Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi mụn dừa định hướng hấp phụ DDT tách chiết từ đất ô nhiễm (2018)

S TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ====== LẠI THANH TÂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANi/ MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ DDT TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ơ NHIỄM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ====== KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANi/ MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ DDT TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ơ NHIỄM Chun ngành: Hóa Hữu Sinh viên thực hiện: Lại Thanh Tâm Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN QUANG HỢP LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Quang Hợp tận tình hướng dẫn suốt trình thực nghiệm Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức hướng dẫn em suốt trình học tập Với vốn kiến thức tiếp thu suốt trình học tập bốn năm qua khơng tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà hành trang quý báu để em bước vào đời cách vững tự tin Trân trọng! Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lại Thanh Tâm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Quang Hợp Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu trước Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, kết khóa luận Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lại Thanh Tâm DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật MD Mụn dừa PANi PA Polyaniline PANi-MD/ PA-MD Polyaniline- mụn dừa VLHT Vật liệu hấp thu APS Amonium pesunfate DDD Dichloro diphenyl dichloroethane DDE Dichloro diphenyl dichloroethylene DDT Dichloro diphenyl trichloroethane GCMS Gas Chromatography Mass Spectometry IR Phổ hồng ngoại PCB Polychlorinated Biphenyls POP Persistent organic pollutans SEM Scanning Electron Microscope VLHT Vật liệu hấp thu WE Điện cực làm việc MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm hóa chất BVTV 1.2 Phân loại hóa chất BVTV 1.3 Khái niệm tổng quan chất hữu khó phân hủy 1.4 Thực trạng đất bị ô nhiễm POP nước ta 1.6 Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP 1.7 Tổng hợp ứng dụng Polyaniline 1.7.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi 1.7.1.1 Phương pháp hóa học 1.7.1.2 Phương pháp điện hóa 1.7.1.3 Ứng dụng Polyaniline xử lý ô nhiễm môi trường 1.8 Mụn dừa 10 1.8.1 Thành phần hóa học mụn dừa 10 1.8.2 Cấu trúc ứng dụng mụn dừa 11 1.8.2.1 Cấu trúc mụn dừa 11 1.8.2.2 Ứng dụng mụn dừa 12 1.9 Lý thuyết phương pháp hấp phụ 12 1.9.1 Phương pháp hấp phụ 12 1.9.1.1 Các khái niệm 12 1.9.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 14 1.9.2.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 14 1.9.2.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 16 CHƯƠNG -ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Thực Nghiệm 19 2.1.1 Máy móc thiết bị 19 2.1.2 Dụng cụ hóa chất 19 2.1.3 Tiến hành thí nghiệm 19 2.1.3.1 Tổng hợp chế tạo vật liệu hấp phụ 19 2.2.3.3 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng chất vật liệu 20 2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 2.2.1 Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS 21 2.2.2 Phổ hồng ngoại (IR) 22 2.2.3 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 22 2.2.4 Phần mềm xử lý số liệu Origin Excel 23 2.2.4.1 Phần mềm origin 23 2.2.4.2 Phần mềm excel 24 CHƯƠNG -KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Đặc trưng vật liệu tổng hợp 25 3.1.