Nghiên cứu sử dụng montmorillonit chế tạo dụng cụ quan trắc kim loại linh động trong môi trường nước

Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun vn: Nghiờn cu s dng Montmorillonit ch to dng c quan trc kim loi linh ng mụi trng nc l cụng trỡnh nghiờn cu ca bn thõn Tt c nhng thụng tin tham kho dựng lun ly t cỏc cụng trỡnh nghiờn cu cú liờn quan u c nờu rừ ngun gc danh mc ti liu tham kho Cỏc kt qu nghiờn cu a lun l hon ton trung thc v cha c cụng b bt k cụng trỡnh khoa hc no khỏc Ngy 20 thỏng nm 2016 Tỏc gi Trn Th Hi Yn Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn LI CM N Vi lũng kớnh trng v bit n sõu sc, em xin chõn thnh cm n PGS.TS Nguyn Hng Liờn ó tin tng, giao ti, tn tỡnh hng dn v to mi iu kin thun li giỳp em sut thi gian thc hin bn lun ny Em cng xin chõn thnh cm n Ths Ló Bớch Hng, Phũng Cnh sỏt phũng chng ti phm v Mụi trng CATP Hi Phũng, ó hng dn, giỳp em tỡm, hiu ti liu v mt s k nng quỏ trỡnh thớ nghim Em xin chõn thnh cm n cỏc giỏo viờn Vin K thut Húa hc, cỏn b Phũng thớ nghim Cụng ngh Lc Húa du & Vt liu xỳc tỏc hp ph/Trng i hc Bỏch khoa H Ni ó hng dn v giỳp em cụng vic Em xin gi li cm n ti gia ỡnh v bn bố ó ng viờn v giỳp em sut thi gian thc hin lun ny H Ni, ngy 20 thỏng nm 2013 Hc viờn Trn Th Hi Yn Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn MC LC LI CAM OAN LI CM N MC LC DANH MC VIT TT DANH MC BNG DANH MC HèNH M U CHNG 1: TNG QUAN 1.1 nh hng ca kim loi n ngi v mụi trng .3 1.2 Cỏc phng phỏp xỏc nh kim loi linh ng mụi trng nc .4 1.2.1 in cc chn lc ion (ISE) 1.2.2 Thm tỏch .5 1.2.3 Mng lng thm thu (Permeable Liquid Membrane - PLM) .5 1.2.4 Phng phỏp Von-Ampe ho tan anot (ASV) .5 1.2.5 Cõn bng khuch tỏn qua lp mng (Dihusive Equlibrium Technique DET) 1.2.6 K thut trng khuch tỏn qua mng mng (Difusive Gradient in Thin Film Technique - DGT) 1.2.7 Cỏc vt liu trao i ion dựng mng liờn kt 14 1.3 Hng nghiờn cu ca ti 20 CHNG 2: PHNG PHP NGHIấN CU 21 2.1 Húa cht v dng c thớ nghim 21 2.1.1 Húa cht s dng 21 2.1.2 Dng c v thit b .21 2.2 X lý khoỏng sột 21 2.3 ỏnh giỏ c trng húa lý ca MMT 23 2.3.1 Xỏc nh thnh phn húa hc MMT 23 2.3.2 Xỏc nh thnh phn pha tinh th 23 Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn 2.3.3 Xỏc nh din tớch b mt riờng v phõn b mao qun 24 2.4 Chun b dung dch to mng .26 2.5 Ch to mng khuch tỏn 26 2.6 Ch to mng liờn kt 27 2.7 Xỏc nh h s khuch tỏn 30 2.8 Chun b u dũ 31 2.9 ỏnh giỏ kh nng phõn lp kim loi linh ng bng u dũ DGT- NaMMT 32 CHNG : KT QU V THO LUN 35 3.1 c trng ca montmorillonit 35 3.1.1 Thnh phn húa hc .35 3.1.2 Thnh phn pha tinh th .35 3.1.3 Din tớch b mt riờng v phõn b ng kớnh mao