Nghiên cứu cố định Zr(IV) trên chất mang thích hợp để tách và làm giàu hợp chất se trong môi trường nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ KIM THOA NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH Zr(IV) TRÊN CHẤT MANG THÍCH HỢP ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU HỢP CHẤT Se TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ KIM THOA NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH Zr(IV) TRÊN CHẤT MANG THÍCH HỢP ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU HỢP CHẤT Se TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên nghành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đỗ Quang Trung Hà Nội, 2012 DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 DANH MỤC HÌNH Hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hinh 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 DANH MỤC VIẾT TẮT MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Selen 1.1.1 Dạng tồn Se tự nhiên 1.1.2 Vai trò Selen 1.1.3 Tình trang nhiễm Selen phương pháp xử lý ô nhiễm Selen môi trường nước 1.2 Các phương pháp phân tích xác định Se 1.2.1 Phương pháp phân tích khối lượng 1.2.2 Phương pháp phân tích thể tích 1.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 1.2.4 Phương pháp huỳnh quang 10 1.2.5 Phương pháp kích hoạt phóng xạ 11 1.2.6 Phương pháp trắc quang 11 1.2.7 Một số nghiên cứu xác định Selen theo phương pháp động học - xúc tác trắc quang 12 1.2.8 Phương pháp vơn – ampe hịa tan 13 1.3 Các phương pháp tách làm giàu hợp chât Se môi trường nước .14 1.3.1 Phương pháp chiết lỏng - lỏng 14 1.3.2 Phương pháp chiết pha rắn 14 1.4 Ứng dụng hợp chất Zr(IV) xử lý môi trường .15 1.5 Ứng dụng nhựa trao đổi ion xử lý nước 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu 20 2.1.1 Mục tiêu 20 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 20 2.1.3 Phương pháp động học - xúc tác trắc quang xác định Selen 20 2.2 Hóa chất thiết bị 22 2.2.1 Hóa chất 22 2.2.2 Thiết bị 25 2.3 Vật liệu 26 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Khảo sát điều kiện cố định Zr(IV) vật liệu 27 3.1.3 Cố định Zr(IV) nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 28 3.1.4 So sánh khả hấp phụ Se(IV) cácloại vật liệu trước sau cố định Zr(IV) 30 3.2 Khảo sát khả hấp phụ Se(IV) nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV) 31 3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ Se(IV) nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) 31 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ Se(IV) nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) 38 3.3 Khảo sát khả giải hấp nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV) 45 3.3.1 Ảnh hưởng loại hóa chất đến khả giải hấp Se(IV) nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) 45 3.3.2 Ảnh hưởng loại hóa chất đến khả giải hấp Se(IV) nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) 47 3.4 Đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV) 51 3.4.1 Đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) 51 3.4.2 Đánh gíá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) 51 Kết Luận 53 Tài Liệu Tham Khảo Error! Bookmark not defined Hiệu suất(%) 50,00% 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% NaOH( lần 1) NaOH( lần 2) NaOH( lần 3) Dung dịch NaOH 0,5M Hình 3.11: Ảnh hưởng NaOH đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) 6,00% Hiệu suất(%) 5,00% 4,00% 3,00% 2,00% 1,00% 0,00% HCl(lần 1) HCl(lần 2) Dung dịch HCl 1M HCl(lần 3) Hình 3.12: Ảnh hưởng HCl đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) 46 Hiệu suất (%) 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% 4,00% 2,00% 0,00% NaCl(lần 1) NaCl(lần 2) NaCl(lần 3) Dung dịch NaCl 1M Hình 3.13 : Ảnh hưởng NaCl đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.12 ta thấy dung dịch NaOH có khả giải hấp tốt nhất, mơi trường bazơ hiệu suất cao hơn, mơi trường trung tính axít hiệu suất rửa giải thấp Se(IV) liên kết bền với Zr(IV) Điều chứng tỏ hiệu suất rửa giải thấp tức liên kết Se(IV) Zr(IV) bền, chúng tơi chọn dung dịch NaOH để giải hấp Se(IV) khỏi vật liệu 3.3.2 Ảnh hưởng loại hóa chất đến khả giải hấp Se(IV) nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) Để đánh giá khả giải hấp nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) chúng tơi tiến hành thí nghiệm sau: Lấy bình nón 250ml bình 0,5g nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) đem lắc với 50ml dung dịch Se(IV) 100ppm, sau 2h đo quang xác định lượng Se(IV) lại, từ xác định lượng Se(IV) cố định lên vật liệu Đối với nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) sau lắc với 50ml Se(IV) 100ppm, đem gạn rửa nước cất nhiều lần trung tính Sau lấy 0,5g vật liệu đem lắc 50ml dung dịch NaOH 0,5M, HCl 1M, NaCl 1M 2h Lấy dung dịch lại trung hòa để xác định lượng Se(IV) bị rửa giải Thí nghiệm lặp lại lần ta thu kết quả: 47 Bảng 3.13: Ảnh hưởng loại hóa chất đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) Dung dịch rửa NaOH HCl NaCl 80,00% 70,00% Hiệu suất H% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% NaOH(1) NaOH(2) NaOH(3) Dung dịch NaOH 0,5M Hình 3.14: Ảnh hưởng NaOH đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) 48 Hiệu suất H% 0,58% 0,56% 0,54% 0,52% 0,50% 0,48% 0,46% 0,44% HCl(1) HCl(2) Dung dịch HCl 1M Hình 3.15 : Ảnh hưởng HCl đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) 0,80% Hiệu su ất H% 0,70% 0,60% 0,50% 0,40% 0,30% 0,20% 0,10% 0,00% NaCl(1) NaCl(2) NaCl(3) Dung dịch NaCl 1M Hình 3.16 : Ảnh hưởng NaCl đến khả giải hấp Se(IV) khỏi nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.10 tương tự khảo sát nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) ta thấy dung dịch NaOH có khả giải hấp tốt nhất, mơi trường bazơ hiệu xuất rửa giải cao nhất, mơi trường trung tính axít hiệu suất rửa giải thấp Se(IV) liên kết bền với Zr(IV), điều chứng tỏ hiệu suất thấp tức liên kết Se(IV) Zr(IV) bền, chúng tơi chọn dung dịch NaOH để giải hấp Se(IV) khỏi vật liệu 49 Vậy ta thấy hiệu suất rửa giải nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) NaOH cao nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) Tuy nhiên hiệu suất rửa giải NaOH cao nhất, loại vật liệu chọn NaOH để giải hấp Se(IV) khỏi vật liệu 3.3 Khảo sát khả hấp phụ động Se(IV) nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) Do vật liệu có chất giống phần khảo sát loại vật liệu đại diện Cho dung dịch Se(IV) có nồng độ 2ppm chạy qua cột có chứa 10ml nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) với tốc độ dòng 0,1ml/phút Lần lượt lấy 10ml mẫu, xác định nồng độ Se(IV) đầu xây dựng đồ thị nồng độ Se(IV) đầu thể tích dung dịch chạy qua cột ta thu kết hình ồNng ộđ Se(IV)đ ầu ộct (ppm) 3.9 Hình 3.17: Kết hấp phụ động nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV)với Từ đồ thị ta thấy thể tích dung dich chạy qua cột tăng nồng độ Se(IV) đầu cột tăng theo, cột đạt cân sau cho 350ml Se(IV) 2ppm chạy qua cột Từ ta thấy 10g vật liệu xử lý 350ml nước có chứa Se(IV) 2ppm 50 3.4 Đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV) 3.4.1 Đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) Hệ số làm giàu thông số để đánh giá khả xác định lượng vết Se(IV) vật liệu Để xác định hệ số làm giàu tiến hành: Chuẩn bị 500ml dung dịch Se(IV) nồng độ 100ppb qua cột nhồi 0,5g nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) với tốc độ 1,5ml/phút Sau chạy hết Se(IV) cho chạy qua 100ml nước cất Sau cho chạy lần dung dịch NaOH 1M, lần lấy 5ml Cuối đem chạy