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp phụ 25 3.1.2 Phổ hồng ngoại vật liệu hấp phụ 26 3.1.3 Phân tích ảnh SEM 28 3.2 Khả hấp phụ vật liệu 30 3.2.1 Ảnh hưởng chất vật liệu 30 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian 32 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 34 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ 34 3.3 Mơ hình hấp phụ 37 3.3.1 Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir 37 3.3.2 Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 Kết luận 46 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc phân tử DDT Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi (NH4)2S2O8 Hình 1.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 15 Hình 1.4 Đồ thị phụ thuộc C/q vào C 15 Hình 1.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 17 Hình 1.6 Đồ thi để tìm số phương trình Freundlich 17 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại Mụn dừa 26 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại PANi 27 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại PANi/MD 28 Hình 3.4 Ảnh SEM mụn dừa 29 Hình 3.5 Ảnh SEM PANi 29 Hình 3.6 Ảnh SEM PANi/Mụn dừa 29 Hình 3.7 Dung lượng hấp phụ o,p’ DDT vật liệu 30 Hình 3.8 Dung lượng hấp phụ p,p’ DDTcủa vật liệu 31 Hình 3.9 Tổng dung lượng hấp phụ DDT vật liệu 31 Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian tới dung lượng hấp phụ o,p’ DDT 32 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian tới dung lượng hấp phụ p,p’ DDT 33 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian tới tổng dung lượng hấp phụ DDT 33 Hình 3.13 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu tới dung lượng hấp phụ o,p’DDT hiệu suất hấp phụ 34 Hình 3.14 Biểu đồ ảnh hưởng khối lượng tới dung lượng hấp phụ p,p’ DDT 34 Hình 3.15 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu tới tổng dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ 35 Hình 3.16 Dung lượng hấp phụ o,p’-DDT thay đổi nồng độ chất hấp phụ ban đầu hiệu suất hấp phụ 36 Hình 3.17 Dung lượng hấp phụ p,p’ DDT thay đổi nồng độ chất ban đầu hiệu suất hấp phụ 36 Hình 3.18 Tổng dung lượng hấp phụ thay đổi nồng độ ban đầu 36 Hình 3.19 Đường đẳng nhiệt hấp phụ o,p’ DDT phụ thuộc q vào C 38 Hình 3.20 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ chất o,p’ DDT 38 Hình 3.21.Mối quan hệ RL với nồng độ o,p’ DDT ban đầu 39 Hình 3.22 Đường đẳng nhiệt hấp phụ p,p’ DDT phụ thuộc q vào C 40 Hình 3.23 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ chất p,p’ DDT 40 Hình 3.24 Mối quan hệ RL với nồng độ p,p’ DDT ban đầu 41 Hình 3.25 Đường đẳng nhiệt hấp phụ DDT phụ thuộc q vào C 42 Hình 3.26 Đường đẳng nhiệt hấp phụ DDT phụ thuộc q vào C 42 Hình 3.27 Mối quan hệ RL với nồng độ DDT ban đầu 43 Hình 3.28 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất o,p’ DDT 44 Hình 3.29 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất p,p’ DDT 44 Hình 3.30 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất DDT 44 100 q tong DDT H% 80 60 40 20 M1 M1 M2 M3 M4 Hình 3.15 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu tới tổng dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ Kết cho thấy khối lượng vật liệu hấp phụ có ảnh hưởng đến khả hấp phụ chất bị hấp phụ Khi khối lượng chất hấp phụ compozite tăng hiệu suất hấp phụ tăng, dung lượng lại giảm (hình 3.13, 3.14, 3.15) Điều hồn tồn phù hợp với cơng thức (1.1) xác định dung lượng hấp phụ- dung lượng hấp phụ tỷ lệ nghịch với khối lượng hấp phụ (phần chương 1: tổng quan) Biểu đồ hình 3.13 cho thấy tăng khối lượng vật liệu hấp phụ o,p’ DDT từ 0,07 ÷ 0,35 gam hiệu suất hấp phụ tăng dần đạt tới 93,7187% Biểu đồ hình 3.14 cho thấy tăng khối lượng vật liệu hấp phụ p,p’ DDT từ 0,07 ÷ 0,35 gam hiệu suất hấp phụ tăng dần đạt tới 93,6158% dung lượng hấp phụ giảm dần, thấp 2,8867 (mg/g) Biểu đồ hình 3.15 cho