qun 36 3.2 ỏnh giỏ cỏc yu t nh hng ti quỏ trỡnh to mng liờn kt NaMMT 40 3.2.1 nh ca lng MMT 40 3.2.2 nh hng ca thi gian polymer húa ti quỏ trỡnh ch to mng liờn kt 41 3.2.3 nh hng ca nhit polymer húa ti quỏ trỡnh to mng liờn kt 42 3.2.4 nh hng ca th tớch dung dch APS ti quỏ trỡnh to mng 43 3.3 Xỏc nh h s khuch tỏn kim loi qua mng 44 3.4 ỏnh giỏ kh nng phõn lp kim loi linh ng bng u dũ DGT 45 3.4.1 nh hng ca nng dung dch ion kim loi ti kh nng lm vic ca DGTMMT 45 3.4.2 nh hng ca pH n kh nng lm vic ca u dũ DGTMMT 46 3.4.3 nh hng ca thi gian n kh nng lm vic ca u dũ DGTMMT .47 3.4.4 nh hng ca lc ion ti kh nng lm vic ca u dũ DGTMMT 48 3.4.5 nh hng ca tỏc nhõn to phc EDTA n u dũ DGTMMT 51 3.5 So sỏnh kh nng lm vic ca u dũ DGTMMT vi u dũ DGTChelex thng mi 52 3.6 ỏnh giỏ kh nng xỏc nh hm lng kim loi linh ng mu thc bng u dũ DGTMMT .54 Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn 3.6.1 c trng c bn v cht lng nc sụng Lch Tray 54 3.6.2 Kt qu phõn lp kim loi linh ng nc sụng Lch Tray .56 3.6.3 lp li ca u dũ gradient khuch tỏn qua lp mng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim Hi Phũng 58 KT LUN 63 TI LIU THAM KHO 64 Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn DANH MC VIT TT ADN: deoxyribonucleic acid AE: in cc ph tr APS: persulphate amoni DET: cõn bng khuch tỏn mng mng - Khuch tỏn balanced qua mng mng DGT: gradient khuch tỏn mng mng - K thut khuch tỏn qua mng mng ICP-AES: quy np Plasma Atomic Emission Spectrocopy - Ph phỏt x cm ng cao tn plasma ISE: Ion in cc chn lc - Phng phỏp in cc chn l MMT: Montmorillonit HMDE: in cc git thy ngõn treo RDE: in cc a quay RE: in cc so sỏnh PLM: thm thu mng lng - Mng thm thu lng TEMED: tetramethylethylenediamin XRD: Phng phỏp nhiu x tia X ppm: phn triu - one phn triu ppb: Phn t - one phn t Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn DANH MC BNG Bng 2.1 iu kin tng hp cỏc mu mng liờn kt cha MMT .29 Bng 3.1 Thnh phn cỏc oxit Montmorillonit K10 (%kl) 35 Bng 3.2 Kt qu phõn tớch din tớch b mt v kớch thc mao qun ca MMT 37 Bng 3.3 nh hng ca lng MMT ti quỏ trỡnh to mng liờn kt MMT 40 Bng 3.4 nh hng ca thi gian ti quỏ trỡnh to mng liờn kt MMT 42 Bng 3.5 nh hng ca nhit ti quỏ trỡnh to mng liờn kt MMT 42 Bng 3.6 nh hng ca th tớch dung dch APS ti quỏ trỡnh to mng liờn kt MMT 43 Bng 3.7: Kt qu thớ nghim xỏc nh h s khuch tỏn 44 Bng 3.8 H s khuch tỏn cỏc ion kim loi qua mng .45 Bng 3.9 Cht lng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim .54 Bng 3.10 lp li ca phộp o cỏc kim loi linh ng nc sụng Lch Tray bng u dũ DGT MMT .58 Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn DANH