Luận án hóa phân tích

Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường vấn đề toàn cầu nhiều nước đặc biệt quan tâm, có Việt Nam Năm 2008 năm báo động tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nước ta loạt vụ vi phạm gây ô nhiễm môi trường phát Do công tác xử lý chất thải, bảo vệ môi trường trở nên cấp bách Nước thải sở sản xuất hóa chất quốc phòng thường chứa số hợp chất nitro độc hại như: nitrotoluen (NT), 2,4,6-trinitrotoluen (TNT), nitroglyxerin (NG), 2,4-dinitrotoluen (DNT), nitrophenol (NP), 2,4-dinitrophenol (DNP), 2,4,6trinitrorezocxin (TNR) chứa lượng lớn muối nitrat Đây hóa chất dễ gây nổ, đồng thời có độc tính cao với môi trường người Do đó, xử lý nước thải chứa hợp chất nitro có thành phần thuốc phóng, thuốc nổ, thuốc pháo yêu cầu thực tiễn cấp bách ngành công nghiệp quốc phòng Hiện có nhiều phương pháp ứng dụng để xử lý hợp chất hữu độc hại, phương pháp nhà khoa học quan tâm nghiên cứu sử dụng kim loại để khử hợp chất hữu Ưu điểm phương pháp khả phân hủy cao, dễ áp dụng, công nghệ đơn giản giá thành thấp Tuy nhiên, phương pháp thường xử lý không triệt để, tạo sản phẩm độc với môi trường không chuyển hóa hoàn toàn chúng thành hợp chất không độc hại Những nghiên cứu gần cho thấy phản ứng phân hủy hợp chất hữu bền vững kim loại sắt kết hợp với muối pesunfat (S2O82-) có hiệu xử lý cao Lúc này, hệ phản ứng trình khử hợp chất nitro mà xảy trình oxi hóa nâng cao nhờ trình sinh ragốc sunfat tự SO4* Từ sở nêu lựa chọn Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích đề tài: “Nghiên cứu trình xử lý 2,4,6-trinitro toluen (TNT) nước thải sắt kim loại kết hợp muối amoni pesunfat” Nhiệm vụ nghiên cứu Trong khóa luận thực nhiệm vụ sau: - Thứ nhất: Xác định điều kiện tối ưu cho trình phân tích TNT máy cực phổ - Thứ hai: Xây dựng đường chuẩn TNT, thể phụ thuộc chiều cao sóng cực phổ vào nồng độ TNT, để xác định hàm lượng TNT mẫu phân tích - Thứ ba: Xác định điều kiện tối ưu cho trình xử lý TNT sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat (NH4)2S2O8 - Thứ tư: Ứng dụng điều kiện tối ưu khảo sát để xử lý TNT sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat (NH4)2S2O8, từ làm sở để xử lý hợp chất hữu độc hại nói chung hợp chất nitro thơm nói riêng có nước thải số sở sản xuất hóa chất công nghiệp quốc phòng Ý nghĩa đề tài - Cung cấp sở lý luận thực tiễn xử lý hợp chất nitro sắt kim loại, kết hợp với muối amoni pesunfat - Tiếp tục nghiên cứu phương pháp cực phổ để theo dõi trình xử lý hợp chất hữu độc hại theo quy mô phòng thí nghiệm Từ làm sở cho việc xây dựng quy trình xử lý với quy mô công nghiệp Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƢỢC VỀ MỘT SỐ HỢP CHẤT NITRO THƢỜNG GẶP 1.1.1 2,4,6-Trinitrotoluen (TNT) [7, 16] CH3 O2N NO2 NO2 TNT chất rắn, hình kim, màu vàng, tan nhiều nước (độ tan 200C 130,0 mg/lit) Đây chất nổ thông dụng sử dụng lĩnh vực quân có nhiều ứng dụng khác công nghiệp nhiều ngành kinh tế khác khai thác mỏ, khai thác đá, giao thông, xây dựng… TNT chất độc người sinh vật Khi xâm nhập vào thể, TNT gây tổn thương toàn diện thể gây viêm niêm mạc mắt, mũi, họng, tổn thương hệ thống thần kinh dẫn đến viêm gan, nhiễm độc, thiếu máu, tan máu, giảm khả tạo hemoglobin Ngoài TNT gây suy nhược thần kinh, suy nhược thể, đục thuỷ tinh thể, ung thư Theo nghiên cứu TNT gây vô sinh nam giới gây ung thư cho người TNT xâm nhập vào thể nhiều đường khác qua da, qua niêm mạc, qua đường hô hấp tiêu hoá Vì nguy nhiễm độc TNT cao Đối với động vật có vú