cột 5ml nước cất Trộn mẫu thu lại, lấy 6ml dung dịch đem đo quang xác định nồng độ Se(IV) rửa giải Kết thu được: Bảng 3.14 Kết đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) Nồng độ Se rửa giải là: 1,49ppm Hệ số làm giàu 25 lần Hiệu suất làm giàu: H% = Như ta thấy chất phân tích làm giàu đáng kể, với hệ số làm giàu 25 lần Nồng độ Se(IV) rửa giải 1,49 hiệu suất đạt 74,7% 3.4.2 Đánh gíá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) Chuẩn bị 500ml dung dịch Se(IV) nồng độ 100ppb chạy qua cột nhồi 0,5g nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) với tốc độ 1,5ml/phút Sau chạy hết Se(IV) 100ppb cho chạy qua 100ml nước cất Sau cho chạy lần dung dịch NaOH 1M, lần lấy 5ml Cuối đem chạy cột 5ml nước cất Trộn 51 mẫu thu lại, lấy 4ml dung dịch đem đo quang xác định nồng độ Se(IV) rửa giải Kết thu được: Bảng 3.15: Kết đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) Nồng độ Se(IV) rửa giải là: 0,97 ppm Hệ số làm giàu 25 lần Hiệu suất làm giàu : H% = Như ta thấy chất phân tích làm giàu đáng kể, với hệ số làm giàu 25 lần nồng độ Se(IV) rửa giải nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) 0,97ppm 52 Kết Luận Trong thời gian thực luận văn chúng tơi thu số kết sau: +) Đã nghiên cứu điều kiện cố đinh Zr(IV) vật liệu  Chọn điều kiện cố định Zr(IV) tốt vật liệu nồng độ H + nồng độ Zr(IV) 0,2M 0,01M  Xác định tải trọng hấp phụ Se(IV) loại vật liệu trước sau cố định Zr(IV) Từ lựa chọn nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV) để tiến hành khảo sát +)Khảo sát khả hấp phụ Se(IV) nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV) kết thu được:  Đối với nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) pH = sau 3h đạt cân hấp phụ Se(IV) Khi khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Se(IV) đến khả hấp phụ Se(IV) vật liệu, tìm qmax = 12,34 mg/g  Đối với nhựa MuromaxB1 cố định Zr(IV) pH = sau 4h đạt cân hấp phụ Se(IV) Khi khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Se(IV) đến khả hấp phụ Se(IV) vật liệu, tìm qmax = 9,7mg/g  Đã khảo sát ảnh hưởng số ion cản đến khả hấp phụ Se(IV) nhựa PuroliteC100 MuromaxB1 cố định Zr(IV)  Khảo ảnh hưởng NaOH; HCl; NaCl đến khả giải hấp Se(IV) khỏi vật liệu thu NaOH có khả giải hấp tốt  Khảo sát khả hấp phụ động nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) +)Đánh giá khả làm giàu xác định lượng vết Se(IV) phương pháp động học – xúc tác trắc quang: Thu hệ số làm giàu 25 lần, hiệu suất làm giàu đạt 74,7% nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) 48,5% nhựa MuromaxB1 53 Các kết nghiên cứu cho thấy nhựa PuroliteC100 nhựa MuromaxB1 sau cố định Zr(IV) có ứng dụng thực tiễn cao xử lý Se(IV) môi trường nước Trong thời gian tới bước triển khai mở rộng chế tạo vật liệu để phục vụ cho nhu cầu người dân 54 Tài Liệu Tham Khảo Tiếng Việt Nguyễn Thị Thúy Hằng (2010), Phân tích dạng Se(IV), Se(VI) vơ mẫu nước ngầm thực phẩm phương pháp động học – xúc tác trắc quang, luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học khoa học tự nhiên-ĐHQG Hà Nôi Nguyễn Ngọc Khánh(2010), Nghiên cứu xử lý hợp chất asen photphat nguồn nước nhiễm với than hoạt tính cố định Zr(IV), luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Lê Minh Đức(2010), Kỹ thuật xúc tác, Hóa học Cơng nghiệp, Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng Nguyễn Thị Phương Thảo, Phạm Thúy Nga (2005), "Xác định As, Se mẫu máu, nước tiểu phương pháp hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hidrua hóa (AAS – HVG)”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, tập 10( 3), tr 39 - 40 Quách Đức Tín, Nguyễn Thị Xuân, Phạm Thị Nhung Lý, Nguyễn Thị Thủy, Mai Trọng Nhuận (2008), Địa hóa nguyên tố Se mối liên quan với sức khỏe Từ Vọng Nghi,(1990), số phương