thấy tăng khối lượng vật liệu hấp phụ tổng hiệu suất hấp phụ tăng dần đạt tới 93,6239 (mg/g) dung lượng hấp phụ giảm dần, thấp 68,3984 (mg/g) 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ 35 1.1 qo,p' DDT 1.0 q p,p' DDT 12 0.9 10 0.7 q (mg/g) q (mg/g) 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 C01 C02 C03 C04 C05 C01 C02 Nong C03 C04 C05 Nong Hình 3.16 Dung lượng hấp phụ Hình 3.17 Dung lượng hấp phụ p,p’ o,p’DDT thay đổi nồng độ chất DDT thay đổi nồng độ chất ban hấp phụ ban đầu hiệu suất hấp đầu hiệu suất hấp phụ phụ 14 q tong DDT 12 q(mg/g) 10 C01 C02 C03 C04 C05 Nong Hình 3.18 Tổng dung lượng hấp phụ thay đổi nồng độ ban đầu Dựa vào kết biểu diễn hình 3.16 ta thấy tăng nồng độ chất từ C01 đến C05 dung lượng hấp phụ chất o,p’ DDT tăng lên đáng kể từ 0,218711 mg/g đến 0,992288 (mg/g) 36 Từ hình 3.17 cho ta thấy tăng nồng độ chất từ C 01 đến C05 dung lượng hấp phụ chất p,p’ DDT tăng lên đáng kể từ 2,5807994 mg/g đến 11,567222 (mg/g) Dựa vào kết biểu diễn hình 3.18 ta thấy tăng nồng độ chất từ C01 đến C05 tổng dung lượng hấp phụ DDT tăng lên đáng kể từ 2,79951 (mg/g) đến 12,5595 (mg/g) 3.3 Mơ hình hấp phụ 3.3.1 Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.5.Giá trị thơng số phương trình đẳng nhiệt Langmuir Chất Phương trình tuyến tính R2 qmax KL o,p’ DDT y=0,628x+4,8334 0,9321 1,5923 0,1299 p,p’ DDT y= 0,054x+0,4055 0,9285 18,5185 0,1331 DDT y= 0,0537x+0,4141 0,9325 18,6219 0,1296 Từ kết giá trị thơng sơ cho mơ hình đẳng nhiệt Langmuir, theo cơng thức (1.2) xác định số KL dung lượng hấp phụ tối đa qmax RL từ xây dựng đồ thi phụ thuộc RL vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ C0 kết thể qua hình 3.19, 3.20, 3.21 37 1.1 1 0.8 0.9 0.6 0.8 C/q q (mg/g) 1.2 0.4 0.7 y = 0.054x + 0.4055 R² = 0.9285 0.6 0.2 0.5 0 0.5 0.4 1.5 C (mg/l) C 10 15 Hình 3.19 Đường đẳng nhiệt hấp Hình 3.20 Phương trình đẳng nhiệt phụ o,p’ DDT phụ thuộc q Langmuir vật liệu hấp phụ đối vào C với chất o,p’ DDT Từ hình 3.19 ta thấy, khả hấp phụ o,p’ DDT vật liệu gốc PANi/ MD tuân theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính có hệ số xác định cao R2=0,9285 Từ kiện trên, xác định thông số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại qmax=1,5923 mg/g số cân Langmuir KL=0,1299 l/mg, giá trị KL thu nằm khoảng thuận lợi cho trình hấp phụ Từ nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu (C0) hợp chất o,p’ DDT giá trị số cân Langmuir KL, ta xác định giá trị tham số cân RL tương ứng cho mơ hình thể bảng 3.6 38 Bảng 3.6 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ MD o,p’ DDT Co (mg/l) KL( l/mg) RL 1,196604 0,1299 0,865472017 2,393208 0,76284766 3,589812 0,681980968 4,786416 0,616615783 5,98302 0,562684677 0.90 o,p' DDT 0.85 0.80 RL 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 Co Hình 3.21.Mối quan hệ RL với nồng độ o,p’ DDT ban đầu Từ bảng 3.6, xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc R L C0 hợp chất o,p’ DDT thể hình 3.21 Ta thấy tham số cân RL có phụ thuộc định vào nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu C 0, C0 tăng RL dần tiến nghĩa nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mơ hình có xu hướng tiến dần đến mơ hình khơng thuận lợi Kết cho thấy mơ hình hồn toàn phù hợp với kết nghiên cứu 39 13 12 12 10 11 10 C/q q (mg/g) 14 y = 0.628x + 4.8334 R² = 0.9321 0 C (mg/l) 10 15 5 c 10 15 Hình 3.22 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 3.23 Phương trình đẳng nhiệt p,p’ DDT phụ thuộc q vào Langmuir vật liệu hấp phụ đối C với chất p,p’ DDT Từ hình 3.23 ta thấy, khả hấp phụ p,p’ DDT vật liệu gốc PANi/ MD tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính có hệ số xác định