liều lượng LD50 qua đường miệng chuột đực 1010 mg/kg chuột 820 mg/kg Mèo chó nhạy cảm với TNT thỏ, chuột hay lợn Đối với thủy sinh vật liều lượng LC50 Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích loài cá bị nhiễm TNT điều kiện khác (nhiệt độ, độ cứng, dòng chảy ) 1,5 - 2,0 mg/l Đối với loài cá, nhạy cảm cá hồi, liều lượng LC50 0,8 mg/l Nước thải từ sở sản xuất hóa chất quốc phòng chưa qua xử lý xử lý chưa hoàn toàn làm ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước mặt nước ngầm Biểu ô nhiễm dễ quan sát thấy nước chuyển sang màu tím, khó khăn tốn để xử lý Hàm lượng TNT nước thải công nghiệp theo TCVN 5945-2008 0,5 mg/lit 1.1.2 2,4,6-TrinitroPhenol (axit picric).[2,4] OH O2N NO2 NO2 Axit picric chất rât độc hại, nuốt phải 1-2 gam gây ngộ độc Bụi axit picric gây kích thích da mắt Tác dụng lên mắt làm mắt đổi màu vàng Bị ngộ độc axit gây nhức đầu, buồn nôn, tiêu chảy, chóng mặt vàng da, nước tiểu màu đỏ 1.1.3 2,4-Dinitrotoluen (DNT) [2,5,6] Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích DNT chất hữu dễ bị phân hủy tác dụng ánh sáng mặt trời vi sinh vật DNT môi trường không khí môi trường nước bị phân hủy tác dụng ánh sáng mặt trời Trong điều kiện oxy ánh sáng mặt trời, DNT bị phân hủy tác dụng vi sinh vật, chúng sử dụng DNT nguồn lượng giải phóng CO2 nước.DNT chất độc nguy hiểm, gây nhiều tác hại đến người sinh vật Đối với người: DNT xâm nhập vào thể người phần lớn qua đường da Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thành phần đồng phân, DNT tồn dạng chất dễ tan, chất rắn có điểm nóng chảy thấp dạng chất lỏng Khi DNT dạng hơi, xâm nhập qua đường hô hấp hay qua đường ăn uống người sử dụng không rửa tay trước ăn Phần lớn triệu chứng khác DNT suy yếu bắp, mỏi mệt, nhức đầu, ăn không ngon, chóng mặt, hoa mắt.Khi bị nhiễm độc nặng dẫn đến viêm gan, triệu chứng lâm sàng xanh xao, thiếu máu Hàm lượng DNT cho phép không khí nơi sản xuất 1,5 mg/m3 Đối với sinh vật: Các sinh vật thỏ, chó, lợn… nhạy cảm với DNT Những sinh vật bị nhiễm độc thường mắc chứng bệnh thần kinh bệnh gan.Các loài chó bị nhiễm độc DNT liều lượng 25 mg/kg/ngày bị chết 1.1.4 2,4-đinitrophenol (DNP) [3,13,14] Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích DNP sử dụng sản xuất thuốc nhuộm, chất bảo quản gỗ, loại thuốc trừ sâu Trong khoảng thời gian đầu năm 30 kỷ XX, DNP sử dụng loại thuốc giảm cân, đến năm 1938 bị cấm sử dụng DNP gây độc cấp tính mãn tính Khi vào thể qua đường tiêu hóa, DNP phân bố máu, nước tiểu, mô người Biểu nhiễm độc cấp tính DNP người buồn nôn, nôn mửa, đổ mồ hôi, chóng mặt, nhức đầu, giảm cân Nếu người hấp thụ DNP liều lượng lớn biểu cấp tính có thêm triệu chứng tăng tỷ lệ chuyển hóa triệu chứng khác Biểu nhiễm độc mãn tínhở người thương tổn da, giảm cân, gây ảnh hưởng lên tủy xương, hệ thần kinh trung ương hệ thống tim mạch Các nghiên cứu phụ nữ uống DNP để giảm cân ảnh hưởng đến khả sinh sản, thông tin chưa có tính thuyết phục cao Đối với động vật đẻ DNP làm tăng tỷ lệ chết non tăng tỷ lệ tử vong 1.1.5 NitroBenzen (NB) [6, 10] NO2 NB có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế Một lượng lớn NB dùng để sản xuất Anilin Ngoài ra, NB sử dụng thuốc trừ sâu, làm dung môi, thuốc nhuộm, dược phẩm thuốc nổ NB chuyển hóa dễ dàng thành Anilin dẫn xuất khác Azobenzen, nitrosobenzen, phenylhidroxylamin khó phân hủy nước Do đó, chúng tồn lâu nước gây ô nhiễm nguồn nước NB có độc tính cao dễ dàng hấp thụ qua da NB chất gây ung Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích thư, tiếp xúc kéo dài với NB gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống thần kinh trung ương, gan, thận, phổi hệ tuần hoàn Hít phải NB gây nhức đầu, buồn nôn, mệt mỏi, chóng mặt Hàm lượng NB nước thải công nghiệp theo TCVN 5945-2008 5.10-3 mg/lit 1.