Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng cấu trúc của hợp chất zr IV cố định trên các chất mang và khả năng hấp phụ asen selen trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐÀO THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG CẤU TRÚC CỦA HỢP CHẤT Zr(IV) CỐ ĐỊNH TRÊN CÁC CHẤT MANG VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN, SELEN TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐÀO THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG CẤU TRÚC CỦA HỢP CHẤT Zr(IV) CỐ ĐỊNH TRÊN CÁC CHẤT MANG VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN, SELEN TRONG MƠI TRƢỜNG NƢỚC Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 62440120 DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG PGS.TS NGUYỄN VĂN NỘI Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan là cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu luận án trung thực và chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Đào Thị Phƣơng Thảo LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Quang Trung, PGS.TS Nguyễn Văn Nội ngƣời đã giao đề tài, hƣớng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận án Tơi chân thành cảm ơn thầy Phịng Thí nghiệm Hóa Mơi Trƣờng, Trƣờng ĐH Khoa học Tự Nhiên Hà Nội đã hƣớng dẫn và giúp đỡ q trình nghiên cứu Tơi xin cảm ơn đồng nghiệp làm việc Phịng Thí nghiệm Vật liệu nano – Viện khoa học Công nghệ Bộ Quốc Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ trang thiết bị phân tích, dụng cụ hóa chất q trình làm thực nghiệm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Những ngƣời đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ tơi vƣợt qua khó khăn thời gian thực luận án Hà nội, ngày 08 tháng 03 năm 2016 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM ASEN, SELEN TRONG NƢỚC 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm asen, selen nƣớc 1.1.2 Ảnh hƣởng asen, selen đến sức khỏe ngƣời 1.1.3 Các dạng tồn asen, selen nƣớc 1.1.4 Các phƣơng pháp xử lý asen, selen nƣớc 1.1.5 Vật liệu hấp phụ asen, selen 12 1.2 VẬT LIỆU ZIRCONI 15 1.2.1 Zirconi 15 1.2.2 Zirconi hiđroxit 15 1.2.3 Zirconi oxit 16 1.3 VẬT LIỆU MANG THAN HOẠT TÍNH 27 1.3.1 Tính chất than hoạt tính loaded polymer resin functionalized with diethylenetriamine-N,N,N’,N’-polyacetic acid”, J Environ Monit 2, pp 550-555 97 Toshishige M Suzuki, John O Bomani, Hideyuki Matsunaga, Toshiro Yokoyama (2000), “Preparation of porous resin loaded with crystalline hydrous zirconium oxide and its application to the removal of arsenic”, Reactive & Functional Polymers 43, pp 165–172 98 Tsoi Y.K., Leung K.S.Y (2011), "Toward the use of surface modified activated carbon in speciation: selective preconcentration of selenite and selenate in environmental waters", J Chromatogr A 1218, pp 2160-2164 99 Van Halem D., Olivero S., de Vet W.W.J.M., Verberk J.Q.J.C., Amy G.L., Van Dijk J.C (2010), “Subsurface iron and arsenic removal for shallow tube well drinking water supply in rural Bangladesh”, Water Research 44, pp 5761-5769 100 Van Anh Nguyen, Sunbaek Bang, Pham Hung Viet, Kyoung-Woong Kim (2009), “Contamination of groundwater and risk assessment for arsenic exposure in Ha Nam provice, Viet Nam”, Environment International 35, pp 466-472 101 Velazquez-Jimenez Litza Halla, H Hurt Robert, Matos Juan, Rangel-Mendez Jose Rene (2014), “Zirconium-carbon hybrid sorbent for removal of fluoride from water: oxalic acid mediated Zr(IV) assembly and adsorption mechanism”, Environ Sci Technol 48, pp 1166–1174 102 Vishwanath G D., Yusuf G A (2012), "Synthesis of thermally stable, high surface area, nanocrystalline mesoporous tetragonal zirconium dioxide (ZrO2): Effects of different process parameters", Microporous and Mesoporous Materials 148, pp 88-100 118 103 Wake B.D., Bowie A.R., Butler E.C.V., Haddad P.R (2004), "Modern preconcentration methods for the determination of selenium speciesin environmental watersamples", Trac-Trend Anal Chem 23, pp 491-500 104 Weifang Chen, Robert Parette, Jiying Zou, Fred S Cannon, Brian A Dempsey (2007), “Arsenic removal by iron-modified activated carbon”, Water research 41, pp 1851–1858 105 Weihong X., Jing W., Lei W., Guoping S., Jinhuai L., Hanqing Y., Xing-Jiu H (2013), "Enhanced arsenic removal from water by hierarchically porous CeO2ZrO2 nanospheres: Role of surface- and structure-dependent properties", Journal of Hazardous Materials 260, pp 498-507 106 William D B., Carter C B (2006), Transmission Electron