MC HèNH Hỡnh 1.1 Trng thỏi n nh v gradient nng cht phõn tớch u dũ DGT nhỳng dung dch nghiờn cu Hỡnh 1.2 Cu trỳc v th t lp t cỏc b phn u dũ DGT .13 Hỡnh 1.3 Cu trỳc khụng gian mng li Montmorillonit .18 Hỡnh 1.4 S cu trỳc Montmorillonit 18 Hỡnh 2.1: S x lý khoỏng xột MMT 22 Hỡnh 2.2 Hin tng nhiu x tia X t hai mt phng mng tinh th .24 Hỡnh 2.3 S to mng khuch tỏn .27 Hỡnh 2.4 S to mng lien kt MMT 28 Hỡnh 2.5 Thớ nghim xỏc nh h s khuch tỏn ca Cd, Mn, Pb, Zn .31 Hỡnh 2.6 Th t lp mng vo u dũ DGT 32 Hỡnh 2.7 Thc nghim lp t h u dũ DGT 32 Hỡnh 2.8 Thớ nghim kh nng lm vic ca u dũ DGT- MMT 33 Hỡnh 2.9 S v trớ ly mu Cu Nim, sụng Lch Tray, Hi Phũng 34 Hỡnh 3.1 Gin XRD ca montmorillonit K10 sau x lý axit HNO3 v bóo hũa vi NaNO3 36 Hỡnh 3.2 ng ng nhit hp ph v nh hp ph vt lý ca MMT trc x lý.38 Hỡnh 3.3 ng ng nhit hp ph v nh hp ph vt lý ca MMT sau x lý axit 39 Hỡnh 3.4 Phõn b kớch thc mao MMT sau tinh ch 39 Hỡnh 3.5 Mng liờn kt cha MMT vi lng thay i t 0,1g (a), n 0,2g (b) v 0,3g (c) 41 Hỡnh 3.6 So sỏnh nng ion kim loi phõn tớch bng u dũ DGTMMT vi nng dung dch 46 Hỡnh 3.7 nh hng ca pH n kh nng lm vic ca u dũ DGTMMT, tớnh theo hiu sut thu hi kim loi 47 Hỡnh 3.8 nh hng ca thi gian n kh nng lm vic ca u dũ DGTMMT 48 Hỡnh 3.9 (a) nh hng ca lc ion ( dung dch NaNO3 ) ti kh nng lm vic ca u dũ xỏc nh kim loi Zn 49 Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn Hỡnh 3.9 (b) nh hng ca lc ion ( dung dch NaNO3 ) ti kh nng lm vic ca u dũ xỏc nh kim loi Mn 49 Hỡnh 3.9 (c) nh hng ca lc ion ( dung dch NaNO3 ) ti kh nng lm vic ca u dũ xỏc nh kim loi Pb 50 Hỡnh 3.9 (d) nh hng ca lc ion ( dung dch NaNO3 ) ti kh nng lm vic ca u dũ xỏc nh kim loi Cd .50 Hỡnh 3.10 nh hng ca tỏc nhõn to phc EDTA ti kh nng phõn lp kim loi linh ng ca u dũ DGTMMT 51 Hỡnh 3.11 (a) So sỏnh kh nng lm vic ca DGTMMT v DGTChelex thng mi, ln th nghim th nht 52 Hỡnh 3.11 (b) So sỏnh kh nng lm vic ca DGTMMT v DGTChelex thng mi, ln th nghim th hai 53 Hỡnh 3.11 (c) So sỏnh kh nng lm vic ca DGTMMT v DGTChelex thng mi, ln th nghim th ba 53 Hỡnh 3.12 (a) Hm lng Cd linh ng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh bng DGTMMT 56 Hỡnh 3.12 (b) Hm lng Zn linh ng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh bng DGTMMT 57 Hỡnh 3.12 (c) Hm lng Pb linh ng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh bng DGTMMT 57 Hỡnh 3.12 (d) Hm lng Mn linh ng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh bng DGTMMT 58 Hỡnh 3.12(a) lp li ca u dũ DGT nc song Lch Tray Khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh kim loi Mn, Zn ti v trớ NM1 60 Hỡnh 3.12(b) lp li ca u dũ DGT nc song