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ VÒNG THƠM 1.2.1.Các nguồn phát sinh chất thải chứa hợp chất TNT Công nghiệp quốc phòng gắn liền với trình sản xuất, chế biến gia công thuốc nổ Thuốc phóng, thuốc nổ tính chất nguy hiểm chúng phát nổ, thân chúng hóa chất gây độc khác đến môi trường sinh vật sống Các nguồn phát sinh chất thải có tính nổ từ dây chuyền công nghệ gia công vật liệu nổ, sửa chữa, bảo quản, niêm cất vũ khí, đạn dược trang bị kỹ thuật quân đội Vấn đề gây ô nhiễm môi trường chất có tính nổ phát từ sớm từ chiến tranh giới thứ thứ hai Tính chất chất nghiên cứu tác nhân gây ô nhiễm môi trường xung quanh khu công nghiệp quốc phòng Việt Nam Sự ô nhiễm không khí phát nổ, khí thải dây chuyền sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ, dây chuyền tổng lắp vũ khí, nhồi ép thuốc nổ vào đạn… bụi, thuốc phóng, thuốc nổ TNT, TNR, dung môi hữu cơ,… Bên cạnh ô nhiễm không khí, chất thải rắn bị ô nhiễm hóa chất có tính nổ, thí dụ loại thuốc phóng nổ bẩn, thuốc phóng thuốc nổ, phế phẩm, mảnh đạn, bom, mìn, loại bao bì, hòm đựng vật liệu nổ, giẻ lau, mùn cưa nhiễm thuốc nổ… chiếm tỉ trọng lớn tổng lượng thải quốc phòng Các nguồn nước bị ô nhiễm nguồn nước thải khu công nghiệp quốc phòng, Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích rửa chất thải rắn, từ khí thải, hợp chất chủ yếu gây ô nhiễm như: nitrophenol, nitroglixerin, 2,4,6-trinitrotoluen, nitroxenlulo, dinitrotoluen, 2,4,6-trinitroresorxin Một số nhà máy quốc phòng sử dụng TNT làm nguyên liệu sản xuất thuốc nổ, chất gợi nổ Nước thải nhà máy chứa chất ô nhiễm TNT có nồng độ dao động từ 20-50 mg/l với lưu lượng khoảng 50100m3/ngày Đa số nguồn thải nhà máy chưa xử lý triệt để (theo tài liệu báo cáo đánh giá tác động môi trường từ năm 1995 đến 2002 Viện Hóa Học – Vật liệu, Viện KH&CNQS tài liệu tham khảo [15]) 1.2.2 Sơ lƣợc phƣơng pháp xử lý chất hữu độc hại Hiện nay, nhiều phương pháp xử lý hợp chất hữu độc hại biết đến phương pháp vật lý, hóa lý (hấp phụ, phân hủy tia tử ngoại…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học (oxi hóa, khử hóa, điện phân,…) Nguyên tắc chung phương pháp làm giảm hàm lượng chất hữu độc hại xuống ngưỡng cho phép trước thải môi trường Sau số phương pháp xử lý hợp chất hữu đặc biệt hợp chất nitro thơm 1.2.2.1 Phương pháp hóa học Phương pháp dựa vào phản ứng hóa học để chuyển hóa hợp chất nitro thơm thành hợp chất không nhạy nổ, không độc so với chất ban đầu Các tác nhân hóa học thường sử dụng tác nhân oxi hóa (clo, ozon, KMnO 4, cloramin, hipoclorit, H2O2, HNO3, trình oxi hóa nâng cao) tác nhân có tính khử (NaHSO3, Na2S, sắt) Sau trình hóa học xảy ra, chất hữu độc hại bị chuyển hóa thành amin độc sản phẩm không độc hại (CO2; H2O; N2) 1.2.2.2 Phương pháp pha loãng Nguyên lý phương pháp nước thải bổ sung thêm lượng nước định cho tiêu chất lượng đạt tiêu chuẩn thải vào Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích môi trường Phương pháp khả loại bỏ chất thải khỏi nguồn nước mà giảm nồng độ chúng 1.2.2.3 Phương pháp hấp phụ Hiện nay,phương pháp hấp phụ phương pháp sử dụng rộng rãi công nghệ xử lý chất hữu độc hại, bền vững môi trường nước thải công nghiệp, đặt biệt loại nước thải có màu Phương pháp