Microscopy, Kluwer Academic / Plenum Publishers, NewYork, USA 107 Xiong C., He M., Hu B (2008), "On-line separation and preconcentration of inorganic arsenic and selenium species in natural water samples with CTABmodified alkyl silica microcolumn and determination by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry", Talanta 76, pp 772-779 108 Yiang Z (2008), "Effect of zero - valent iron and a redox mediator on removal of selenium in agricultural drainage water", Science of the total environment 407, pp 89-96 109 Yiqiang Zhang, Christopher Amrhein, Andrew Chang, William T Frankenberger Jr (2008), “Effect of zero-valent iron and a redox mediator on removal of selenium in agricultural drainage water”, Science of the total environment 407, pp 89- 96 110 Yue M., Yu-Ming Z., Chen J.P (2011), "A zirconium based nanoparticle for significantly enhanced adsorption of arsenate: Synthesis, characterization and performance", Journal of Colloid and Interface Science 354, pp 785-792 111 Zheng Y.M., Lim S.F., Chen J.P (2009), "Preparation and characterization of zirconium-based magnetic sorbent for arsenate removal", Journal of Colloid and Interface Science 338, pp 22-29 119 112 Zhijian Li, Shubo Deng, Gang Yu, Jun Huang, Veronica Chao Lim (2010), “As(V) and As(III) removal from water by a Ce–Ti oxide adsorbent: Behavior and mechanism”, Chemical Engineering Journal 161, pp 106–113 113 Zongming Ren, Gaosheng Zhang, J Paul Chen (2011), “Adsorptive removal of arsenic from water by an iron-zirconium binary oxide adsorbent”, Journal of Colloid and Interface Science 358, pp 230-237 120 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Giản đồ TGA vật liệu Zr/AC Experiment:THUY Crucible:PT Phụ lục 2: Giản đồ phân tích nhiệt vi sai vật liệu Zr/AC/H 4-180-72 12/02/2015 Procedure: RT > 800C (10 C.min-1) (Zone 2) Figure: NHIET Zr-AC-H4-4-180-72 100 µl Labsys TG TG/% dTG/% /min Mass (mg): 58.25 HeatFlow/µV Exo Peak :465.46 °C 30 Atmosphere:Air 20 -2 20 10 Peak :138.19 °C -4 -20 Mass variation: -14.95 % -10 -40 -6 -20 -60 Mass variation: -27.28 % -30 -8 -80 -40 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C Phụ lục 3: Giản đồ XRD ZrO2 nung 500oC Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample Zr(OH)4 nung 300 290 280 d=3.150 270 260 d=2.849 250 240 230 220 210 200 190 70 d=1.352 d=1.424 80 d=1.485 90 d=1.590 d=2.328 100 d=2.202 110 d=1.655 120 d=1.850 130 d=1.994 140 d=2.593 150 d=2.951 160 d=1.542 d=1.817 170 d=3.701 Lin (Cps) 180 60 50 40 30 20 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Van K54B mau Zr(OH)4 nung.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° 1) Left Angle: 27.035 ° - Right Angle: 29.405 ° - Left Int.: 74.4 Cps - Right Int.: 96.5 Cps - Obs Max: 28.250 ° - d (Obs Max): 3.156 - Max Int.: 242 Cps - Net Height: 157 Cps - FWHM: 0.899 ° - Chord Mid.: 00-036-0420 (D) - Baddeleyite, syn - ZrO2 - Y: 96.70 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.14630 - b 5.21350 - c 5.31100 - alpha 90.000 - beta 99.200 - gamma 90.000 - Primitive - P21/c (14) - - 14 01-079-1769 (C) - Zirconium Oxide - ZrO2 - Y: 47.98 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.59570 - b 3.59570 - c 5.18500 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/nmc (137) - Phụ lục 4: Giản đồ XRD ZrO2 thủy nhiệt môi trƣờng NH3 200oC 72 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample TT-ZrO2 d=2.722 400 d=1.366 d=1.546 d=1.577 d=1.726 d=1.801 d=1.930 d=1.988 d=2.564 100 d=2.225 d=2.943 200 d=3.835 Lin (Cps) 300 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Van K54B mau TT-ZrO2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi 00-050-1089 (*) - Zirconium Oxide - ZrO2 - Y: 49.18 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.59840 - b 3.59840 - c 5.15200 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/nmc (137) - - 70 ... THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG CẤU TRÚC CỦA HỢP CHẤT Zr( IV) CỐ ĐỊNH TRÊN CÁC CHẤT MANG VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN, SELEN TRONG MƠI TRƢỜNG NƢỚC Chun ngành: Hóa môi trƣờng Mã số:... nhiễm asen, selen nƣớc 1.1.2 Ảnh hƣởng asen, selen đến sức khỏe ngƣời 1.1.3 Các dạng tồn asen, selen nƣớc 1.1.4 Các phƣơng pháp xử lý asen, selen nƣớc 1.1.5 Vật liệu hấp phụ. .. liệu Zr/ AC/H4-180-72 liệu Zr/ AC/H4-180-72/As Phụ lục 11: Kết đo BET ZrO2/H4-180-72 Phụ lục 12: Kết đo BET ZrO2/N3-180-60 Phụ lục 13: Kết đo BET AC Phụ lục 14: Kết đo BET vật liệu Zr/ AC Phụ lục