Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANI mụn dừa định hướng hấp phụ DDE tách chiết từ đất ô nhiễm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ====== VŨ THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANI / MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ DDE TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ơ NHIỄM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học hữu HÀ NỘI - 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ====== VŨ THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANI / MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ DDE TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học hữu Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN QUANG HỢP HÀ NỘI - 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Quang Hợp tận tình bào, hướng dẫn tạo điều kiện cho em suốt trình tìm hiểu, học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em chân thành cảm ơn q thầy, 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 Cuối em xin cảm ơn trao đổi, góp ý giúp đỡ bạn nhóm nghiên cứu bạn sinh viên lớp K40D- Sư Phạm Hóa HọcTrường Đại Học Sư Phạm Hà Nội giúp đỡ em nhiều q trình nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp đặc biệt em xin chân thành cảm ơn động viên, khích lệ bạn bè, gia đình thầy giúp em có thêm động lưc phấn đấu học tập hồn thiện tốt khóa luận Em xin chân trọng cảm ơn! Trân trọng! Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Vũ Thị Hiền LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Quang Hợp Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu trước Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, trước kết khóa luận Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Vũ Thị Hiền MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hóa chất bảo vệ thực vật 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật 1.1.3 Thực trạng nhiễm hóa chất BVTV nước ta 1.1.4 Các phương pháp xử lý hợp chất BVTV 1.2 Tổng hợp ứng dụng polyaniline 1.2.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi 1.2.1.1 Phương pháp hóa học 1.2.1.2 Phương pháp điện hóa 1.2.2 Ứng dụng polyaniline xử lý ô nhiễm môi trường 1.3 Mụn dừa ứng dụng mụn dừa 1.3.1 Tính chất thành phần hóa học mụn dừa 1.3.2 Cấu trúc ứng dụng mụn dừa 10 1.4 Lý thuyết phương pháp hấp phụ 11 1.4.1.Khái niệm hấp phụ 11 1.4.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 12 1.4.3 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1.Thực nghiệm 17 2.1.1 Máy móc thiết bị 17 2.1.2 Dụng cụ hóa chất 17 2.1.3 Tiến hành thí nghiệm 17 2.1.3.1 Tổng hợp chế tạo vật liệu hấp phụ: 17 2.1.3.2 Sử dụng VLHP PANi/ mụn dừa hấp phụ hóa chất BVTV 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phương pháp hấp phụ chất ô nhiễm 20 2.2.2 Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS 20 2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 21 2.2.4 Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại IR 21 2.2.5 Phần mềm xử lý số liệu Origin excel 22 2.2.5.1 Phần mềm Origin 22 2.2.5.2 Phần mềm excel 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Đặc trưng vật liệu tổng hợp 24 3.1.1 Hiệu suất tổng hợp VLHP 24 3.1.2.Phổ hồng ngoại IR 25 3.1.3.Hiển vi điện tử quét SEM 27 3.2 Khả hấp phụ DDE vật liệu 29 3.2.1 Ảnh hưởng chất vật liệu 29 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng ANi mụn dừa ban đầu 30 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ DDE 31 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng 33 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ 34 3.3 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 35 3.3.1 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 35 3.3.2 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 38 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi (NH4)2S2O8 Hình 1.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 14 Hình 1.3 Đồ thị phụ thuộc 14 Hình 1.4 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 16 Hình 1.5 Đồ thị phụ thuộc lg q vào lg C 16 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại mụn dừa 25 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại PANi 25 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại PANi/MD 26 Hình 3.4 Ảnh SEM loại vật liệu mụn dừa(a), PANi(b) PANi/MD(c) 28 Hình 3.5 Dung lượng hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi mụn dừa 29 Hình 3.6 Hiệu suất hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi mụn dừa 30 Hình 3.7 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng Ani mụn dừa ban đầu với dung lượng hiệu suất hấp phụ DDE 31 Hình 3.8 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi/mụn dừa 32 Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi/ mụn dừa 33 Hình 3.10 Ảnh hưởng khối lượng đến dung lượng hiệu suất hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi/mụn dừa 33 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ DDE vật liêu PANi/ mụn dừa 34 Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu suất hấp phụ DDE 35 Hình 3.