cho phép xử lý nước thải chứa nhiều loại chất bẩn khác nhau, kể nồng độ chất bẩn nước thấp, mà phương pháp khác khó xử lý Ngoài phương pháp hấp phụ dùng để xử lý triệt để nước thải sau nguồn nước xử lý phương pháp khác Nguyên tắc phương pháp hấp phụlà dựa khả hấp phụ chất bẩn có mặt nguồn nước thải vật liệu hấp phụ Nước thải sau cho qua vật liệu hấp phụ kiểm tra tiêu trước thải môi trường Các vật liệu hấp phụ thường dùng than hoạt tính, zeolit, vật liệu nano than hoạt tính vật liệu sử dụng rộng rãi với nhiều ưu điểm vượt trội Phương pháp hấp phụ thường kết hợp với phương pháp khác để xử lý sản phẩm sau hấp phụ 1.2.2.4 Phương pháp thiêu đốt Thiêu đốt phương pháp nhiệt dùng để phân hủy hợp chất hữu Phương pháp thường cần thiết bị lò đốt, nhiên liệu đốt hay lò đốt điện, buồng đốt, phận xử lý khí đốt Các sản phẩm đốt thường chất đơn giản CO2, H2O, N2 chất hữu oxi hóa hoàn toàn Tuy nhiên, bên cạnh phản ứng có trình phụ tạo hợp chất độc hại Như trình đốt chất hữu chứa clo, mạch vòng thải chất độc dioxin [5, 19] chất hữu mạch vòng (PCB) hay hữu clo hóa đốt tạo dibenzodioxin furan Mặt khác, theo tính toán thực tế Hoàng Thị Thu Hường Trang Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích cho thấy giá thành chi phí đốt chất thải thường cao nên phương pháp không ưu tiên nhiều 1.2.2.5 Phương pháp phân hủy xạ UV Hợp chất nitro thơm bị chuyển hóa thành sản phẩm: CO 2, HNO3, H2O lượng UV Phương pháp thường kết hợp với tác nhân oxy hóa khác ozon, H2O2 [14] Sử dụng trình oxy hóa nâng cao có tác nhân ánh sáng UV/ H2O2, UV/O3, trình Fenton …Ở số nước, phương pháp thương mại hóa, áp dụng xử lý nước thải nhiễm chất hữu Tuy nhiên, với loại chất thải chứa hợp chất nổ chủ yếu kết thử nghiệm [6] Ở nước có công trình nghiên cứu sử dụng xạ UV có thêm tác nhân oxy hóa O3, H2O2, TiO2 tăng hiệu xử lý 1.2.2.6 Phương pháp ozon hóa Dùng ozon để chuyển hóa chất hữu (đặc biệt hợp chất nitro thơm) có độc tính nước thải phương pháp chưa áp dụng rộng rãi Ozon tác nhân oxy hóa mạnh chất cộng hợp mạnh dẫn đến nhiều ứng dụng đặc biệt Trong công nghệ hóa học giữ vai trò tối ưu trình oxy hóa cộng hợp Đặc biệt khả phản ứng với liên kết đôi phân tử nitro thơm Trong trình phản ứng với liên kết đôi phân tử nitro thơm xảy tượng phá vòng tạo thành axit béo, axit sau chuyển hóa thành sản phẩm trao đổi trung gian Quá trình xử lý tiếp tục đến sản phẩm cuối H2O, CO2, HNO3 Phương pháp ozon hóa nước thải chứa hợp chất nitro thơm, sản phẩm cuối không gây ô nhiễm mà trình xử lý chất hữu khác nước kể, thải bị oxy hóa Nước thải sau xử lý có số COD, mùi, độ đục giảm đáng số BOD gần không còn, lượng oxy hòa tan nước tăng lên Hoàng Thị Thu Hường Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Độ lệch chuẩn 8,45.10-3 1,197.10-3 RSD (%) 1,462 0,994 Độ lệch chuẩn tương đối bán sóng (E1/2) đường cong cực phổ xung vi phân cỡ 1,462%, chiều cao dòng khuếch tán giới hạn xung vi phân (Ip) dung dịch TNT 0,99% nhỏ Chứng tỏ việc phân tích chất chuẩn TNT hệ thống cực phổ đa 757VA Computrace đạt yêu cầu tính thích hợp, ứng dụng tốt cho việc phân tích định tính định lượng 3.