ngoc anh(2) nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của đá ong biến tính

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen sử dụng đá ong biến tínhTại Việt Nam đã có một số dự án nghiên cứu triển khai để xử lý Asen trong nước, kể cả nước mặt và nước ngầm. Yêu cầu đặt ra là làm sao xây dựng được quy trình xử lý Asen đạt hiệu quả cao, đơn giản, dễ thực hiện và đặc biệt phải kinh tế. Bởi vậy, các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học. Đá ong tự nhiên là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam và có đặc tính hấp phụ nhưng qua những khảo sát ban đầu cho thấy dung lượng hấp phụ không cao.Vì vậy, mục đích của khóa luận tốt nghiệp này là biến tính đá ong tự nhiên nhằm tăng độ xốp, tăng diện tích cũng như thay đổi điện tích bề mặt làm sao tăng được dung lượng hấp phụ, phù hợp cho việc xử lý Asen.

Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung asen .2 1.1.1.Trạng thái tự nhiên, dạng tồn ngun nhân nhiễm Asen .2 1.1.2 Tính chất lý học Asen 1.1.3 Tính chất hóa học hợp chất asen 1.1.4 Tính chất sinh học độc tính cuả Asen 1.1.5 Tình hình nhiễm Asen 1.1.5.1 Tình hình nhiễm Asen giới .8 1.1.5.2 Tình hình nhiễm Asen Việt Nam 1.2 Các phương pháp xác định Asen 10 1.2.1 Phương pháp trắc quang 10 1.2.1.1 Phương pháp trắc quang xác định tổng lượng Asen với thuốc thử 10 dietyldithiocacbamat 10 1.2.1.2 Phương pháp xanh molypden 11 1.2.2 Phương pháp điện hóa 11 1.2.3 Phương pháp sắc ký 11 1.2.3.1 Phương pháp điện di mao quản với detector khối phổ 11 1.2.3.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 11 1.2.4 Phương pháp phân tích dịng chảy (FIA) 12 1.2.5 Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS) 12 1.2.6 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 12 1.3 Các phương pháp tách làm giàu Asen 13 Chun ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh 1.3.1 Phương pháp kết tủa .13 1.3.1.1 Phương pháp tạo kết tủa 13 1.3.1.2 Phương pháp keo tụ 14 1.3.2 Phương pháp oxy hóa 14 1.3.3 Phương pháp hấp phụ 14 1.4 Giới thiệu số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 15 1.5 Giới thiệu vật liệu đá ong (laterite) 15 1.6 Sự hấp phụ vật liệu rắn xốp 17 1.6.1 Bản chất trình hấp phụ .17 1.6.2 Phân loại hấp phụ 17 1.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất rắn 18 1.6.4 Cân hấp phụ dung lượng hấp phụ 19 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu 20 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 20 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu .20 2.2 Nội dung nghiên cứu 20 2.3 Phương pháp nghiên cứu .20 2.3.1 Phép đo phổ xác định Asen 21 2.3.1.1 Nguyên tắc phép đo phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 21 2.3.1.2 Phương pháp xác định Asen dạng xanh Molipdat .22 2.3.2 Đánh giá hấp phụ vật liệu 22 2.3.2.1 Các trình hấp phụ đẳng nhiệt 22 2.3.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 24 Chuyên ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh 2.3.2.3 Phương pháp nhiễm xạ Rơnghen (XRD) 25 2.4 Thiết bị ,hóa chất ,dụng cụ 26 2.4.1 Thiết bị đo .26 2.4.2 Hoá chất 26 2.4.3 Dụng cụ 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Chuẩn hóa việc xác định Asen (V) phương pháp trắc quang 28 3.1.1 Khảo sát khoảng tuyến tính 28 3.1.2 Xây dựng đường chuẩn 29 3.1.3.Xác định giới hạn định lượng, giới hạn phát As (V) .30 3.1.4.Tổng kết điều kiện đo phổ xác định Asen 31 3.1.5 Đánh giá độ xác phép đo xác định Asen .31 3.1.6 Đánh giá độ lặp lại phép đo 33 3.1.7 Khảo sát ảnh hưởng ion tới phép đo xác định As (V) .34 3.2 Tổng hợp đánh giá vật liệu đá ong biến tính 35 3.2.1 Giới thiệu chung 35 3.2.2.Tổng hợp vật liệu 36 3.2.2.1 Vật liệu M1 36 3.2.2.2 