Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi bã mía hấp thu hợp chất DDD trong dung dịch chất ô nhiễm (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - - VŨ QUỐC TÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANI/ BÃ MÍA HẤP THU HỢP CHẤT DDD TRONG DỊCH CHIẾT ĐẤT Ô NHIỄM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu HÀ NỘI - 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - - VŨ QUỐC TÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANI/ BÃ MÍA HẤP THU HỢP CHẤT DDD TRONG DỊCH CHIẾT ĐẤT Ơ NHIỄM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu Người hướng dẫn khoa học ThS Nguyễn Quang Hợp HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS 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 không tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà hành trang quí báu để em bước vào đời cách vững tự tin Trân trọng! LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn thầy giáo ThS 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 hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, kết khóa luận Hà Nội, tháng 05 năm 2017 Sinh viên Vũ Quốc Tùng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG 1; TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa thuốc BVTV [1] 1.2 Phân loại thuốc BVTV [3] 1.3 Thực trạng đất bị ô nhiễm POP nước ta [4] 1.4 Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP [5] 1.4.1 Các biện pháp xử lý giới 1.4.2 Các biện pháp xử lý Việt Nam .5 1.5 Tổng hợp ứng dụng polyanilin [6] 1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi .6 1.5.1.1 Phương pháp hóa học 1.5.2.1 Thành phần hóa học bã mía [10] 10 CHƯƠNG :THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1.Thực nghiệm .16 2.1.1 Máy móc thiết bị 16 2.1.2 Dụng cụ hóa chất 16 2.1.3 Tiến hành thí nghiệm .16 2.1.3.1 Tổng hợp chế tạo vật liệu hấp phụ: 16 2.1.3.2 Sử dụng vật liệu hấp phụ PANi – bã mía hấp phụ thuốc BVTV 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu [14, 15] .20 2.2.1 Phương pháp chiết rửa thuốc BVTV khỏi đất ô nhiễm .20 2.2.1.1 Nguyên lý làm chất hữu 20 2.2.1.2 Định nghĩa sắc kí 20 2.2.2 Phương pháp hấp phụ chất ô nhiễm 20 2.2.3 Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS 20 2.2.4 Phổ hồng ngoại(IR)[11] 21 2.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) [11] 21 2.2.6 Phần mềm xử lý số liệu Origin Excel 22 2.2.6.1 Phần mềm origin 22 2.2.6.2 Phần mềm excel 22 CHƯƠNG 3:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp phụ 23 3.2 Đặc trưng bã mía PANi/BM 24 3.3 Khả hấp thu thuốc BVTV vật liệu 27 3.3.1 Ảnh hưởng chất vật liệu 27 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian 28 3.3.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 30 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ 32 3.3.5 Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir 34 3.3.6 Mô hình đẳng nhiệt Freundlich 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVTV bảo vệ thực vật BM bã mía PANi PA polyanilin PANi/BM Polyanilin/ bã mía VLHT vật liệu hấp thu APS Amoni pesunfat CV Vòng tuần hoàn đa chu kỳ DDD Dichlorodiphenyldichloroethan DDE Dichlorodiphenyldichloroethylen DDT 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethan GCMS Gas Chromatography Mass Spectometry IR Phổ hồng ngoại PCB Polychlorinated Biphenyls POP Persistent organic pollutans SEM Scanning Electron Microscope VLHP Vật liệu hấp phụ DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi (NH4)2S2O8 Hình 1.2: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Hình 1.3: Đồ thị phụ thuộc C/q vào C Hình 