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TNT BẰNG SẮT KIM LOẠI 3.4.1 Ảnh hƣởng thời gian tới trình xử lý TNT sắt Chúng tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian tới giảm nồng độ TNT, thể qua bảng 3.11 sau đây: Bảng 3.11: Ảnh hưởng thời gian đến trình xử lý TNT Thời gian (phút) TNT CTNT (mg/l) -Ip.107 (A) -E1/2(V) 0,573 0,226 5,084 0,570 0,138 3,104 10 0,563 0,105 2,362 15 0,556 0,091 2,047 20 0,549 0,075 1,687 25 0,542 0,069 1,552 30 0,528 0,067 1,507 Hoàng Thị Thu Hường Trang 49 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Dựa vào kết bảng 3.11 trên, thiết lập đồ thị mô tả biến thiên nồng độ TNT theo thời gian khoảng 30 phút tiến hành phản ứng sau: Thời gian đuổi khí C (mg/l) thời gian đuổi khí thời gian 0 10 15 20 25 30 Hình 3.12: Khảo sát thời gian xử lý TNT Nhận xét: Qua kết sóng cực phổ xác định đồ thị hình trên thấy sau khoảng thời gian (phút) hàm lượng TNT giảm đáng kể sau khoảng thời gian 30 (phút) Nồng độ TNT giảm 70% Chứng tỏ bột sắt khử TNT thành amin Trong khoảng thời gian 15 phút đầu nhận thấy hàm lượng TNT giảm nhanh hơn, chứng tỏ thời gian đầu phản ứng xảy trình hấp phụ TNT bề mặt sắt trình khử TNT Mặt khác, quan sát thí nghiệm thấy màu dung dịch phản ứng chuyển sang xanh tím nhạt sau dần sang vàng nâu Đây thị cho xuất ion Fe 2+ Fe3+ tạo huyền phù dụng dịch Huyền phù phải lọc bỏ khỏi dung dịch trước phân tích TNT Hoàng Thị Thu Hường Trang 50 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích 3.4.2 Ảnh hƣởng khối lƣợng sắt tới trình xử lý TNT Chúng tiến hành thí nghiệm với lượng sắt kim loại khác nhau: 0,15 gam; 0,1 gam; 0,2 gam Nhằm xác định ảnh hưởng nồng độ sắt tới trình chuyển hóa TNT sau khoảng thời gian khác Dưới kết mà khảo sát được: Bảng 3.12: Ảnh hưởng khối lượng sắt tới trình xử lý TNT t (phút) 10 15 20 25 30 1,550 1,500 CTNT 0,1 gam 5,08 3,100 2,360 2.046 (mg/l) 0,15gam 05,08 5,08 5,08 2,048 1,747 2,047 1,445 1,289 1,100 1,070 1,847 1,453 1,346 1,093 1,068 1,037 0,2gam 1,680 C (mg/l) 0,1 gam Fe 0,2 gam Fe 0,3 gam Fe thời gian 0 10 15 20 25 30 Hình 3.13: Ảnh hưởng khối lượng sắt tới trình xử lý TNT Nhận xét: Nhận thấy sau khoảng thời gian 30 phút tiến hành phản ứng Fe kim loại với TNT, hàm lượng TNT giảm dần theo thời gian Đồng thời tốc độ chuyển hóa tỉ lệ thuận với khối lượng bột Fe Khối lượng bột sắt tăng tốc Hoàng Thị Thu Hường Trang 51 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích độ phản ứng tăng, nhiên hàm lượng TNT giảm chậm Chứng tỏ lượng Fe phản ứng đủ, tăng khối lượng Fe trình hấp phụ TNT bề mặt Fe tăng, diện tích bề mặt tăng lên làm tốc độ chuyển hóa TNT tăng Khi tiến hành thí nghiệm, thu phổ đồ TNT nhận thấy, sau thời gian phản ứng khoảng -0,2V đến -0,5V có pic ion Fe2+ Fe3+ xuất Theo thời gian chiều cao pic tăng dần nồng độ ion Fe 2+ Fe3+ dung dịch tăng lên Vậy nên tiến hành thí nghiệm khảo sát yếu tố khác sử dụng lượng bột Fe 0,1 gam 3.4.3 Ảnh hƣởng khuấy tới trình xử lý TNT Ở tiến hành thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy tới trình chuyển hóa TNT Mục đích tìm điều kiện tối ưu nồng độ xử lý TNT Fe Kết cụ thể bảng 3.13 đây: Bảng 3.13: Ảnh hưởng khuấy trộn đến trình xử lý TNT t (phút) 10 15 20 25 30 CTNT 5,08 3,135 2,362 2,047 1,687 1,382 1,253 (mg/l) 5,08 4,743 4,509 4,381 4,290 4,020 3,928 Từ kết bảng 3.13, xây dựng đồ thị mô tả vai trò việc khuấy trộn tới giảm nồng độ TNT Hoàng Thị Thu Hường Trang 52 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích C (mg/l) khuấy không khuấy thời gian 0 10 15 20 25 30 Hình 3.14: Ảnh hưởng khuấy trộn đến trình xử lý TNT Nhận xét: Nhìn vào đồ ta thấy không khuấy nồng độ TNT giảm không đáng kể Khi ta khuấy giảm mạnh Vậy tốc độ khuấy ảnh hưởng lớn tới trình xử lý TNT Fe 3.5 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TNT BẰNG SẮT KIM LOAI KẾT HỢP VỚI MUỐI AMONI PESUNFAT 3.5.1 Ảnh hƣởng thời gian tới trình xử lý TNT Tiến hành thí