Vật liệu M2 36 3.2.2.3 Vật liệu M3 37 3.2.2.4 Vật liệu M4 37 3.2.3 Khảo sát sơ khả hấp phụ As vật liệu 37 3.2.3.1 Khả hấp phụ As(V) vật liệu .37 3.2.3.2 Khả hấp phụ As(III) vật liệu M2 .39 3.2.4 Phân tích thành phần cấu trúc vật liệu 40 Chun ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh 3.2.4.1 Phân tích thành phần vật liệu 40 3.2.4.2 Phân tích cấu trúc vật liệu phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 41 3.2.4.3 Ảnh chụp bề mặt vật liệu 42 3.3 Khảo sát sơ khả hấp phụ tĩnh vật liệu M2 44 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As(V) 44 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ As(V) đến khả hấp phụ vật liệu 45 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ 46 3.3.4 Phương trình hấp phụ vật liêu M2 47 3.3.5 Đánh giá dung lượng hấp phụ As(V) vật liệu M2 48 3.4 Nghiên cứu khả hấp phụ Asen cột hấp phụ 50 KẾT LUẬN 53 ĐỀ XUẤT 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Chuyên ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT AAS Atomic Absorption Spectrocopy AES Atomic Emission Spectrocopy CV Coefficient Variation GF-AAS Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrocopy HPLC High Performance Liquid Chromatography ICP-MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectrocopy LOD Limit Of Detection LOQ Limit Of Quantity RSD Relative Standard Deviation SEM Scanning Electron Microscopy SPE Solid Phase Extraction UV-VIS Ultraviolet Visble XRD X-ray Diffration DANH MỤC BẢNG Chuyên ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh Bảng Một số dạng hợp chất Asen Bảng Kết khảo sát khoảng tuyến tính Bảng Kết khảo sát đường chuẩn Bảng Các điều kiện đo phổ UV –VIS xác định Asen Bảng Kết đánh giá độ xác phép đo xác định Asen Bảng Khảo sát độ lặp lại phép đo Bảng Sự phụ thuộc cường độ quang vào nồng độ ion Mg2+, Ca2+ Fe3+ Bảng Sự phụ thuộc cường độ quang vào nồng độ anion PO43- Bảng Khảo sát sơ dung lượng hấp phụ vật liệu Bảng 10 Kết khảo sát hấp phụ As(III) vật liệu M2 Bảng 11 Thành phần hóa học vật liệu MO M2 Bảng 12 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch As(V) Bảng13 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ As(V) đến khả hấp phụ vật liệu M2 Bảng14 Khảo sát thời gian tiến hành hấp phụ Bảng 15 So sánh dung lượng hấp phụ As vật liệu M2 với vật liệu M0 Bảng 16 Kết khảo sát hấp phụ động Chun ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh DANH MỤC HÌNH Hình Con đường asen xâm nhập vào thể người Hình Một số hình ảnh nạn nhân nhiễm độc Asen Hình Mặt cắt lớp đá ong tự nhiên Hình Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ce/qe vào Ce Hình Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgqe vào lg C Hình Máy đo UV – 1650 PC Spectrophotometer Hình Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính Hình Đường chuẩn xác định As(V) phương pháp UV-VIS Hình Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ As(V) mẫu vật liệu Hình 10 Giản đồ XRD so sánh mẫu vật liệu Hình 11 Bề mặt đá ong tự nhiên M0 Hình 12 Bề mặt vật liệu M2 Hình 13 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch As(V) Hình 14 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ Asen vật liệu M2 Hình 15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ vật liệu M2 As(V) Hình16 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ce/qe vào Ce As (V) vật liệu M2 Hình 17 Sự phụ thuộc nồng độ đầu theo thể tích : Chuyên ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển khoa học kỹ thuật làm cho đời sống người ngày nâng cao Tuy nhiên, với phát triển tình trạng nhiễm mơi trường, môi trường nước Nhu cầu nước ngày nhiều ô nhiễm nguồn nước xảy ngày nghiêm trọng Một nguyên tố