Nghiên cứu xử lý chloroform trong nước bằng nano lưỡng kim loại fe cu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  PHAN KIM NGUYÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHLOROFORM TRONG NƢỚC BẰNG NANO LƢỠNG KIM LOẠI Fe/Cu LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC ĐÀ NẴNG, NĂM 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  PHAN KIM NGUYÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHLOROFORM TRONG NƢỚC BẰNG NANO LƢỠNG KIM LOẠI Fe/Cu Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ Mã số: 60 44 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS BÙI XUÂN VỮNG ĐÀ NẴNG, NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Bùi Xuân Vững – ngƣời thầy đáng kính trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình bảo, động viên tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khóa luận Sau năm đƣợc học tập khoa Hóa – Trƣờng Đại Học Sƣ phạm Đà Nẵng, tiếp thu đƣợc nhiều kiến thức kinh nghiêm bổ ích để trang bị cho đƣờng tƣơng lai phía trƣớc Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trƣờng Đại Học Sƣ phạm Đà Nẵng, đặc biệt thầy khoa Hóa, ngƣời ln ân cần, nhiệt huyết bảo hỗ trợ nhiều trình học tập thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè ngƣời thân ln bên cạnh cổ vũ, động viên giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận Vì thời gian khả có hạn nên khóa luận khơng tránh đƣợc nhũng thiếu sót, tơi mong nhận đƣợc đóng góp chân thành thầy bạn để khóa luận trở nên hồn chỉnh Cuối cùng, xin kính chúc tất thầy giáo ln dồi sức khỏe, công tác tốt thành công công việc Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Học Viên PHAN KIM NGUYÊN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu thực Các số liệu kết luận văn hồn tồn trung thực, xác chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Học Viên PHAN KIM NGUYÊN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát vật liệu nano 1.1.1 Công nghệ nano 1.1.2 Vật liệu nano 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano 16 1.2 Giới thiệu vật liệu chứa sắt nano nano lƣỡng kim Fe/Cu 20 1.2.1 Tính chất hạt sắt nano 20 1.2.2 Tính chất hạt nano lƣỡng kim 21 1.3 Tổng quan Chloroform 22 1.3.1 Giới thiệu Chloroform 22 1.3.2 Đặc tính lý hóa Chloroform 23 1.3.3 Ứng dụng Chloroform 24 1.3.4 Độc tính Chloroform 25 1.3.5 Phƣơng thức xâm nhập vào thể 26 1.3.6 Cơ chế trình khử Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/Cu 27 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu nano lƣỡng kim nƣớc 29 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 30 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 32 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 34 2.2 Nội dung nghiên cứu 34 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 34 2.3.1 Hóa chất thiết bị 34 2.3.2 Chuẩn bị dung dịch 35 2.3.3 Điều chế vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu 37 2.3.4 Phân tích đặc tính vật liệu 38 2.3.5 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý Chloroform mẫu nƣớc cách xác định hàm lƣợng Cl- qua phƣơng pháp đo quang UV/VIS 46 2.3.6 Đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc phƣơng pháp GC – MS 50 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Kết phân tích đặc trƣng vật lý vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu 55 3.1.1 Trạng thái vật lý 55 3.1.2 Kết nghiên cứu phổ nhiễu xạ tia X nano lƣỡng kim Fe/Cu 55 3.1.3 Ảnh chụp TEM nano lƣỡng kim Fe/Cu 57 3.1.4 Ảnh chụp SEM nano lƣỡng kim Fe/Cu 58 3.1.5 Kết chụp phổ tán sắc lƣợng EDX 59 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới trình xử lí Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/Cu 60 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu 60 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng yếu tố thời gian đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu 63 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ Chloroform ban đầu đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu 64 3.2.