pháp phân tích điện hóa đại, Đại học khoa học tự nhiên-ĐHQG Hà Nôi Tiếng Anh Asem A Atia, Ahmed M Donia, Khalid Z Elwakeel (2004), “Adsorption behaviour of non-transition metal ions on a synthetic chelating resin bearing iminoacetate functions”, Separation and Purification Technology 43 ,43–48 Biplob Kumar Biswas, Jun-ichi Inoue, Katsutoshi Inoue, Kedar Nath Ghimire, Hiroyuki Harada, Keisuke Ohto, Hidetaka Kawakita (2008), “Adsorptive removal of As(V) and As(III) from water by a Zr(IV)-loaded orange waste gel”, Journal of Hazardous Materials 154 ,1066–1074 Cutter G.A., (1989), “The estuarine behavior of selenium in San Francisco Bay”, Estuarine, Coastal Shelf Sci., 28/1 : 13-34 55 10 K.JohanssonU Örnemark, Å Olin, “Soid-phase extracction procedure for the determination of selenium by capillary gas chromattography”, Department of analytical chemistry, university of uppsala, P.O.Box 531, S-751 21 uppsala Sweden 11.Mc.Dowell L.R., Conrad J.H., Ellis G.L., Looski J.K., (1983) “Mineral for grazing ruminants in tropical regions” Gainesville, Univ Florida 86 pp 12 M.Tuzen a, K.O.Saygia, M.Soylakb (2008), “coprecipitation graphite furnace atomic absorption Spectrometric determination”, Talanta, 74(56), pp 744 - 746 a b c 13 M.S Dzul Erosa , W.H Höll ,* J Horst (2009), “Sorption of selenium species onto weakly basic anion exchangers”, Reactive & Functional Polymers 69, 576–585 14 Lucas Moore, Ph.D, Amir Mahmoudkhani (2011), Methods for Removing Selenium from Aqueous Systems, Proceedings Tailings and Mine Waste 2011 Vancouver, BC, November to 15 Norooz Maleki, Afsaneh Safevi, Mohammad Mahdi Doroodmand (2005), “Determination of selenium in water and soil by hydride generation atomic absorption spectrometry using solid reagents”, Talanta, 66, pp 858 - 862 16 Ondrej Hegedűs, Alžbeta Hegedűsová, Silvia Šimková, Vladimír Pavlík, Klaudia Jomova, (2008), “ Evaluation of the ET – AAS and HG – AAS methods of selenium determination in vegetables”, Journal of biochemical and biophysical methods, volume 70, issue 6, pp 1287 – 1291 17 RezaMilani Hosseeini, Yayghub Asadi Araz Bidari, Payam Hemmatkhanh, Sanaz Jaforvand, Mohammad(2008), “Selenium analysis in water samples by dispersive liquid liquid microextraction based on piazselenol formation and GC–ECD”, Microchimica Acta, Voleme 163, issue 3-4, pp243249 18 Ulusoy Halil Ibrahim (2010), The Investigation of a Novel Indicator System for Trace Determination and Speciation of Selenium in Natural Water o Samples by Kinetics pectrophotometric detection, Talanta, vol.31, n 7, pp.1907-1914, ISSN: 0253-2964 56 19 Tatineni Balaji *, T.Yokoyama, Hideyuki Matsunaga * (2005), “Adsorption and removal of As(V) and As(III) using Zr-loaded lysine diacetic acid chelating resin”, hemosphere 59 ,1169–1174 20 Vimlesh Chand, Surendra Prasad (2009), “Trace determination anh chemical speciation of selenium in environmental water samples using catalytic kinetic spectrophotometric method”, Jounal of Hazardous Materials 165, 780-788 57 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ KIM THOA NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH Zr(IV) TRÊN CHẤT MANG THÍCH HỢP ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU HỢP CHẤT Se TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên... pháp nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu Chế tạo vật liệu hấp phụ cách cố định hợp chất Zr(IV) chất mang thích hợp để tách làm giàu hợp chất Se( IV) lượng vết môi trường nước 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Nội... anion đến xác định Se( IV) nghiên cứu Phương pháp động học xúc tác nghiên cứu để xác định selen mẫu nước môi trường đệm phtalat pH = 2, người ta nghiên cứu xúc tác Se( IV) cho phản ứng làm màu xylenol