gây nhiễm mang độc tính cao Asen - xem chất độc bảng A Nhiễm độc Asen khơng cịn nguy tiềm ẩn đánh giá trước đây, mà thực mối nguy hữu, đe dọa ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng Asen nguồn nước sinh hoạt vượt ngưỡng cho phép nguyên sinh nhiều bệnh nguy hiểm như: ung thư, đột biến tổn thương nội tạng … Vấn đề nhiễm độc Asen thừa nhận nhiều nước có chứng hữu loại bệnh nước ta Nhưng y học chưa có phác đồ điều trị dứt điểm mà dừng lại việc điều trị triệu chứng Vì vậy, việc giải vấn đề ô nhiễm Asen trở thành vấn đề cấp bách tồn cầu Tại Việt Nam có số dự án nghiên cứu triển khai để xử lý Asen nước, kể nước mặt nước ngầm Yêu cầu đặt xây dựng quy trình xử lý Asen đạt hiệu cao, đơn giản, dễ thực đặc biệt phải kinh tế Bởi vậy, vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ ngày thu hút quan tâm nhà khoa học Đá ong tự nhiên nguồn khoáng liệu phổ biến Việt Nam có đặc tính hấp phụ qua khảo sát ban đầu cho thấy dung lượng hấp phụ khơng cao.Vì vậy, mục đích khóa luận tốt nghiệp biến tính đá ong tự nhiên nhằm tăng độ xốp, tăng diện tích thay đổi điện tích bề mặt tăng dung lượng hấp phụ, phù hợp cho việc xử lý Asen Chun ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung asen Asen (cịn gọi thạch tín) ngun tố có mặt khắp nơi trái đất Về độ phổ biến, Asen xếp thứ 20 vỏ trái đất, xếp thứ 14 nước biển xếp thứ 12 thể người Các khoáng vật Asen biết đến từ 300 năm trước công nguyên, mà người chưa biết đến tồn Asen nguyên tố Asen Albertus Magnus tìm thấy vào năm 1250 [22] Đến kỷ XX, Asen ngày ứng dụng nhiều công nghiệp, nông nghiệp y học nên để lại ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Ảnh hưởng Asen phụ thuộc vào tính chất vật lý, hóa học, độc tính, thay đổi chuyển hóa sinh học Asen 1.1.1 Trạng thái tự nhiên, dạng tồn nguyên nhân ô nhiễm Asen Asen xuất môi trường dạng hợp chất vô hữu Asen phân bố rộng rãi tự nhiên, đặc biệt nguồn nước nước ngầm, nước biển, nguồn nước khống, nước sơng suối… Trong tự nhiên Asen tồn chủ yếu dạng hợp chất với O, Cl, S, khoáng vật khống sắt, đá vơi, muối mỏ, asenopirit (FeAsS), realgar (AsS4), oripinen (As2O3)…[2, 21] Trong thể người Asen nguyên tố đứng thứ 12, nguyên tố vi lượng có hàm lượng thấp, chất độc dễ gây ung thư có hàm lượng cao Trong khơng khí tồn Asen vơ Asen hữu cơ, người ta phát có mặt Asen nước mưa dạng Asen vơ chủ yếu, có nguồn gốc từ hạt bụi mang As2O3 Metylasin chiếm tới 20% tổng lượng Asen có khơng khí trái đất, nơi khơng khí coi nhiễm Asen nồng độ vào khoảng vài nanogam/ m3 Trong nước, Asen tồn dạng vô hữu với hợp chất chủ yếu metylasonic, dimetylasinic, asenit, asenat Hàm lượng Asen nước ngầm phụ thuộc nhiều vào tính chất địa hóa mơi trường Nước ngầm vùng trầm tích núi lửa, số khu vực mỏ dầu khí, mỏ than thường giàu Asen [9] Việc sử dụng rộng rãi Asen nhiều ngành cơng nghiệp dược, sản xuất kính, chất nhuộm, chất độc ăn mòn, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, thuộc da, Chun ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch cơng nghiệp xi măng, nhiệt điện, công nghệ đốt chất thải rắn nguồn gây nhiễm nước, khơng khí [12] Các ngành cơng nghiệp khai thác chế biến loại quặng, quặng sunfua, luyện kim gây ô nhiễm Asen việc khai thác mỏ nguyên sinh phơi lộ quặng sunfua, làm gia tăng trình phong hóa, bào mịn tạo khối lượng lớn đất đá thải có lẫn asenopyrit lân cận khu mỏ Tại nhà máy tuyển quặng, asenopyrit tách khỏi khống vật có ích phơi ngồi khơng khí Asenopyrit bị rửa trơi, dẫn đến hậu lượng lớn Asen đưa vào môi trường xung quanh Những người khai thác tự đãi quặng thêm vào axit sunfuric, xăng dầu, chất tẩy Asenopyrit sau tách khỏi quặng thành chất thải chất đống ngồi trời trơi