Lch Tray Khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh kim loi Cd, Pb ti v trớ NM1 60 Hỡnh 3.12(c) lp li ca u dũ DGT nc song Lch Tray Khu vc cu Nim Hi Phũng xỏc nh kim loi Mn, Zn ti v trớ NM2 61 Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn M U Vit Nam ang thi k i mi mnh m vi s phỏt trin nhanh v cụng nghip v ụ th húa Tuy nhiờn i kốm vi s phỏt trin ny l nguy c ụ nhim mụi trng nghiờm trng, ú ụ nhim kim loi nng thi t cỏc ngnh cụng nghip l mi e da ln n sc khe cng ng v s an ton ca h sinh thỏi Nguyờn nhõn bt ngun t c s h tng cũn n gin, cha theo kp s phỏt trin mnh m ca quỏ trỡnh cụng nghip húa hin i húa t nc Do vy nhiu c s sn xut cụng nghip cha cú h thng x lý nc thi cụng nghip phự hp nờn x trc tip nc thi cha cỏc cht hu c, kim loi c hi vo mụi trng nc Cỏc kim loi nng thng cú mt nc thi cụng nghip cú th k n nh Cadimi (Cd), Chỡ (Pb), Km (Zn), Mangan (Mn), Crom (Cr) l cỏc loi cú nh hng xu n sc khe ngi v ng thc vt hm lng vt Trong mụi trng t nhiờn, cỏc kim loi ny cú th tn ti dng linh ng v khụng linh ng, ú, phn linh ng mang nguy c cao nht v kh nng tỏc ng sinh hc v mụi trng sinh thỏi Cỏc dng kim loi linh ng ny gõy ụ nhim mụi trng nc, trm tớch ỏy v thõm nhp vo c th sinh vt theo ng tiờu húa sau ú s trc tip hoc giỏn tip tỏc ng n sc khe ca ngi Do ú, ỏnh giỏ v xỏc nh chớnh xỏc mc ụ nhim v kh nng tỏc ng sinh hc ca cỏc kim loi ny thỡ vic nh lng phn kim loi linh ng l rt cn thit Trong ú, hin nay, quan trc ỏnh giỏ ụ nhim kim loi nng mụi trng nc ch yu da trờn kt qu phõn tớch tng hm lng kim loi Vỡ vy, vic thit lp dng c quan trc phõn tớch ỏnh giỏ nhanh hm lng kim loi linh ng mụi trng nc l cp bỏch v thu hỳt c s quan tõm ca cỏc nh qun lý ln nghiờn cu khoa hc hin Mt nhng phng phỏp cho phộp phõn lp nhanh phn kim loi linh ng mụi trng nc, ú l k thut khuch tỏn qua mng mng (DGT) c phỏt minh nm 2002 bi mt nhúm nh khoa hc i hc Lancaster (Anh) Trn Th Hi Yn - CB 130806 Lun tt nghip Hỡnh 3.12 ( ) H GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn ng Zn inh ng tr ng n sụng L h Tr y hu v Ni Hi Ph ng x Hỡnh 3.12 (c) H ng Pb inh Trn Th Hi Yn - CB 130806 nh ng DGTMMT ng tr ng n sụng L h Tr y hu v Ni Hi Ph ng x u u nh ng DGTMMT 57 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn Hỡnh 3.12 (d) H ng Mn inh ng tr ng n sụng L h Tr y hu v Ni Hi Ph ng x u nh ng DGTMMT Hỡnh 3.12 cho thy phn Cd, Mn v Zn linh ng khụng phi l ln, ch chim khong 10% tng hm lng kim loi ú mụi trng nc sụng Lch Tray im ỏng lu ý l phn Pb linh ng nc sụng, n 30% tng hm lng Pb nc, cho thy nguy c tớch ly v tỏc ng sinh hc ca Pb khu vc cu Nim l cao 3.6.3 lp li ca u dũ gradient khu ch t n qua