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ sử dụng vật liệu hấp phụ PANi/ mụn dừa 35 Hình 3.14 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHPANi/ mụn dừa 36 Hinh 3.15.Mối quan hệ RL với nồng độ ban đầu p,p’-DDE sử dụng VLHP PANi/mụn dừa 37 Hình 3.16 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich sử dụng vật liệu hấp phụ PANi/ mụn dừa 38 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Mối tương quan RL dạng mơ hình 14 Bảng 3.1 Kết phân tích quy kết vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại mụn dừa, PANi PANi/mụn dừa 26 Bảng 3.2 Bảng giá trị thông số cho mơ hình đẳng nhiệt Langmuir 36 Bảng 3.3 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/mụn dừa p,p’-DDE 37 Bảng 3.4 Bảng giá trị thơng số cho mơ hình đẳng nhiệt Freundlich 39 DANH MỤC VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật MD Mụn dừa ANi Aniline PANi PA Polyaniline PANi/MD, PA/MD Polyaniline-mụn dừa VLHP Vật liệu hấp phụ APS Amonium pesunfate DDE Dichlorodiphenyldichloroethylen DDT 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethan GCMS Gas Chromatography Mass Spectometry HPLC High Performance Liquid Chromatography IR Phổ hồng ngoại POP Persistent organic pollutans SEM Scanning Electron Microscope HC Hóa chất sợi, xốp xếp chồng lên với kích thước khoảng 200 nm350 nm 3.2 Khả hấp phụ DDE vật liệu 3.2.1 Ảnh h0ưởng củ2a ch4ất vật liệu6 10 p,p' - DDE q(mg/g) PANi PaNi/MD Mun dua PaNi+ MD PaNi+ THT THT Vat lieu Hình 3.5 Dung lượng hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi mụn dừa Từ hình 3.5 ta thấy dung lượng hấp phụ DDE mẫu PANi, PANi/MD, Mụn dừa, PANi+ MD, PANi+ THT THT Dựa vào biểu đồ hình 3.5 ta thấy trộn PANi vào mụn dừa dung lượng hấp phụ hóa chất BVTV ( cụ thể DDE) tăng lên so với việc sử dụng PANi hóa học, mụn dừa than hoạt tính PANi+ THT Mẫu PANi/MD có dung lượng hấp phụ cao với giá trị 5,952 mg/g Vì chứng tỏ PANi/MD vật liệu hấp phụ tương đối tốt cho việc hấp phụ hóa chất BVTV (cụ thể DDE) gây nguy hiểm cho môi trường 80 10 (pp' DDE) 70 60 H% 50 40 30 20 10 PANi PaNi/MD Mun dua PaNi+ MD PaNi+ THT THT Vat lieu Hình 3.6 Hiệu suất hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi mụn dừa Từ nồng độ DDE hấp phụ vật liệu ta tính hiệu suất hấp phụ VLHP biểu diễn qua biểu đồ hình 3.6 Nhìn vào biểu đồ ta dễ dàng thấy hiệu suất hấp phụ PANi/MD cho kết tích cực đáng kể Nếu sử dụng riêng PANi hóa học hiệu suất đạt khoảng 69,26%, hay sử dụng riêng mụn dừa hiệu suất đạt 67,814%, sử dụng than hoạt tính đạt hiệu suất thấp 59,6227% Nhưng sử dụng PANi/MD hiêu suất đạt cao đạt đến 76,39 % Vì chứng tỏ vật liệu PANi/MD vật liệu hấp phụ tương đối tốt cho việc hấp phụ hóa chất BVTV (cụ thể DDE) gây nguy hiểm cho môi trường 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng ANi mụn dừa ban đầu 80 60 H% ppDDE q p,p'-DDE(mg/g) 40 20 PA/MD10 PA/MD21 PA/MD11 PA/MD12 PA/MD01 Hình 3.7 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng Ani mụn dừa ban đầu với dung lượng hiệu suất hấp phụ DDE Từ biểu đồ hình 3.7 ta thấy ta thay đổi tỉ lệ khối lượng Ani mụn dừa ban đầu dung lượng hấp phụ DDE gần không chênh lệch nhiều ( cao PA/MD11 có dung lượng cao 5,952mg/g thấp PA/MD01 có dung lượng thấp 5,383 mg/g Hiệu suất hấp phụ cao PA/MD11 đạt 76,393% thấp PA/MD01 đạt 67,813% 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ DDE Nhìn vào biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ hợp chất DDE vật liệu gốc PANi/mụn dừa hình 3.8 ta thấy thời gian hấp phụ tăng nồng độ DDE dung dịch sau hấp phụ giảm dẫn đến dung lượng hấp phụ tăng lên Thời gian hấp phụ 80 phút dung lượng đạt lớn 8,434 mg/g Thời gian hấp phụ phút dung lượng đạt 0,223 mg/g Từ 10 phút đến 20 phút dung lượng tăng đáng kể từ 1,0181 mg/g 0 2 4 6 10 8 10 10 10 pp' DDE q(mg/g) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t( phut) Hình 3.8 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi/mụn dừa Theo kết khảo sát cho thấy tăng từ 40 phút lên 80 phút ta thấy dung lượng hấp phụ DDE tăng không đáng kể ổn định từ 8,3689 mg/g đến 8,4337 mg/g từ chứng tỏ hấp phụ vật liệu ổn định đạt đến cân hấp phụ Khi tăng thời gian tới điểm dung lượng hấp phụ đạt cân bằng, ngưỡng thời gian hấp phụ khoảng 40 phút Từ biểu đồ 3.9 ta thấy tăng thời