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu sử dụng đến q trình xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu 66 3.3 Đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc phƣơng pháp GC – MS 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BET: Brunauer Emmett Teillor - Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng DDT: Diclodiphenyltricloetan EDX: Phổ tán sắc lƣợng tia X EPA: United States Environmental Protection Agency - Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ LD50: Medium letalisdosis - Liều lƣợng chất độc gây chết cho nửa (50%) số cá thể dùng nghiên cứu GC – MS: Gas chromatography–mass spectrometry - Sắc ký khí ghép khối phổ PCB: PolyChlorinated Biphenyl SEM: Scaning electron microscopy - Kính hiển vi điện tử quét TCE: Trichloroethene TEM: Transmission electron microscopy - Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD: Xray diffracsion - Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng 1.1 1.2 Tên bảng Độ dài tới hạn số tính chất vật liệu Các hợp chất gây nhiễm có khả bị xử lý nano Fe0 Trang 10 19 2.1 Danh sách hóa chất sử dụng nghiên cứu 34 2.2 Các số liệu để lập đƣờng chuẩn 46 2.3 Số liệu nồng độ mật độ quang D dãy chuẩn Cl- 47 3.1 3.2 3.3 Kết phân tích thành phần nguyên tố mẫu vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu Kết khảo sát ảnh hƣởng pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu Kết khảo sát ảnh hƣởng yếu tố thời gian đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu 59 60 63 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ Chloroform ban 3.4 đầu đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim 65 Fe/Cu Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu sử 3.5 dụng đến q trình xử lí Chloroform nano lƣỡng 66 kim Fe/Cu 3.6 Kết đo GC – MS mẫu Chloroform đƣợc xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ, đồ thị hình vẽ Trang 1.1 Phân loại theo cấu trúc vật liệu nano 1.2 Đám nano, hạt nano 1.3 Dây nano, ống nano 1.4 Màng mỏng 1.5 Sơ đồ quy trình phƣơng pháp sol-gel 15 1.6 Ứng dụng sắt nano môi trƣờng 18 1.7 1.8 1.9 Mơ hình cấu tạo hạt Fe0 nano phản ứng khử xảy bề mặt hạt Fe0 nano Mơ hình chế khử Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu Cơ chế phản ứng khử hợp chất hữu chứa Clo nano lƣỡng kim Fe/Cu 20 28 29 2.1 Sơ đồ điều chế nano lƣỡng kim Fe/Cu 38 2.2 Giải thích nhiễu xạ tia X theo mơ hình Bragg 39 2.3 Sơ đồ làm việc kính hiển vi điện tử truyền qua 41 2.4 Sơ đồ làm việc kính hiển vi điện tử quét 43 2.5 Quá trình phát quang điện tử 45 2.6 Nguyên tắc phát xạ tia X dùng phổ 45 2.7 Đƣờng chuẩn Cl- 47 3.1 Vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu điều chế 55 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu 56 3.3 3.4 Ảnh nhiễu xạ tia X nano lƣỡng kim Fe/ Cu đƣợc chế tạo Chien-Li Lee & Chih-Ju G Jou Ảnh chụp TEM phân tử nano lƣỡng kim Fe/Cu điều chế 56 57 Ảnh chụp TEM phân tử nano lƣỡng kim Fe/Cu 3.5 May Thant Zin, Josephine Borja, Hirofumi Hinode, 57 Winarto Kurniawan 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 Ảnh chụp SEM phân tử nano lƣỡng kim Fe/Cu điều chế Ảnh chụp SEM phân tử nano lƣỡng kim Fe/Cu đƣợc chế tạo Chien-Li Lee & Chih-Ju G Jou Phổ tán sắc lƣợng tia X vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu Biểu đồ mối quan hệ pH dung dịch hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu Biểu đồ mối quan hệ thời gian hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu Biểu đồ mối quan hệ nồng độ Chloroform hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu Biểu đồ mối quan hệ hàm lƣợng vật liệu hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu Sắc ký đồ biểu thị thành phần mẫu Chloroform chƣa xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu Sắc ký đồ biểu thị thành phần mẫu Chloroform đƣợc xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu 58 58 59 61 64 65 67 69 70 76 Tiếng Anh [24] Agency for Toxic Substances and Disease Registry (1997), Toxicological profile for Chloroform, Altanta, GA, U.S Department of Health and Human Services [25] Bettina Schrick, Jennifer.B, D.J, and T.M (2002), “Hydrodechlorination of Trichloroethylene to Hydrocarbons Using Bimetallic Nickel-Iron Nanoparticles”, Chem Mater, 14, 5140-5147 [26] Cheng, S F., & Wu, S C (2000), “The enhancement methods for the degradation of TCE by zero-valent metals”, Chemosphere, 41, 1263-1270 [27] Chien-Li Lee & Chih-Ju G Jou (2012), “Integrating Suspended Copper/Iron Bimetal Nanoparticles and Microwave Irradiation for Treating Chlorobenzene in Aqueous Solution”, Environment and Pollution, Vol 1, No [28] ESS method 140.4 (April 1993), Chloride – Automated Flow Injection Analysis, Enviromental Sciences Section Inorganic Chemistry Unit [29] Feng He, Dongye Zhao (2005), “Preparation and characterization of a new class of starch-stabilized bimetallic nanoparticles for degradation of chlorinated hydrocarbons in water”, Environmental Science and Technology, Vol 39, No 9, pp 3314–3320, 2005 [30] Hsing-Lung Lien, Wei-xian Zhang (1999) “Transformation of Chlorinated Methanes by Nanoscale Iron Particles”, Journal of Environmental Engineering [31] IPCS (1994a), Chloroform Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety, 174pp (Environmental Health Criterial 163) [32] IPCS (2000), Chloroform Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety (International Chemical Safety Card 0027) 77 [33] Jian Xu Alan, Dozier Dibakar Bhattacharyya (2005), “Synthesis of nanoscale bimetallic particles in polyelectrolyte membrane matrix for reductive transformation of halogenated organic compounds”, J Nanopart Res 7, 449 – 461 [34] Katherine Watlington (2005), “Emerging Nanotechnologies for Site Remediation and Wastewater Treatment”, National Network for Environmental Management Studies Fellow North Carolina State University [35] Leah J Matheson and Paul G Tratnyek (1994), “Reductive dehalogenation of chlorinated methanes by iron metal”, Environ Sci Technol, 28, 20452053 [36] Lien, H L., & Zhang, W X (2001), “Nanoscale iron particles for complete reduction of chlorinated ethenes”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 191, 97-105 [37] May Thant Zin, Josephine Borja, Hirofumi Hinode, Winarto Kurniawar (2013), “Synthesis of Bimetallic Fe/Cu Nanoparticles with different Copper loading ratios”, International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, Vol:7, No:12 [38] “Methods for chemical analysis of water and wastes” (1983), Environmental Monitoring Systems Laboratory (EMSL), Cincinnati, OH, pages 325.2, 1-2 [39] S Mossa Hosseini, B Ataie – Ashtiani, M Kholghi, “Nitrate reduction by nano-Fe/Cu particles in packed column”, Desalination 276, pp 214– 221 [40] Sean M Cook (2009), “Assessing the Use and Application of Zero-Valent Iron Nanoparticle Technology for Remediation at Contaminated Sites”, U.S Environmental Protection Agency [41] Wei-xian Zhang (2003), “Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview”, Journal of Nanoparticle Research, 5: 323–332 78 [42] Xiangyu Wanga, Lan Lea, Pedro J.J Alvarez, Fang Li, Kunqian Liua (2015), “Synthesis and characterization of green agents coated Pd/Fe bimetallic nanoparticles”, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers [43] Xiao-li Xuan, Xiang-Zhong Li, Chuan Wang, Hong Liu (2010), “Effect of key reaction parameters on the reductive dechlorination of chloroform with Pd/Fe bimetal in aqueous solution”, J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng 45(4), 464-70 [44] Y Y Huang, F Liu H D Li (2009), “Degradation of tetrachloromethane and tetrachloroethene by Ni/Fe bimetallic nanoparticles”, Journal of Physics: Conference Series, 188, 012014 [45] Yang-hsin Shih, Chung-yu Hsu, Yuh-fan Su (2011), “Reduction of haxachlorobenzene by nanoscale zero-valent iron: Kinetics, pH effect, and degradation mechanism”, Separation and Purification Technology, 76, 268274 [46] Yuan-Pang Sun, Xiao-lin Li, Jiasheng Cao, Wei-xian Zhang, H.Paul Wang (2006), “Characterization of zero-valent iron nanoparticles”, Advandes in Colloid and Interface Science, 120, 47-56 [47] Zhang, Wang (1997), “Synthesizing Nanoscale Iron Particles for Rapid and Complete Dechlorination of TCE and PCBs”, Environmental Science and Technology, 31(7), 2154–2156 [48] Zhanqiang Fang, Xinhong Qiu, Jinhong Chen, Xiuqi Qiu (2011), “Debromination of polybrominated diphenyl ethers by Ni/Fe bimetallic nanoparticles: Influencing factors, kinetics, and mechanism”, Journal of Hazardous Materials, 185, 958–969 [49] Zhang Wei-hua, Quan Xie, Zhang Zhuo-yong (2006), „„Catalytic reductive dechlorination of p-chlorophenol in water using Ni/Fe nanoscale particles‟‟, Journal of Environmental Sciences, 19, 362–366 PHỤ LỤC Hình PL1 Kết đo GC – MS mẫu Chloroform nước chưa xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu Hình PL2 Kết đo GC – MS mẫu Chloroform nước xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu Hình PL3 Quá trình điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu Hình PL4 Sấy khơ vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Ar Hình PL5 Tương tác từ tính nam châm vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Hình PL6 Xử lý Chloroform nano Fe/Cu Hình PL7 Dung dịch Chloroform sau xử lý chiết n – hexan ... ? ?Nghiên cứu xử lý Chloroform nước nano lưỡng kim loại Fe/ Cu? ?? Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu trình điều chế nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu - Nghiên cứu hiệu xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim loại. .. luận án “? ?Nghiên cứu xử lý Chloroform nước nano lưỡng kim loại Fe/ Cu? ??với nhiệm vụ điều chế vật liệu nano lƣỡng kim Fe/ Cu đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/ Cu 34 CHƢƠNG... nghiệm để thử nghiệm khả xử lý nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu 2.2 Nội dung nghiên cứu - Điều chế nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu - Phân tích đặc tính vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu phƣơng pháp đại nhƣ