Nghiên cứu đặc tính hấp phụ của chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm trên nhôm oxit và ứng dụng trong kỹ thuật chiết pha rắn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT MANG ĐIỆN TÍCH ÂM TRÊN NHƠM OXIT VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI- 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT MANG ĐIỆN TÍCH ÂM TRÊN NHƠM OXIT VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN Chun ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM TIẾN ĐỨC HÀ NỘI- 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn TS Phạm Tiến Đức giao đề tài tận tình hƣớng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn Thầy Cơ cán mơn Hóa Phân Tích khoa Hóa Học – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội trang bị hệ thống kiến thức tạo điều kiện cho tiếp cận đề tài khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn anh, chị, bạn em sinh viên phịng thí nghiệm Hóa phân tích giúp đỡ tận tình, hỗ trợ tơi suốt q trình thực luận văn Sau xin gửi lờibiết ơn sâu sắc đến gia đình ngƣời thân ln tạo điều kiện tốt nhất, giúp đỡ động viên suốt q trình học tập hồn thành luận văn Nghiên cứu luận văn tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 104.05-2016.17 Hà Nội, ngày…….tháng 12 năm 2017 Học viên Phạm Thị Thu Trang MỤC LỤC BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG I-TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt 1.1.1 Phân loại chất hoạt động bề mặt 1.1.2 Ứng dụng 1.2 Các phƣơng pháp xác định chất hoạt động bề mặt 1.2.1 Phƣơng pháp đo điện phƣơng pháp đo độ dẫn 1.2.2 Phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 10 1.2.3 Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) .11 1.2.4 Phƣơng pháp sắc ký khí 11 1.2.5 Phƣơng pháp điện di mao quản (CE) 11 1.3 Tổng quan kim loại nặng 12 1.3.1 Kim loại nặng môi trƣờng nƣớc 12 1.3.2 Ô nhiễm kim loại nặng môi trƣờng nƣớc 12 1.3.3 Phƣơng pháp làm giàu xác định ion kim loại nặng 13 1.4 Giới thiệu nhôm oxit 13 1.4.1 Phân loại nhôm oxit 14 1.4.2 Cấu trúc bề mặt nhôm oxit 16 1.5 Giới thiệu vật liệu γ-Al2O3 17 1.5.1 Giới thiệu γ-Al2O3 17 1.5.2 Cấu trúc γ-Al2O3 17 1.5.3 Cấu trúc xốp của γ-Al2O3 19 1.5.4 Ứng dụng làm chất hấp phụ γ-Al2O3 19 1.6 Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ 20 1.6.1 Các lý thuyết hấp phụ 20 1.6.2 Ứng dụng hấp phụ 23 1.7 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt mơ hình hai bƣớc hấp phụ 25 1.7.1 Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freudlich 25 1.7.2 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 25 1.7.3 Lý thuyết mô hình hai bƣớc hấp phụ 26 1.8 Phƣơng pháp chiết pha rắn 28 1.8.1 Các chế chiết pha rắn 28 CHƢƠNG 2- NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .31 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 31 2.1.1 Mục tiêu đề tài 31 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 31 2.2 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 32 2.2.1 Hóa chất 32 2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 32 2.2.3 Chuẩn bị pha chế hóa chất 32 2.2.4 Thiết bị 33 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 34 2.3.1 Phƣơng pháp hấp thụ phân tử UV-Vis 34 2.3.2 Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử lửa F-AAS 35 2.3.3.Phƣơng pháp điện di mao quản CE-C D 36 2.4 Ứng dụng vật liệu γ-Al2O3 hấp phụ SDS STS kỹ thuật chiết pha rắn 36 2.5 Các thông số đánh giá độ tin cậy phƣơng pháp phân tích 37 2.5.1 Giới hạn phát (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) 37 2.5.2 Độ lặp lại phƣơng pháp 38 2.5.3 Hiệu suất thu hồi phƣơng pháp 38 2.5.4 Hiệu suất (H%) dung lƣợng hấp phụ 38 CHƢƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Đánh giá phƣơng pháp phân tích xác định chất chất hoạt động bề mặt 40 3.1.1 Lập đƣờng chuẩn 40 3.1.2 Đánh giá phƣơng pháp phân tích 42 3.2 Đánh giá đặc tính vật liệu γ- Al2O3 trƣớc sau hấp phụ 47 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả hấp phụ phƣơng pháp tĩnh 49 3.3.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ 49 3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng lực ion đến khả hấp phụ 52 3.