vào sơng suối, gây nhiễm tràn lan Bên cạnh đó, q trình tự nhiên địa chất, địa hóa, sinh địa hóa làm cho Asen nguyên sinh có mặt số thành tạo địa chất, tiếp tục phân tán hay tập trung gây ô nhiễm môi trường sống [21] Hình 1: Con đường asen xâm nhập vào thể người Sau phát tán vào môi trường, Asen tồn nhiều dạng khác tùy theo chất nguồn phát tán, điều kiện phát tán điều kiện môi trường tồn Bảng1: Một số dạng hợp chất Asen Chuyên ngành hóa phân tích Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh M0 Hình 10: Giản đồ XRD so sánh mẫu vật liệu Giản đồ XRD cho thấy vật liệu đá ong tự nhiên (M0) vật liệu đá ong biến tính (M2) có cấu trúc tinh thể Do có thành phần đá ong nên hai mẫu vật liệu xuất pic đặc trưng tinh thể SiO dạng quat pic goethite FeO(OH) có cường độ mạnh Tuy nhiên, mẫu đá ong tự nhiên thấy xuất pic tinh thể hematite Fe2O3, kaolinite Al2Si2O5(OH)4 mikasaite chứa Fe2(SO4)3 với cường độ nhỏ, vật liệu đá ong biến tính khơng thấy xuất tinh thể giản đồ làm cho vật liệu M0 có hàm lượng Fe Al cao vật liệu đá ong biến tính M2 Như vậy, việc biến tính giữ cấu trúc tinh thể đặc trưng đá ong tự nhiên dù có làm thay đổi tinh thể phụ thành phần vật liệu 3.2.4.3 Ảnh chụp bề mặt vật liệu Mẫu vật liệu đá ong biến tính M2 đá ong tự nhiên M0 chụp bề mặt kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình ảnh trình bày hình 11 hình 12 đây: Chun ngành hóa phân tích 42 Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh Hình 11: Bề mặt đá ong tự nhiên M0 ( a) : Vật liệu M2 kích thước 5,00um Chun ngành hóa phân tích (b): Vật liệu M2 kích thước 2,00um 43 Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh ( c ): Vật liệu M2 kích thước 500nm (d): Vật liệu M2 kích thước 5,00um Hình 12: Bề mặt vật liệu M2 Nhận xét: Ảnh chụp bề mặt vật liệu cho thấy vật liệu đá ong tự nhiên có bề mặt thơ số trung tâm hấp phụ Vật liệu đá ong biến tính M2 có bề mặt xốp đá ong tự nhiên nhiều, bề mặt xuất nhiều lỗ xốp chứng tỏ việc biến tính đá ong tự nhiên theo cách ban đầu cho kết khả quan 3.3 Khảo sát sơ khả hấp phụ tĩnh vật liệu M2 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As(V) Trong q trình tiến hành hấp phụ As(V) ngồi ảnh hưởng yếu tố cấu trúc thành phần hóa học vật liệu, pH yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ Vì chúng tơi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng pH dung dịch hấp phụ đến hấp phụ As(V), với dung dịch As(V) nồng độ 200ppm, pH dung dịch điều chỉnh từ đến 10 dung dịch NaOH 0,5M HCl 0,5M Kết thu bảng 12 đây: Bảng 12: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch As(V) Chuyên ngành hóa phân tích 44 Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 pH qe(mg/g) 11,91 13,21 Nguyễn Thị Ngọc Anh 10 15,38 15,13 15,10 13,60 9,74 9,46 9,50 Hình 13: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch As(V) Nhận xét: Từ đồ thị ta nhận thấy dung lượng hấp phụ As (V) lớn khoảng pH từ -6 Điều giải thích qua phụ thuộc điện tích bề mặt vật liệu dạng tồn As (V) vào pH [15] Như ta biết, pH < As (V) tồn dạng H3AsO43-, pH = 2-7 dạng H2AsO4- , pH = 7-11 dạng HAsO42- pH > 12 dạng AsO43- Ở pH < 6, bề mặt vật liệu tích điện dương cịn pH > bề mặt vật liệu tích điện âm Dễ thấy rằng, hấp phụ xảy tốt bề mặt vật liệu tích điện dương As(V) tồn dạng ion mang điện tích âm Do vậy, chọn môi trường hấp phụ Asen từ – cho khảo sát sau 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ As(V) đến khả hấp phụ vật liệu Để xác định ảnh hưởng nồng độ As(V) đến khả hấp phụ vật liệu M2 ta tiến hành thí nghiệm sau: Chun ngành hóa phân tích 45 Đại học khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 2011 Nguyễn Thị Ngọc Anh Cân xác 0,50g M2 nghiền mịn (d