1.4: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Hình 1.5: Đồ thị để tìm số phương trình Freundlich Hình 3.1 Phổ hồng ngoại bã mía (a), PANi (b) PANi/bã mía (c) Hình 3.2 Ảnh SEM loại vật liệu (a) Bã mía, (b) PANi, (c) PANi/BM Hình 3.3 Biểu đồ dung lượng hấp thu o,p’-DDD loại vật liệu Hình 3.4 Biểu đồ dung lượng hấp thu p,p’ DDD loại vật liệu Hình 3.5 Biểu đồ tổng dung lượng hấp thu DDD hiệu suất hấp thu loại vật liệu Hình 3.6 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian tới dung lượng hấp thu o,p’ DDD Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian tới dung lượng hấp thu p,p’ DDD Hình 3.8 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian tới tổng dung lượng hấp thu hiệu suất hấp thu Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hưởng khối lượng vật liệu tới dung lượng hấp thu o,p’ DDD Hình 3.10 Biểu đồ ảnh hưởng khối lượng vật liệu tới dung lượng hấp thu p,p’ DDD Hình 3.11 Biểu đồ thể ảnh hưởng khối lượng vật liệu với tổng dung lượng hấp thu hiệu suất hấp thu Hình 3.12 Biểu đồ dung lượng hấp thu o,p’ DDD thay đổi nồng độ chất bị hấp thu ban đầu Hình 3.13 Biểu đồ dung lượng hấp thu p,p’ DDD thay đổi nồng độ chất bị hấp thu ban đầu Hình 3.14 Biểu đồ tổng dung lượng hấp thu hiệu suất hấp thu thay đổi nồng độ chất bị hấp thu ban đầu Hình 3.15 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ chất o,p’-DDD Hình 3.16 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ chất p,p’-DDD Hình 3.17 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ DDD Hình 3.18 Mối quan hệ RL với nồng độ o,p’-DDD ban đầu Hình 3.19 Mối quan hệ RL với nồng độ p,p’-DDD ban đầu Hình 3.20 Mối quan hệ RL với nồng độ DDD ban đầu Hình 3.21 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất o,p’-DDD Hình 3.22 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất p,p’-DDD Hình 3.23 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ chất DDD BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Mối tương quan RL dạng mơ hình Bảng 3.1 Quy kết nhóm chức bã mía (a), PANi (b) PANi/BM (c) Bảng 3.2: Nồng độ thuốc BVTV sau hấp phụ lại mẫu Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời gian tới dung lượng hấp phụ DDD hiệu suất Bảng 3.4 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu tới kết hấp thu thuốc BVTV Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp thu tới dung lượng hiệu suất hấp thu Bảng 3.6: Bảng giá trị thơng số cho mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.7: Bảng giá trị thông số cho mơ hình đẳng nhiệt Freundlich 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp thu tới dung lượng hiệu suất hấp thu Mẫu Nồng độ DDD q tổng H% q o,p’ DDD q p,p’ DDD C-01 10,9545 ppm 1,7443 79,6157 1,03062 0,71368 C-02 30,135 ppm 4,4056 73,0977 2,685 1,7206 C-03 41,07 ppm 5,896 71,7799 3,596 2,3 C-04 52,004 ppm 7,33 70,4753 4,5478 2,7822 C-05 61,59 ppm 8,1944 66,5238 5,032 3,1624 10 q o,p' DDD 10 q p,p' DDD q (mg/g) q (mg/g) 2 0 10 20 Nong 30 40 10 15 Nong 20 25 Hình 3.12 Biểu đồ dung lượng hấp thu Hình 3.13 Biểu đồ dung lượng hấp o,p’-DDD thay đổi nồng độ chất bị thu p,p’-DDD thay đổi nồng độ hấp thu ban đầu chất bị hấp thu ban đầu 100 10 80 60 q tong H% 40 20 10 20 30 40 Nong 50 60 70 Hình 3.14 Biểu đồ tổng dung lượng hấp thu hiệu suất hấp thu thay đổi nồng độ chất bị hấp thu ban đầu Dựa vào bảng 3.7, ta nhận thấy thay đổi dung lượng hấp thu sử dụng lượng chất hấp thu thay đổi nồng độ chất bị hấp thu ban đầu ( DDD) Nồng độ chất bị hấp thu DDD ban đầu tăng dần từ C-01 tới C-05 Dựa biểu đồ Hình 3.11 ta thấy tăng nồng độ DDD bị hấp thu