lp mng nc sụng Lch Tray khu vc cu Nim Hi hũng xỏc nh lp ca kt qu o, hay chớnh l lp ca phộp o bng DGT MMT, u dũ ó c s dng cựng lỳc phõn lp kim loi linh ng nc sụng Lch Tray Th nghim c tin hnh ti v trớ khỏc ca sụng Lch Tray NM1 v NM2 Kt qu th hin bng 3.10 Bng 3.10 p i phộp i Tr y ng u Trn Th Hi Yn - CB 130806 i inh ng tr ng n sụng L h DGT MMT 58 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn Kt qu (NM1 ppb) Kt qu (NM2 ppb) Kim loi u u u u u u u u u u dũ dũ dũ dũ dũ dũ dũ dũ dũ dũ Cd 0,357 0,321 0,369 0,347 0,362 0,362 0,325 0,387 0,342 0,369 Pb 0,525 0,508 0,561 0,545 0,517 0,647 0,541 0,631 0,627 0,657 Zn 22,1 20,9 22,3 21,6 21,9 25,7 24,2 24,6 25,1 26,2 Mn 26,3 27,1 26,5 25,9 24,7 27,4 26,9 28,1 27,8 25,6 Trn Th Hi Yn - CB 130806 59 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn Hỡnh 3.12(a) p i u Ni Hi Ph ng hi x DGT tr ng n s ng L h Tr y Khu v nh i i Mn Zn t i v tr NM1 u Hỡnh 3.12(b) p i u Ni Hi Ph ng hi x DGT tr ng n s ng L h Tr y Khu v nh i i C P t i v tr NM1 u Trn Th Hi Yn - CB 130806 60 Lun tt nghip Hỡnh 3.12(c) v GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn p i u u Ni Hi Ph ng hi x Hỡnh 3.12(d) p i u Ni Hi Ph ng hi x Trn Th Hi Yn - CB 130806 DGT tr ng n s ng L h Tr y Khu nh i i Mn Zn t i v tr NM2 DGT tr ng n s ng L h Tr y Khu v nh i i C P t i v tr NM2 u 61 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn Quan sỏt bng 3.10 v hỡnh 12(a), 3.12(b), 3.12(c), 3.12(d) cú th thy s sai khỏc gia cỏc ln o l rt nh, di 5% th hin chớnh xỏc cao ca phộp o bng u dũ DGTMMT Nh vy, u dũ ny hon ton cú kh nng ng dng thc t ca xỏc nh kim loi linh ng Cd, Pb, Mn, Zn mụi trng nc t nhiờn Trn Th Hi Yn - CB 130806 62 Lun tt nghip GVHD: PGS.TS.Nguyn Hng Liờn KT LUN Qua quỏ trỡnh nghiờn cu v tng hp MMT ch to mng liờn kt cho u dũ DGT, cú th rỳt mt s nhn xột sau: Quỏ trỡnh tinh ch MMT bng axit v bóo hũa Na+ khụng lm nh hng ti cu trỳc ca MMT ban u, m bo cu trỳc vt liu mao qun trung bỡnh, vi pha tinh th montmorillonit Nghiờn cu v quỏ trỡnh to mng liờn kt MMT cho thy, cỏc iu kin thớch hp ch to mng l 0,2g MMT, polymer húa 45C 45 phỳt iu kin thớch hp cho quỏ trỡnh phõn lp kim loi linh ng Cd, Pb, Mn, Zn ca u dũ DGTMMT l: khong nng 20ppb-1000ppb, pH=5,5-8, thi gian nhỳng t gi tr lờn, lc ion 10-5 n 10-3, ớt cú tỏc nhõn to phc So sỏnh vi mng thng mi Chelex 100 cho thy s sai khỏc v kt qu o gia hai loi mng < 5% cho thy kh nng ng dng thay th ca mng MMT ỏnh giỏ th nghim thc t trờn nc song Lch Tray ti v trớ cu Nim cho thy, khu vc ny cú nguy c tỏc ng sinh hc bi Pb linh ng (chim 30% tng hm lng kim loi nc), ớt chu nh hng bi Cd, Mn v Zn linh ng (chim