nghiệm với 0,1ml TNT (CTNT = 80 mg/l) 0,1 gam Fe + 0,112 gam (NH4)2S2O8 + 15ml dung dịch đệm amoni Phổ đồ TNT theo thời gian rõ hình 2.5 phần phụ lục Từ bảng 3.14 ta thấy cho thêm lượng muối (NH4)2S2O8 vào hệ chứa sắt kim loại, sau khoảng phút nồng độ TNT giảm mạnh Sau khoảng thời gian 10, 15, 20, 25 phút … nồng độ TNT giảm dần nhiên tốc độ có chậm lại Kết thống kê nồng độ TNT bảng 3.14 đây: Hoàng Thị Thu Hường Trang 53 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Bảng 3.14: Khảo sát thời gian xử lý TNT t (phút) 10 15 20 25 30 C (mg/l) 5,08 2,935 1,862 1,047 0,77 0,682 0,653 Nhận xét: Kết khảo sát cho thấy cho TNT phản ứng với tác nhân Fe kết hợp với (NH4)2S2O8 nồng độ TNT bị giảm nhanh chóng Trong khoảng thời gian thí nghiệm 30 phút TNT bị phân hủy 87% Từ hình 3.5 cho thấy vị trí pic sản phẩm bị dịch chuyển phía dương Điều chứng tỏ cho thêm muối (NH4)2S2O8 xảy phản ứng Fe2+ với anion pesunfat tạo gốc tự SO4*- , gốc tự sunfat kết hợp với TNT khoáng hóa TNT tạo hợp chất CO2, H2O, N2 Sau khoảng thời gian 5p nồng độ TNT giảm khoảng 40%, từ t = phút đến t = 30 phút hàm lượng TNT giảm khoảng 30% Chứng tỏ, thời gian đầu gốc tự cao, làm khoáng hóa TNT, theo thời gian gốc tự giảm dần, tốc độ khoáng hóa chậm lại 3.5.2 Ảnh hƣởng khối lƣợng sắt tới trình xử lý TNT Tiến hành thí nghiệm với khối lượng sắt kim loại khác là: 0,05 gam; 0,1 gam; 0,15 gam Mục đích tìm điều kiện tối ưu lượng Fe với (NH 4)2S2O8 Sau khoảng thời gian phản ứng phút tiến hành đo mẫu lập bảng kết xác định nồng độ TNT thời điểm khác sau: Bảng 3.15: Ảnh hưởng khối lượng sắt đến trình xử lý TNT t (phút) CTNT (mg/l) 10 15 20 25 30 0,05g Fe 5,080 3,123 2,52 2,156 1,854 1,420 1,166 0,10g Fe 5,080 2,935 2,362 1,947 1,587 1,282 0,953 0,15g Fe 5,080 2,906 2,284 1,875 1,459 1,256 0,889 Hoàng Thị Thu Hường Trang 54 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích C (mg/l) 0,05g Fe 0,1g Fe 0,15g Fe thời gian 0 10 15 20 25 30 Hình 3.15: Ảnh hưởng khối lượng sắt đến trình xử lý TNT Nhận xét: Qua hình 3.15 cho thấy tăng khối lượng Fe nồng độ TNT có giảm nhanh không nhanh nhiều Theo số tài liệu nước nghiên cứu phản ứng diễn tối ưu tỉ lệ mol Fe (NH4)2S2O8 khoảng 7÷10 lần, lượng gốc tự sunfat lớn Trong điều kiện thí nghiệm làm không cần phải tăng nhiều sắt cho trình xử lý Qua kết khảo sát, chọn điều kiện thích hợp 0,15 gam Fe kết hợp với 0,112 gam (NH4)2S2O8, xử lý với 2,0 ml TNT (C = 80 mg/l), sau 30 phút nồng độ TNT giảm xuống 0,889.10-3 mg/ml (giảm gần 99%), gần với nồng độ cho phép TCVN 3.5.3 Khảo sát ảnh hƣởng khuấy tới trình chuyển hóa TNT Tiến hành thí nghiệm với mẫu nồng độ TNT, khối lượng sắt hàm lượng muối amoni pesunfat cho vào mẫu bình điện phân tiến hành đo mẫu theo khoảng thời gian khuấy 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 phút Còn mẫu không khuấy đo khoảng thời gian Hoàng Thị Thu Hường Trang 55 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Kết sau đo máy cực phổ để xác định nồng độ TNT lại, ghi bảng 3.16 sau đây: Bảng 3.16: Ảnh hưởng khuấy trộn tới trình xử lý TNT t (phút) C (mg/l) (khuấy) 10 15 20 25 30 5,08 2,935 2,362 1,947 1,587 1,282 0,953 5,08 4,649 4,492 4,256 4,159 4,034 4,002 C (mg/l) (không khuấy) Từ kết bảng 3.16, xây dựng đồ thị mô tả vai trò việc khuấy trộn tới giảm nồng độ TNT C (mg/l) khuấy không khuấy thời gian 0 15 20 25 30 Hình 3.16: Ảnh hưởng khuấy trộn đến trình xử lý TNT Hoàng Thị Thu Hường Trang 56 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Nhận xét: Qua đồ thị hình 3.16 