cao R2=0,9321 Từ kiện trên, xác định thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại qmax= 18,5185mg/g số cân Langmuir KL= 0,1331l/mg, giá trị KL thu nằm khoảng thuận lợi cho trình hấp phụ, cho thấy vật liệu hấp phụ gốc PANi/MD vật liệu có khả hấp phụ hợp chất hữu khó phân hủy p,p’ DDT gây nhiễm môi trường dung dịch Từ nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu (C0) hợp chất p,p’ DDT giá trị số cân Langmuir KL, ta xác định giá trị tham số cân RL tương ứng cho mơ hình thể bảng 3.7 40 Bảng 3.7 Các thông số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ MD p,p’ DDT Co (mg/l) KL( l/mg) RL 13,90472 0,1331 0,350446 27,80972 0,212447 41,71417 0,152427 55,61889 0,118849 69,52362 0,097394 p,p DDT 0.35 0.30 R L 0.25 0.20 0.15 0.10 10 20 30 40 50 60 70 C Hình 3.24 Mối quan hệ RL với nồng độ p,p’ DDT ban đầu Từ bảng 3.7, xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc R L C0 hợp chất p,p’ DDT thể hình 3.24 Ta thấy tham số cân RL có phụ thuộc định vào nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu C 0, C0 tăng RL dần tiến nghĩa nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mơ hình có xu hướng tiến dần đến mơ hình khơng 41 thuận lợi Kết cho thấy mơ hình hồn tồn phù hợp với kết nghiên cứu 14 10 C/q q (mg/g) 12 y = 0.0537x + 0.4141 R² = 0.9325 0 10 15 10 15 C C (mg/l) Hình 3.25 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 3.26 Đường đẳng nhiệt hấp phụ DDT phụ thuộc q vào C DDT phụ thuộc q vào C Từ hình 3.26 ta thấy, khả hấp phụ DDT vật liệu gốc PANi/ MD tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính có hệ số xác định cao R2=0,9325 Từ kiện trên, xác định thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại qmax= 18,6219mg/g số cân Langmuir KL=0,1296 l/mg, giá trị KL thu nằm khoảng thuận lợi cho trình hấp phụ, cho thấy vật liệu hấp phụ gốc PANi/MD vật liệu có khả hấp phụ hợp chất hữu khó phân hủy DDT gây ô nhiễm môi trường dung dịch Từ nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu (C0) hợp chất DDT giá trị số cân Langmuir KL, ta xác định giá trị tham số cân RL tương ứng cho mơ hình thể bảng 3.8 42 Bảng 3.8 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ MD DDT Co (mg/l) KL( l/mg) RL 15,1013 0,1296 0,338165 30,2029 0,203487 45,304 0,14553 60,4053 0,113269 75,5066 0,09271 DDT 0.35 0.30 RL 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 10 20 30 40 50 60 70 80 C Hình 3.27 Mối quan hệ RL với nồng độ DDT ban đầu Từ kết bảng 3.8, xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc RL C0 DDT ban đầu thể hình 3.27 Ta thấy tham số cân RL có phụ thuộc định vào nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu C0, C0 tăng RL dần tiến nghĩa nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mơ hình có xu hướng tiến dần đến mơ hình khơng thuận lợi Kết cho thấy mơ hình hồn tồn phù hợp với kết nghiên cứu 43 3.3.2 Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich log C 1.2 -0.1 log q logq y = 0.6498x - 0.0241 R² = 0.9979 -0.2 y = 0.6232x + 0.4047 R² = 0.9874 0.8 -0.3 -0.5 -0.4 -0.1 -0.3 0.6 0.4 0.1 0.6 0.8 logC 1.2 Hình 3.28 Phương trình đẳng nhiệt Hình 3.29 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ đối Freundlich vật liệu hấp phụ chất o,p’ DDT với chất p,p’ DDT 1.2 logq 0.8 y = 0.6238x + 0.4079 R² = 0.9949 0.4 0 log C 0.5 1.5 Hình 3.30 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất DDT Bảng 3.9 Giá trị thơng số phương trình đẳng nhiệt Freundlich Chất Phương trình tuyến tính R2 n KF (mg/g) o,p’ DDT y=0,6498x-0,0241 0,9977 1,5389 0,94601 44 p,p’ DDT y=0,6232x+0,4047 0,9874 1,0646 2,53921 DDT y=0,6238x+0,4079 0,9949 1,6030 2,55799 Giá trị hệ số n mơ hình đẳng nhiệt Freundlich: 1