gian hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng dần Tăng mạnh từ 10 phút đến 20 phút từ 40 đến 80 phút ta thấy hiệu suất không tăng nhiều từ 79,113% đến 79,725% Ngưỡng thời gian để đạt trạng thái cân hấp phụ khoảng 40 phút 10 X Axis Title pp' DDE 80 H% 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t( phut) Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi/ mụn dừa 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng 100 80 H pDDE q(mg/g)ppDD 60 40 20 0.07 0.14 0.28 0.35 khoi luong Hình 3.10 Ảnh hưởng khối lượng đến dung lượng hiệu suất hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi/mụn dừa Kết nghiên cứu biểu diễn đồ thị hình 3.10 cho thấy khối lượng VLHP tăng dần từ 0.07 ÷ 0.35 gam dung lượng hấp phụ p,p’DDE VLHP giảm dần cao đạt tới 7,534 mg/g hiệu suất hấp thu tăng dần đạt tới 92,147% Dung lượng hấp phụ tỉ lệ nghịch với khối lượng chất hấp phụ cònhiệu suất hấp phụ tỉ lệ thuận với khối lượng chất hấp phụ 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ p,p' DDE q (mg/g) Co1 Co2 Co3 Co4 Co5 nong Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ DDE vật liêu PANi/ mụn dừa Nhìn vào biểu đồ ta thấy khoảng nồng độ khảo sát, nồng độ ban đầu C0 tăng dần dung lượng hấp thu DDE tăng Ở nồng độ ban đầu đường biểu diễn phụ thuộc q vào Co có xu hướng tăng Nhìn vào biểu đồ hình 3.12 ta thấy khoảng nồng độ khảo sát nồng độ ban đầu C0 tăng dần hiệu suất hấp phụ DDE giảm Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu suất hấp phụ DDE 90 p,p'DDE H% 85 80 75 Co1 Co2 Co3 Co4 Co5 nong 3.3 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 3.3.1 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir q(mg/g) 0 10 12 C(mg/l) Hình 3.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ sử dụng vật liệu hấp phụ PANi/ mụn dừa y = 0.079x + 0.5586 R² = 0.8567 1.4 C/q 1.2 0.8 0.6 0.4 10 C Hình 3.14 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sử dụng VLHPANi/ mụn dừa Tiến hành khảo sát khả hấp phụ PANi /mụn dừa theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính (hình 3.14) Từ ta xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax hệ số Langmuir KL sau: Bảng 3.2 Bảng giá trị thơng số cho mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Chất Phương trình dạng tuyến R2 tính p,p’DDE y= 0,079x+ 0,5586 qmax KL(l/mg) (mg/g) 0,8567 12,6582 0,1414 Từ hình 3.14 ta thấy khả hấp phụ p,p’-DDE vật liệu gốc PANi/ mụn dừa tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính có hệ số xác định cao R2 = 0,8567 Từ kiện trên, xác định thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại qmax= 12,6582 mg/g số cân Langmuir KL = 0,1414 l/mg, giá trị KL thu nằm khoảng thuận lợi trình hấp phụ, cho thấy vật liệu hấp phụ gốc PANi/ mụn dừa vật liệu có khả hấp phụ hợp chất hữu khó phân hủy p,p’-DDE gây nhiễm mơi trường dung dịch Từ giá trị nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu (C0) hợp chất p,p’-DDE giá trị số cân Langmuir KL, ta xác định giá trị tham số cân RL tương ứng cho mơ hình thể bảng 3.3 Bảng 3.3 Các thông số mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/mụn dừa p,p’-DDE C0 (mg/l) KL (l/mg) RL 9,522185 0,426178 19,04437 0,270792 28,566555 0,198439 0,1414 38,08874 0,156599 47,610925 0,129329 0.4 p,p' DDE RL 0.3 0.2 0.1 Co1 Co2 Co3 Co4 Co5 C0 (mg/l) Hinh 3.15.Mối quan hệ RL với nồng độ ban đầu p,p’-DDE sử dụng VLHP PANi/mụn dừa Từ kết cho thấy bảng 3.3, xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc RL C0 hợp chất p,p’-DDE thể hình 3.15 Ta thấy, tham số cân RL có phụ thuộc định vào nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu C0, C0 tăng RL tiến dần 0, tức 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 ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ( mục 3.2.5) 3.3.2 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Logq 0.8 y = 0.6422x + 0.1861 R² = 0.9956 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 LogC Hình 3.16 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich sử dụng vật liệu hấp phụ PANi/ mụn dừa Tiếp theo, ta tiến hành khảo sát khả hấp phụ PANi /mụn dừa theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich dạng tuyến tính (hình 3.16) Và từ mơ hình đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ta tính giá trị số n hệ số Freundlich KF bảng 3.4 Bảng 3.4 Bảng giá trị thơng số cho mơ hình đẳng nhiệt Freundlich Chất R2 Phương trình tuyến tính p,p’-DDE y = 0,6422x + 0,1861 0,9956 n 1,5571 KF 1,53497 Từ kết thu bảng 3.4, nhận thấy hệ số xác định R2 cao cho mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (R2 = 0,9956) Giá trị hệ số n mơ hình đẳng nhiệt Freundlich: 1