thấy khoảng 30 phút phản ứng Cả hai thí nghiệm nồng độ giảm dần theo thời gian Ở thí nghiệm không khuấy nồng độ TNT giảm chậm so với thí nghiệm khuấy Chứng tỏ tiến hành thí nghiệm, khuấy trộn làm tăng tiếp xúc Fe với TNT dẫn tới khả phản ứng TNT với hỗn hợp Fe (NH4)2S2O8 tăng 3.5.4 Ảnh hƣởng khối lƣợng muối amoni pesufat Từ thí nghiệm thí nghiệm 7, ghi lại kết khảo sát nồng độ TNT theo bảng sau: Bảng 3.17: Ảnh hưởng khối lượng muối amoni pesunfat tới trình xử lý TNT Thời gian Xử lý TNT cho Xử lý TNT cho (phút) 0,112 gam (NH4)2S2O8) 0,2 gam (NH4)2S2O8) -Ip.107 (A) -E1/2(V) -E1/2(V) -Ip.107 (A) 0,567 0,221 0,567 0,221 0,563 0,174 0,557 0,124 10 0,554 0,119 0,563 0,078 15 0,556 0,066 0,556 0,029 20 0,554 0,057 0,549 0,015 25 0,552 0,039 0,542 0,009 30 0,549 0,021 0,528 0,005 Bảng 3.18: Nồng độ TNT sau khoảng thời gian xử lý 0,1g Fe 0,112g muối (NH4)2S2O8 t (phút) 10 15 20 25 30 Ip.107 (A) 0,221 0,174 0,119 0,066 0,045 0,039 0,021 C (mg/l) 4,972 3,194 2,677 1,484 1,012 0,877 0,472 Hoàng Thị Thu Hường Trang 57 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Bảng 3.19: Nồng độ TNT sau khoảng thời gian xử lý 0,1g Fe 0,2g muối (NH4)2S2O8 t (phút) 10 15 20 25 30 Ip.107 (A) 0,221 0,124 0,078 0,029 0,015 0,009 0,005 C (mg/l) 4,972 2,789 1,755 0,652 0,337 0,202 0,112 C (mg/l) Xử lý với 0,112g (NH4)2S2O8 Xử lý với 0,2g (NH4)2S2O8 thời gian 0 10 15 20 25 30 Hình 3.17: Ảnh hưởng khối lượng muối amoni pesufat tới trình xử lý Nhận xét: Khi tăng khối lượng (NH4)2S2O8 tốc độ chuyển hóa TNT tăng chậm, gần không đáng kể Do tăng lượng (NH4)2S2O8 , nguồn cung cấp gốc tự SO4*- tăng lên, lượng sắt không thay đổi Vì vậy, lượng gốc tự sinh Fe2+ tương tác với anion pesunfat tăng lên không đáng kể Đồng thời lượng pesunfat tăng lên xảy trình hấp phụ ích là: Fe2+ + S2O82- Fe3+ + SO42- + SO4-* Chính tốc độ chuyển hóa không thay đổi nhiều tăng lượng muối (NH4)2S2O8 Khi tiến hành xử lý TNT hệ Fe0 kết hợp với pesunfat nên dùng lượng thích hợp muối (NH4)2S2O8 Hoàng Thị Thu Hường Trang 58 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích 3.5.5 So sánh ảnh hƣởng cách xử lý TNT cho (NH4)2S2O8 thời gian khác Từ thí nghiệm 4, thí nghiệm thí nghiệm 8, kết nồng độ TNT ghi lại bảng đây: Bảng 3.20: Nồng độ TNT sau khoảng thời gian xử lý 0,1g Fe 0,112g muối (NH4)2S2O8 Thời gian (phút) TNT(1) Cho S2O82- sau phút -E1/2(V) -Ip.107 (A) TNT(2) Cho S2O82- sau 10 phút -Ip.107 (A) -E1/2(V) 0,577 0,206 0,577 0,214 0,573 0,189 0,573 0,192 10 0,554 0,125 0,566 0,181 15 0,556 0,071 0,556 0,098 20 0,554 0,051 0,549 0,061 25 0,552 0,040 0,542 0,049 30 0,549 0,032 0,528 0,040 Bảng 3.21: Nồng độ TNT cho đồng thời 0,1g Fe kim loại 0,112g muối (NH4)2S2O8 t (phút) 10 15 20 25 30 Ip.107 (A) 0,231 0,199 0,187 0,122 0,088 0,049 0,039 C (mg/l) 5,197 4,477 4,207 2,745 1,979 1,102 0,877 Hoàng Thị Thu Hường Trang 59 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích Bảng 3.22: Bảng nồng độ TNT cho S2O82- thời điểm phút t (phút) 10 15 20 25 30 Ip.107 (A) 0,206 0,179 0,125 0,071 0,046 0,04 0,037 C (mg/l) 4,634 4,252 2,812 1,597 1,134 0,90 0,732 Bảng 3.23: Bảng nồng độ TNT cho S2O82- thời điểm 10 phút t (phút) 10 15 20 25 30 Ip.107 (A) 0,214 0,192 0,181 0,094 0,063 0,049 0,041 C (mg/l) 4,814 4,319 4,072 2,114 1,417 1,102 0,922 Từ kết bảng 3.21; 3.22 bảng 3.23 xây dựng đồ thị mô tả ảnh hưởng việc cho muối amoni pesunfat thời điểm khác nhau, ảnh hưởng đến nồng độ TNT qua hình 3.18 C (mg/l) Đồng thời Cho S2O8 sau 5p Cho S2O8 sau 10p thời gian 0 10 15 20 25 30 