từ C-01 lên tới C-05 dung lượng hấp thucũng tăng lên theo, hiệu suất đạt tới mức định có suy giảm, ta thấy mẫu mẫu có tăng lên nồng độ thuốc BVTV hiệu suất lại giảm từ 78,1612% xuống 77,8893% Do lượng DDD ban đầu đem hấp thu tăng lên khối lượng vật liệu hấp thu không thay đổi nên dẫn tới chỏ hấp thu mức định DDD Nếu lượng DDD lớn so với định mức làm giảm hiệu suất hấp thu vật liệu 3.3.5 Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Hình 3.15 Phương trình đẳng nhiệt Hình 3.16 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ chất Langmuir vật liệu hấp phụđối với chất o,p’-DDD p,p’DDD Hình 3.17 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ DDD Bảng 3.6: Bảng giá trị thơng số cho mơ hình đẳng nhiệt Langmuir qmax KL 0,9427 11,9617 0,0617 y = 0,2041x + 1,0073 0,954 4,89956 0,2026 y = 0,063x + 1,2099 0,9666 15,8730 0,0521 Chất Phương trình dạng tuyến tính R o,p’- DDD y = 0,0836x + 1,3543 p,p’-DDD DDD Từ kết giá trị thơng số cho mơ hình đẳng nhiệt Langmuir, theo công thức (1.4) (1.5) xác định số Langmuir KL dung lượng hấp phụ tối đa qmax, RL, từ xây dựng đồ thị phụ thuộc RL vào nồng độ banđầu chất bị hấp phụ Co, kết thể hình 3.18, 3.19 3.20 10 0.6 o,p' DDD RL 0.4 0.2 0.0 10 20 Co 30 40 Hình 3.18 Mối quan hệ RL với nồng độ o,p’-DDD ban đầu 10 0.6 p,p' DDD RL 0.4 0.2 0.0 10 20 Co 30 40 Hình 3.19 Mối quan hệ RL với nồng độ p,p’-DDD ban đầu 0.6 DDD RL 0.4 0.2 0.0 10 20 30 40 Co 50 60 Hình 3.20 Mối quan hệ RL với nồng độ DDD ban đầu Kết cho thấy, tham số RL phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ Co, Co tăng RL dần đến 0, tức nồng độ ban đầu chất bị hấp phụtăng thìmơ hình có xu tiến dần đến mơ hình không thuận lợi 2 Ta thấy hệ số tương quan R mơ hình cao ( R >0.85) So sánh giá trị RL, o,p’- DDD có giá trị từ 0,302 tới 0,708, p,p’-DDD có giá trị từ 0,170 tới 0,535, tổng DDD có giá trị từ 0,238 tới 0,637, nằm khoảng 0< RL 0,85); giá trị hệ số n nằm khoảng giá trị thuận lợi từ tới 10 thuận lợi cho trình hấp phụ KF số hấp phụ Freundlich đại lượng dùng để đặc trưng cho khả hấp phụ hệ, giá trị KF lớn đồng nghĩa với hệ có khả hấp phụ cao Trong bảng 3.7 ta thấy KF vủa o,p’-DDD lớn so với p,p’-DDD, chứng minh hệ có khả hấp phụ o,p’-DDD cao so với p,p’-DDD Giá trị n đặc trưng cho chất lực tương tác hệ Trong bảng 3.7, giá trị n p,p’-DDD lớn so với o,p’-DDD, kết kuận lực hấp phụ o,p’-DDD lớn so với p,p’-DDD KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công vật liệu PANi/BM phương pháp trùng hợp hóa học Các đặc trưng vật liệu kiểm chứng phổ hồng ngoại ảnh SEM, vật liệu có cấu trúc dạng sợi với kích cỡ 50 đến 80 µm Đã so sánh khả hấp phụ hợp chất khó phân hủy DDD vât liệu tổng hợp PANi/BM với BM PANi đơn thuần, ta thấy PANi phối trộn với bã mía có khả hấp phụ tốt hẳn đạt hiệu suất cao 73,2548%, ứng với dung lượng hấp phụ 9,22572 mg/g.Trong đặc biệt ý tới tỉ lệ PANi/BM12 có hiệu suất hấp phụ 77,8564% ứng với dung lượng hấp phụ 9.80564 mg/g cao trường hợp PANi/BM12, PANi/BM21, PANi/BM11 Khi thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ, thời gian hấp phụ nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ DDD, ta thấy dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ thay đổi theo, ý thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ dung lượng hấp phụ tỉ lệ nghịch theo cơng thức tính Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đến q trình hấp thu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Kết thu thể hợp lí thuận lợi phương pháp hấp thu chọn Kiến nghị: Đề tài cần có nghiên cứu thêm thời gian hấp phụ, khối lượng chất hấp phụ nồng độ chất DDD bị hấp phụ ban đầu để so khả hấp phụ tìm điều kiện vật liệu cho khả hấp phụ DDD nói riêng, thuốc BVTV nói chung tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO FIFRA ( Đạo luật Liên bang Mỹ thuốc trừ trùng, nấm nhóm gặm nhấm [ Federal Insecticide, Fungicide and Rodenticide Act] 2.htp://www.sosmoitruong.com/tin-tuc/tin-tuc-su-kien/khai-niem-chungve- poppcb.html 3.Phạm Thị Lân, Khóa luận tốt nghiệp, Chuyên ngành Hóa Hữu cơ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2013 4.htp://tapchimoitruong.vn/pages/article.aspx?item=K%E1%BA%BFt- qu %E1%BA%A3-5-n%C4%83m-th%E1%BB%B1c-hi%E1%BB%87n- K%E1%BA%BF-ho %E1%BA%A1ch-x%E1%BB%AD-l%C3%BD,- ph%C3%B2ng-ng%E1%BB%ABa-%C3%B4-nhi%E1%BB%85m-m%C3%B4itr%C6%B0%E1%BB%9Dng-do-h%C3%B3a-ch%E1%BA%A5t-b%E1%BA%A3o- v %E1%BB%87-th%E1%BB%B1c-v%E1%BA%ADt-t%E1%BB%93n-l%C6%B0u40483 Trần Trọng Tuyền, “ Nghiên cứu q trình khống hóa số chất hữu gây nhiễm khó phân hủy (POP) hợp chất nano”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014 Reza Ansari, Samaneh Alaie and Ali Mohammad-khah (2011), Application of polyaniline for removal of acid green 25 from aqueous solutions,Journal of Scientific & Industrial Research, Vol 70, pp 804-809 R Ansari and A Pornahad, “Removal of Ce (IV) ions from aqueous solutions using sawdust coated by electroactive polymers”, Separation Science and Technology, Vol 45, pp 2376-2382, (2010) Reza Ansari, Samaneh Alaie and Ali Mohammad-khah (2011), Application of polyaniline for removal of acid green 25 from aqueous solutions,Journal of Scientific & Industrial Research, Vol 70, pp 804-809 Reza Ansari, Hamid Dezhampanah Application of polyaniline/sawdust composite for removal of Acid Green 25 from aqueous solutions: kinetics and thermodynamic studies, Eur Chem Bull., 2(4), 220-225, (2013) 10 Yong-Jae Lee (2005), “Oxidation of sugarcane bagasse using a combination of hypochlorite and peroxide”, B.Sc., Chonnam National University Hồ Sĩ Tráng (2005), Cơ sở hoá học gỗ xennluloza, tập 1, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 11.Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp phân tích vật lý hóa lý – Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001, Hà Nội 12.Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước thải, NXB Thống kê, 2002, Hà Nội 13 Trần Văn Nhân (chủ biên), Hóa lý (tập II), NXB Giáo dục, 1998, Hà Nội 14 Nguyễn Quang Hợp, Lê Thị Thùy Dương, Phan Thị Ngát, Dương Quang Huấn, Nguyễn Văn Bằng, Lê Xuân Quế, Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân hủy (POP) tồn dư đất phương pháp chiết nước với phụ gia QH1, Tạp chí Hóa học, T 51(6ABC), tr.445-448 (2013) 15 Nguyễn Quang Hợp, Trần Quang Thiện, Dương Quang Huấn, Nguyễn Văn Bằng, Lê Xuân Quế, Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân hủy (POP) tồn dư đất phương pháp chiết nước với phụ gia QH2, Tạp chí Hóa học, T 53(4E1), tr 1-4 (2015) ... tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi / bã mía hấp thu hợp chất DDD dung dịch chất ô nhiễm Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu hiệu suất hấp thu thuốc BVTV VLHT PANi /bã mía POP hợp chất hữu... 3.3 Biểu đồ dung lượng hấp thu o,p’ -DDD loại vật liệu Hình 3.4 Biểu đồ dung lượng hấp thu p,p’ DDD loại vật liệu Hình 3.5 Biểu đồ tổng dung lượng hấp thu DDD hiệu suất hấp thu loại vật liệu Hình... TÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANI/ BÃ MÍA HẤP THU HỢP CHẤT DDD TRONG DỊCH CHIẾT ĐẤT Ô NHIỄM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu Người hướng dẫn khoa học ThS Nguyễn Quang Hợp