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian hấp phụ 55 3.3.4 Hấp phụ đẳng nhiệt SDS STS vật liệu nhôm oxit 58 3.3.5 Điều kiện tối ƣu chất chất hoạt động bề mặt hấp phụ vật liệu nhôm oxit 62 3.4 Xây dựng quy trình phân tích mẫu thực 63 3.4.1 Chuẩn bị cột nhồi 63 3.4.2 Lấy mẫu bảo quản mẫu 63 3.4.3 Phân tích số mẫu nƣớc 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt CE CMC EDTA FT-IR F-AAS GF-AAS LOD LOQ RSD SD SDS STS SPE UV-Vis DANH MỤC CÁC BẢNG 2+ Bảng 2.1 Các điều kiện đo phổ F-AAS xác định Pb …………………………….35 Bảng 2.2.Các điều kiện đo điện di mao quản CE-C D……………………… 36 Bảng 3.1.Số liệu thống kê lập đƣờng chuẩn chất hoạt động bề mặt SDS STS 41 Bảng 3.2.Kết xác định độ lệch chuẩn mẫu trắng 42 Bảng 3.3.Kết xác định độ lặp lại phƣơng pháp UV-Vis xác định SDS 43 Bảng 3.4.Kết xác định độ lặp lại phƣơng pháp UV-Vis xác định STS .44 Bảng 3.5.Kết xác định độ thu hồi phƣơng pháp UV-Vis xác định SDS STS 45 Bảng 3.6.Kết phân tích xác định SDS STS phƣơng pháp UV-Vis đối chứng với phƣơng pháp CE-C D………………………………………………… 46 Bảng 3.7.Kết khảo sát ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ 50 Bảng 3.8.Kết khảo sát ảnh hƣởng lực ion tới dung lƣợng hấp phụ 53 Bảng 3.9.Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian tới dung lƣợng hấp phụ 56 Bảng 3.10.Kết khảo sát đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ SDS nồng độ muối NaCl 1mM, 10mM 100mM 59 Bảng 3.11.Kết khảo sát đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ STS nồng độ muối NaCl 1mM, 10mM 100mM 60 Bảng 3.12.Kết xác định mẫu thực sau làm giàu cột chiết pha rắn……………………………………………………………………………… …64 Bảng 3.13.So sánh hai phƣơng pháp xác định mẫu thực…………………… ……64 66 TÀI LIỆU TIẾNG ANH 12 A.Upadhyaya E.J Acosta J.F Scamechorn D.Sabatini (2007), “Adsorption of Anionic-Cationic Surfactant Mixtures on Metal oxide Surfaces”, J Surfact Deterg, 10, pp.269-277 13 Alila S, Aloulou F, Beneventi D, Boufi S (2007), Langmuir, 23, pp 37233731 14 Aloulou F, Boufi S, Beneventi D (2004), J Collid Interface Sci, 280, pp.350-358 15 B.Kasprzyl-Hordern, “Chemistry of alumina, reactions in aqueous solution and its application in water treatment”, Adv.Colloid Interface Sci, 110 (2004), pp 19-48 16 B.C Lippens, J.J Steggerdo, “Physical and chemical aspects of adsorbents and catalysts”, Acedamic Press, New York, 1970, pp.171 17 Bu-Yao Zhu and Tiren Gu (1991), “Surfactant adsorption at solid- liquid interfaces”,Advances in Colloid and lnterface Science,37, pp.1-32 18 Chodchanok Attaphong, Emma Asnachinda, “Adsorption and adsolubilization of polymerizable surfactants on aluminum oxided”, Journal of Colloid and Interface Science,2010, 344, pp.126-131 19 Cheng-Fang Lin, Kuen-Sen Chang, Chia-Wen Tsay, Dar-Yuan Lee, ShangLien Lo and Tatsuya Yasunaga (1997), “Adsorption mechanism of gallium (III) and indium (III) onto γ-Al2O3”,Journal of colloid and interface science, 188(1), pp 201-208 20 Das Asit K, Saha Sandip, Pal Anjali Maji Sanjoy K (2009), “Surfactant-modified alumina: An efficient adsorbent for malachite green removal from water environment”, Journal of Environmental Science and Health, Part A, 44(9), pp 896-905 21 Dada, A.O, Olalekan, A.P, Olatunya, A.M , DADA, O, 2012, “Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich Isotherms Studies of Equilibrium Sorption of Zn 2+ Unto Phosphoric Acid Modified Rice Husk”, Journal of Applied Chemistry, Volume 3, pp 38-45 67 22 E Laiti, L.-O.Ohman, J Collid Interf Sci, 183(1996), p.441 23 E Jurado, M.F.Serrano, J.Olea,G Luzo ´n, M Lechuga (2006), “Simplified spectrophotometric method using methylene blue for determining anionic surfactants: Applications to the study of primary biodegradation in aerobic screening tests” , Chemosphere 65, pp.278–285 24 George V.Franks and Yang Gan, “Charging behavior at the Alumina- Water Interface and Implication for Ceramic Processing”,Chemical and Biomolecular Engineering, pp.3373-3388(2007) 25 Gutiérrez Gonzalo, Taga Adrian Johansson Börje (2001), “Theoretical structure determination of γ-Al2O3”,Physical Review B, 65(1), pp 012101 26 Gupta Vinod K, Gupta Monika and Sharma Saurabh (2001) “Process development for the removal of lead and Chromium from aqueous solutions using red mud an aluminium industry waste”, Water Research, 35(5), pp.1125-1134 27 Ham