hóa đá ong thành vật liệu hấp phụ nhằm xử lý As trong nƣớc ngầm và ứng dụng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật không ngọn... pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS [1, 2] Nguyên tắc: Phƣơng pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố đƣợc gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS) Cơ sở lý thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lƣợng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trƣờng hấp thụ [2, 8]... rộng rãi trong thực tiễn phân tích Nó đƣợc dùng để xác định những chất có nồng độ 10-7 - 5.10-7 mol/l Các tác giả [21] đã sử dụng phƣơng pháp này để xác định Asen trong nƣớc tự nhiên và trong vật liệu sinh học 1.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (phương pháp trắc quang) Phân tích trắc quang là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các phƣơng pháp phân tích hóa lý Phƣơng pháp này... Dƣơng bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng kỹ thuật hiđrua hóa (HVG - AAS) 1.2.3.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF - AAS) Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa là một trong những phƣơng pháp đáng tin cậy và là kỹ thuật hiện đại để xác định lƣợng vết Asen và siêu vết các nguyên tố trong mẫu nƣớc, đất và sinh học Đó là phƣơng pháp có độ nhạy cao với thời gian phân tích. .. vật liệu hấp phụ từ đá ong để xử lý As(III) 3 Đánh giá khả năng hấp phụ As(III) của vật liệu hấp phụ 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ Để nghiên cứu khả năng hấp phụ As của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật không ngọn lửa (GF - AAS) * Cơ sở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)... và nguyên tử hóa ở nhiệt độ cao hơn, làm tăng độ nhạy của phƣơng pháp Vì phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật không ngọn lửa (GF - AAS) có độ nhạy cao hơn rất nhiều so với phƣơng pháp ngọn lửa Mặt khác, so với phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật hiđrua hóa (HVG) thì thiết bị của nó đơn giản hơn Do vậy, chúng tôi ứng dụng phƣơng pháp này để phân tích hàm lƣợng As trong. .. chúng Khả năng hấp phụ của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất, diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH, và bản chất của chất tan Chất đƣợc tích lũy trên bề mặt của chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Hấp phụ là quá trình tích lũy vật chất lên bề mặt chất hấp phụ Ngƣợc với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp, đó là quá trình giải phóng chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ Tùy theo... giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà ngƣời ta phân ra thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học + Hấp phụ vật lý: đƣợc gây ra bởi lực Vandecvan giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Liên kết trong hấp phụ vật lý thƣờng yếu nên rất dễ bị phá vỡ + Hấp phụ hóa học: đƣợc tạo nên do ái lực hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Liên kết trong hấp phụ hóa học bền và khó bị phá vỡ hơn hấp phụ... của quá trình nguyên tử hóa nhƣng rất cần cho việc phân tích tiếp theo để đảm bảo cho phép phân tích sau đó không bị ảnh hƣởng của các chất còn lƣu lại trong quá trình phân tích trƣớc đó Nhiệt độ làm sạch cuvet đƣợc thực hiện ở nhiệt độ trên 27000C để bốc hơi tất cả các chất còn lại trong lò, chuẩn bị cho lần phân tích mẫu tiếp theo Khí Argon tinh khiết 99,999% đƣợc dùng làm môi trƣờng cho quá trình nguyên. .. (AAS) [1, 2, 8]: Sự hấp thụ năng lƣợng bức xạ đơn sắc của các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trƣờng hấp thụ Trong một giới hạn nhất định của nồng độ C, giá trị độ hấp thụ quang (A) phụ thuộc vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu theo phƣơng trình cơ sở định lƣợng của phép đo AAS [2]: Aλ = K.Cb Trong đó: A λ : Độ hấp thụ quang b: Hằng số . lƣợng As và xử lý As trong nƣớc kết hợp với điều kiện phòng thí nghiệm, chúng tôi đã lựa chọn đề tài Phân tích Asen trong quá trình xử lý nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với. KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội