Nghiên cứu tổng hợp vật liệu pha tĩnh của cột chiết pha rắn từ vỏ trấu biến tính và ứng dụng phân tích lượng vết Crom

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trương Thị Hương NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU PHA TĨNH CỦA CỘT CHIẾT PHA RẮN TỪ VỎ TRẤU BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH LƯỢNG VẾT CROM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trương Thị Hương NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU PHA TĨNH CỦA CỘT CHIẾT PHA RẮN TỪ VỎ TRẤU BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH LƯỢNG VẾT CROM Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS.PHẠM THỊ NGỌC MAI Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Thị Ngọc Mai - Bộ mơn Hóa Phân Tích - Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG Hà Nội, cô giao đề tài, tận tâm hướng dẫn chuyên môn phương pháp nghiên cứu, động viên khích lệ giúp em hồn thành luận văn Em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Tạ Thị Thảo thầy cô môn Hóa Phân Tích – Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG Hà Nội trang bị cho em kiến thức tạo điều kiện giúp đỡ, bảo cho em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn anh NCS Đặng Ngọc Định bạn sinh viên Bộ mơn Hóa phân tích, bạn anh chị lớp Cao học Hóa khóa 2012 2014, đặc biệt bạn Đinh Thị Huệ ( ĐH Cơng Nghiệp Việt Trì ) nhiệt tình giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Trương Thị Hương MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu crom 1.1.1 Crom hợp chất crom 1.1.2 Vai trị độc tính crom 1.1.3 Các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) crom 1.2 Các phương pháp xác định crom 1.2.1 Các phương pháp quang 1.2.2 Các phương pháp điện hóa 11 1.2.3 Kĩ thuật phân tích sắc ký lỏng hiệu cao HPLC 13 1.3 Một số phương pháp tách làm giàu lượng vết ion kim loại nặng 14 1.3.1 Phương pháp cộng kết 14 1.3.2 Phương pháp chiết lỏng- lỏng 14 1.3.3 Phương pháp sắc ký trao đổi ion 15 1.3.4 Phương pháp chiết pha rắn (SPE) 15 1.4 Giới thiệu vỏ trấu ứng dụng làm vật liệu hấp phụ 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Đối tượng nghiên cứu 20 2.2 Nội dung nghiên cứu 20 2.3 Dụng cụ hóa chất 20 2.3.1 Dụng cụ 20 2.3.2 Hóa chất 21 2.4 Chuẩn bị nguyên vật liệu 21 2.4.1 Chuẩn bị vỏ trấu 21 2.4.2 Điều chế vật liệu cacbon từ vỏ trấu (VL1) 22 2.4.3 Điều chế vật liệu biến tính với Diphenyl cacbazit (DPC) 22 2.5 Phương pháp nghiên cứu 23 2.5.1 Quy trình lấy mẫu bảo quản mẫu 23 2.5.2 Phương pháp phân tích 23 2.5.3 Đánh giá chung phép đo 24 2.5.4 Sai số phép đo 24 2.6 Quy trình thực nghiệm 26 2.6.1 Khảo sát điều kiện tối ưu để tổng hợp VL2 26 2.6.2 Khảo sát yếu tố pH, thời gian dung lượng hấp phụ điều kiện tĩnh 26 2.6.3 Nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu điều kiện động 28 2.6.4 Xác định hàm lượng Cr tổng bước đầu thăm dị phân tích dạng Cr (VI), Cr(III) hỗn hợp phương pháp chiết pha rắn (SPE) kết hợp phương pháp F-AAS 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Xác định crom tổng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - kĩ thuật lửa F-AAS 35 3.1.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử 35 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo F-AAS 35 3.1.3 Đánh giá phương pháp 39 3.2 Xác định Cr(VI) phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS sử dụng thuốc thử Diphenyl cacbazit (DPC) 41 3.2.1 Các điều kiện đo Cr(VI) phương pháp trắc quang UV-VIS 41 3.2.2 Đánh giá phương pháp 43 3.3 Tổng hợp vật liệu vỏ trấu biến tính với Diphenyl cacbazit (DPC) 43 3.3.1 Các điều kiện gắn DPC lên vật liệu 43 3.3.2 Xác định hình thái nhóm chức vật liệu 45 3.4 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu điều kiện tĩnh 47 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu 47 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian 49 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(VI) Cr(III) đến khả hấp phụ VL 51 3.5 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu điều kiện động 54 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH tới hiệu suất hấp phụ VL với ion crom theo phương pháp động 54 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến hiệu suất hấp phụ 55 3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng dung dịch rửa giải 56 3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải 57 3.5.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại VL điều kiện động 58 3.5.6 Khảo sát ảnh hưởng thể tích rửa giải 59 3.5.7 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 60 3.5.8 Khảo sát ảnh hưởng số ion cạnh tranh đến hiệu suất thu hồi Cr(VI) Cr(III) VL2 60 3.6 Xác định hàm lượng Cr phương pháp chiết pha rắn (SPE) kết hợp phương pháp F-AAS 61 3.7 Thử nghiệm phân tích mẫu nước chứa crom 66 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 28 Hình 3.1 Khoảng tuyến tính đường chuẩn xác định crom tổng 40 Hình 3.2 Đồ thị đường chuẩn xác định Cr(VI) 42 Hình 3.3 Bề mặt VL trước biến tính 45 Hình 3.4 Bề mặt VL sau biến tính với DPC 45 Hình 3.5a Phổ hồng ngoại vật liệu khơng biến tính 46 Hình 3.5b Phổ hồng ngoại vật liệu biến tính 47 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vật liệu vào pH dung dịch 48 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian tới trình hấp phụ vật liệu 50 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ của52 Hình 3.9 Đường Langmuir 53 Cr(VI)/ VL1 53 Hình 3.10 Đường Langmuir 53 Cr(III)/ VL1 53 Hình 3.11 Đường Langmuir Cr(VI)/ VL2 53 Hình 3.12 Đồ thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI)/VL2 Cr(III)/VL2 theo phương pháp động 55 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số thông số quan trọng crom Bảng 1.2 Chỉ tiêu crôm nước thải công nghiệp (QCVN 40-2011BTNMT) Bảng 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng crôm nước mặt (QCVN 08-2008BTNMT) Bảng 2.1 Mối quan hệ nồng độ chất phân tích giá trị CV(%)chấp nhận theo phương trình Horwitz ISO/ CEI 17025 25 Bảng 3.1 Tổng hợp điều kiện phù hợp để đo F-AAS Cr 35 Bảng 3.2 Khảo sát ảnh hưởng loại axit nồng độ chúng 36 mẫu phân tích 36 Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng Mg 2+ , Ca2+, Na+ mẫu phân tích 37 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng ion Fe3+ , Cu 2+ , Zn 2+ mẫu phân tích37 Bảng 3.5 Giới hạn nồng độ không bị ảnh hưởng cation kim loại 38 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng tổng cation 38 Bảng 3.7 Kết khảo sát khoảng tuyến tính Cr tổng 39 Bảng 3.8 Độ xác sai số tương đối nồng độ khác crom 41 Bảng 3.9 Kết khảo sát đường chuẩn xác định nồng độ Cr (VI) 42 Bảng 3.10 Độ xác sai số tương đối nồng độ khác crom 43 Bảng 3.11 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ DPC lên VL1 Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ DPC 43 44 Bảng 3.13 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ DPC lên VL1 44 Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ vật liệu phụ thuộc vào pH dung dịch Cr(VI), Cr(III) 47 Bảng 3.15 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tới trình hấp phụ vật liệu 49 Bảng 3.16 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hấp phụ VL2 51 Bảng 3.17 Phương trình đường Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại VL 54 Bảng 3.18 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ theo 54 phương pháp động 54 Bảng 3.19 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả hấp phụ 55 Bảng 3.20 Kết khảo sát ảnh hưởng dung dịch rửa giải axit đến 56 hiệu suất rửa giải ( H% ) 56 Bảng 3.21 Kết khảo sát ảnh hưởng dung dịch rửa giải NH + NH 4NO đến hiệu suất rửa giải (H%) 57 Bảng 3.22 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải 57 Bảng 3.23 Nồng độ lại dung lượng hấp phụ Cr(VI) Cr (III) 58 phân đoạn thể tích 58 Bảng 3.24 Kết khảo sát khả rửa giải theo phân đoạn thể tích 59 Bảng 3.25 Kết nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu 60 Bảng 3.26 Ảnh hưởng ion kim loại đến hiệu suất thu hồi 61 Bảng 3.27 Hàm lượng kim loại mẫu chuẩn CRM 62 Bảng 3.29 Khảo sát hiệu suất hấp phụ Cr(III) Cr(VI) pH=1 pH =6 63 Bảng 3.30 Kết thí nghiệm với mẫu giả 66 Bảng 3.31 Kết phân tích Cr tổng áp dụng vào mẫu thật 67 Bảng 3.32 Kết phân tích hàm lượng Cr dạng áp dụng với mẫu thật 68