Sigrist, (1974), “Gas Chromatographic determination of Sodium Dodecyl Sulfate”, Analytical Biochemistry 57, pp.564-568 28 Hong Soon Park, Choong Kyun Rhee, (2004),”Simultaneous determination of nonionic and anionic industrial surfactants by liquid chromatography combined with evaporative light-scattering detection”,Journal of Chromatography A, 1046, pp 289–291 29 Jean-Louis Salager, “Surfactants types and uses”, FIRP bookletE300-A 30 Leyu Cui, M Puerto, J.L.Salinas, S.L Biswal and G J Hirasaki, (2014), “Improved Methylene Blue Two-Phase Titration Method for determining Cationic Surfactant Concentration in High-Salinity Brine”, Analytical chemistry 31 M.J.M Wells (2000), “Essential guides to method development in solid method development in solid-phase extraction, phase extraction”,Encyclopedia of Encyclopedia of Separation Science Separation Science, 10, pp 4636- 4643 68 32 Masaaki Koga, Yasushi Yamamichi, Yasuyo Nomoto, “ Rapid Determination of Anionic Surfactants by Improved Spectrophotometric methoad using Methylene blue”, Analytical Sciences June, 1999, Vol.15, pp.563-568 33 P Persson, E.Laiti, L.-O.Ohman, J Collid Interf Sci, 190(1997), p.341 34 R.Fiedorow, Wiadomosci Chemiczne 3,1968 35 R A Greff, E A Setzkorn and V D Leslie, “A Colorimetric Method for the Determination Parts/Million of Nonionic Surfactants”, Analytical Research Section 36 Ryo Koike, Fumihiko Kitagawa, Koji Otsuka (2007), “Simultaneous determination of amphoteric surfactants in detergents by capillary electrophoresis with indirect UV detection”, Journal of Chromatography A, 1139, pp.136–142 37 Schwuger M.J,“Anionic Surfactants”,Surfactant Science Series, Vol.11, Dekker,NewYork, 1981 38 Tien Duc Pham, Motoyoshi Kobayashi, Yasuhisa Adachi, “Interfacial characterization of aphal-alumina with small surface area by streaming potenial and chromatography”,Colloids and Surface A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013, no 436, pp 148-157 39 Tien Duc Pham, MotoyoshiKobayashi and YasuhisaAdachi (2015), “Adsorption of anionic surfactant sodium dodecyl sulfate on to alpha alumina with small surface area”, Colloid Polym Science, 293, pp 217-227 40 Tien Duc Pham, MotoyoshiKobayashi and YasuhisaAdachi (2015), “Adsorption characteristics of anionic azo dye on to large α-alumina beads”, Colloid and Polymer Science, 293(7), pp 1877-1886 41 Tien Duc Pham, MotoyoshiKobayashi and YasuhisaAdachi (2014), “Adsorption of Polyanion on to Large Alpha Alumina Beads with Variably ChargedSurface”,Advances in Physical Chemistry 69 42 Verwey EJW (1935), “The structure of the electrolytical oxide layer on aluminium”, Zeitschrift für Kristallographie-Crystalline Materials, 91(1-6), pp 317-320 43 W Kuczynski, R Fiedorow, “Prace Komisji Matematyczno Przyrodniczej”, Tom XII, Zeszyt 3,1968 70 Phụ lục Phƣơng trình hồi quy độ hấp thụ quang nồng độ SDS (xử lý phần mềm Minitab 16) The regression equation is SDS = - 0.00140 + 94894 Abs Predictor Constant Abs S = 0.0141566 R-Sq = 99.9% R-Sq(adj) = 99.9% Analysis of Variance Source Regression Residual Error Total Phƣơng trình hồi quy độ hấp thụ quang nồng độ STS (xử lý phần mềm Minitab 16) The regression equation is STS = 0.0095 + 107290 Abs Predictor Constant Abs S = 0.0197513 R-Sq = 99.9% R-Sq(adj) = 99.9% Analysis of Variance Source Regression Residual Error Total 71 Phân tích mẫu thựcbằng phƣơng pháp GF-AAS 72 Giấy chứng nhận đăng bài: “Nghiên cứu đặc tính hấp phụ chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm nhơm oxit với kích thước lớn”của Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học 73 74 75 76 77 78 ... tài:? ?Nghiên cứu đặc tính hấp phụ chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm nhơm oxit ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn? ?? CHƢƠNG I-TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt. .. PHẠM THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT MANG ĐIỆN TÍCH ÂM TRÊN NHƠM OXIT VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60440118... động bề mặt [29] Phân loại chất hoạt động bề mặt nhƣ sau: - Chất hoạt động bề mặt mang điện âm (anionic) - Chất hoạt động bề mặt mang điện dƣơng (cationic) - Chất hoạt động bề mặt không mang điện