Hình 3.18: Khảo sát thời điểm cho S2O82- vào hệ xử lý Nhận xét: Sau khoảng thời gian 5p tiến hành phản ứng, nhận thấy nồng độ TNT giảm thí nghiệm Ở thí nghiệm mà tác nhân có Fe kim loại chiều Hoàng Thị Thu Hường Trang 60 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích cao pic giảm xuống, vị trí thay đổi so với pic ban đầu TNT Ở hai thí nghiệm lại chiều cao pic giảm mạnh Vị trí pic bị dịch chuyển phía dương Sau thời gian 10p phản ứng điều kiện khác thành phần muối (NH4)2S2O8 ta nhận thấy tốc độ chuyển hóa TNT tăng lên nhanh chóng với có mặt muối (NH4)2S2O8 Và vị trí pic có dịch chuyển phía dương cho thêm muối (NH4)2S2O8 3.6 TỒNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TỐI ƢU CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TNT BẰNG SẮT KẾT HỢP VỚI MUỐI AMONI PESUNFAT Qua kết khảo sát nhận thấy thời gian phản ứng khoảng 10- 15 phút Hàm lượng chất hữu độc hại TNT giảm khoảng 80% Do thời gian xử lý tối ưu hệ Fe kết hợp với pesunfat khoảng 20 phút Khảo sát lượng Fe với pesunfat nhận thấy nên sử dụng Fe dạng bột tăng khả phản ứng khả hấp phụ Muối (NH 4)2S2O8 phải dạng tinh thể, pesunfat dễ phân hủy không khí ẩm Nên sử dụng lượng Fe kết hợp với muối (NH4)2S2O8 theo tỉ lệ mol cỡ 5-10 lần Khi nồng độ gốc tự lớn nhất, đồng thời hạn chế trình phụ không mong muốn Khi tiến hành xử lý nguồn nước chứa TNT chất hữu độc hại, phản ứng dị thể hòa tan chất hữu nước thường Khi sử dụng hệ Fe + S2O82- để xử lý chất hữu cơ, cần phải thiết kế phận khuấy trộn nhằm mục đích tăng hòa tan oxi không khí vào hệ phản ứng Sẽ làm tăng tốc độ phản ứng, thời gian phản ứng giảm xuống Nên tạo môi trường xử lý điều kiện axit môi trường bazơ mạnh tăng khả sản sinh gốc tự có tính oxi hóa mạnh, đồng thời xảy trình phân hủy TNT đường hóa học Hoàng Thị Thu Hường Trang 61 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích KẾT LUẬN Sau thời gian tiến hành thực nghiệm, thu số kết quan trọng sau: Đã khảo sát điều kiện tối ưu xác định nồng độ TNT phương pháp cực phổ xung vi phân sau: - Đo sóng cực phổ xung vi phân TNT đệm amoni (NH3 + NH4Cl) có pH= 10,00 - Sử dụng điện cực giọt treo thủy ngân (HMDE) với kích thước giọt - Loại ảnh hưởng oxi hòa tan sau 90s - Thời gian làm giàu 30s - Bước nhảy 0,006s - Quét từ -0,9V đến -0,1V - Tốc độ quét 0,015V/s - Biên độ xung 0,05V - Píc TNT xuất khoảng -570mV đến -530mV Đo máy phân tích điện hóa đa VA757 Computrace Metrohm điện cực giọt treo, điện cực so sánh Ag/AgCl Chất lượng sóng cực phổ tốt ổn định Xây dựng đường chuẩn phụ thuộc chiều cao píc vào nồng độ TNT Ip = [(4,445 ± 0,047).CTNT + (-2,000 ± 0,233)] 10-9 Với hệ số tương quan R2 = 0,9994 Đã tiến hành kiểm tra độ xác đường chuẩn, độ lặp, tính thích hợp phương pháp cực phổ tính giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng TNT Kết cho thấy đường chuẩn xây dựng có độ tin cậy cao, ứng dụng tốt cho việc tính toán nồng độ TNT mẫu phân tích, phương pháp cực phổ có Hoàng Thị Thu Hường Trang 62 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích tương thích tốt cho trình phân tích định tính định lượng TNT có độ lặp tốt cho phép đo Đã tiến hành xử lý TNT kim loại sắt kết hợp với muối (NH 4)2S2O8, so sánh với cách xử lý TNT dùng sắt Kết thu khả quan, mở hướng nghiên cứu, ứng dụng việc xử lý chất hữu độc hại Sau khoảng thời gian xử lý 20 phút, với hàm lượng Fe (NH4)2S2O8 từ 7:10 lần hàm lượng chất hữu độc hại TNT giảm 80%, từ định hướng quy mô xử lý TNT với hàm lượng lớn phòng thí nghiệm Hoàng Thị Thu Hường Trang 63