Q trình hấp phụ tác nhân gây ơ nhiễm

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1 Ion OMIM.Cl

2.5. Q trình hấp phụ tác nhân gây ơ nhiễm

2.5.1. Hấp phụ kim loại nặng

2.5.1.1. Chuẩn bị dung dịch chứa ion kim loại Chuẩn bị các ion kim loại nặng theo bảng hóa chất

STT Tên Chất

1 CH3COOPb

2 KMnO4

3 CoCl2

4 CuCl2

5 MnCl2

2.5.1.2. Hấp phụ ion kim loại

2.5.1.2.1 tiến hành hấp phụ lần bằng POM-Aliquat@SiO2

Tiến hành pha hóa chất theo bảng ( 0,2g hóa chất và 500ml ) khuấy đến khi dung dịch đồng nhất. lấy 50ml dung dịch thêm vào 0,2g chất hấp phụ khuấy đều 30 phút ở nhiệt độ phòng tiến hành lọc kết tủa và đo AAS các mẫu

stt Hóa chất

1 MnCl2

2 CuCl2

3 CoCl2

2.5.1.2.2 tiến hành hấp phụ lần bằng POM-Aliquat@Fe2O3, POM-OMIM@Fe2O3, Aliquat@Fe2O3,.

Chuẩn bị

Chuẩn bị dung 250ml dung dịch A có nồng độ theo bảng

Bang 4 Nồng độ các kim loại nặng

stt Tên ion kim loại

Chất chứa ion kim loại Nồng độ (ppm)

58

1 Cu2+ 2 Co2+ 3 Mn2+ 4 Pb2+

Lấy 3 mẫu A mỗi mẫu 50ml thêm vào 0,3gram chất hấp từng loại sau đó khuấy đều 30 phút, lấy 25ml mỗi mẫu tiến hành đo AAS thu hồi chất hấp phụ bằng phương pháp từ tính dùng Nam châm để tách

2.5.2. Hấp phụ chất nhuộm màu

Hấp phụ thuốc nhuộm hữu cơ được thực hiện bởi POM- IL trên nền silica

2.5.2.1. Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm xanh methylene (MB)

Cho 0,5g MB vào 1000ml nước cất thu được dung dịch 500ppm MB tiến hành pha lỗng ta thu được bảng giá trị MB. Sau đó tiến hành đo UV-Vis đỉnh hấp phụ ban đầu.

2.5.2.2. Hấp phụ MB bằng POM-IL/SiO2

Thêm 0,2g chất hấp phụ vào 50ml dung dịch khuấy đều 15 phút ở nhiệt độ phòng tiến hành đo lại. Chất hấp 0,2 phụ hòa tan Giá trị 5 Đỉnh hấp 0,876 phụ UV- Vis 59

4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 5

Hình 2. 21 Biểu đồ đương chuẩn MB

2.5.3 Phân hủy thuốc nhuộm bằng phương pháp xúc tác quang

Thử nghiệm của nhóm vào các ngày 23- 27/4 tại tầng 5 trường Đại Học Mỏ Địa chất với 2 mẫu MB cho thấy. khoảng 4 ngày (mỗi ngày 6h phơi nắng ở nhiệt độ 28- 32 độ thì mẫu MB có POM đã phân hủy >99% cịn mẫu MB khơng có xúc tác gần như khơng thay đổi. (khi phơi nắng có sử dụng màng bọc thực phẩm tránh bay hơi)

Hình 2.22 sự thay đổi MB sau 1 ngày phơi nắng tại tầng 5 của trường (ngày 23/4/2021)

2.6 q trình xử lí vi sinh vật

Tiến hành bằng phương pháp MIC.

60

Cho 0,5g POM.OMIM@Fe2 O SiO3. 2 vào 20ml dd nước thêm khuẩn gram với nồng độ 109cfu/ml-1 khuấy đều trong vòng 24 giờ tiến hành kiểm tra lại nồng độ vi khuẩn. Thực hiện đồng thời với 2 lượng vật liệu hấp phụ khác nhau 0,5g và 0,3g.

2.7. Các phương pháp nghiên cứu

2.7.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

Phương pháp SEM:

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thường viết tắt

là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề

mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề

mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thơng qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.

Nguyên lý hoạt động : Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc

tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường...), sau đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng q nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM khơng thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thơng qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:

Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thơng dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.

Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là

chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Ngồi ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược,

giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử). Ngoài

61

ra, điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt mẫu nên có thể đem lại thơng tin về các đơmen sắt điện.

ứng dụng

Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm sử dụng trong công nghiệp, nghiên cứu khoa học nano, nghiên cứu y sinh, vi sinh

Được sử dụng để phân tích hóa học điểm trong Quang phổ tia X phân tán năng lượng.

Được sử dụng trong phân tích các thành phần mỹ phẩm có kích thước rất nhỏ. Được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc sợi của vi sinh vật.

Được sử dụng để nghiên cứu địa hình của các yếu tố được sử dụng trong các ngành công nghiệp

2.7.2 Phương pháp đo phổ FT-IR

Quang phô hông ngoai (goi tăt la quang phô IR) la quang phô đươc thưc hiên ơ vung

hông ngoai cua phô bưc xa điên tư, ánh sáng vung nay co bươc song dai hơn va tân sô thâp hơn so vơi vung anh sang nhin thây. Nhiều kỹ thuât về quang phổ hồng ngoại dựa trên tính chất này, ma hâu hêt dưa trên cơ sơ cua sư hâp thu quang phô.

Cung giông như tât ca cac phương phap quang phô khac, quang phô hông ngoai co thê đươc sư dung trong công tac xac đinh va nghiên cưu cac hơp chât hoa hoc.

Phổ kế hồng ngoại thông dụng hiện nay là loại tự ghi, hoạt động theo nguyên tắc như sau: Chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách ra hai phần, một đi qua mẫu và

một đi qua môi trường đo – tham chiếu (dung môi) rồi được bộ tạo đơn sắc tách thành

từng bức xạ có tần số khác nhau và chuyển đến detector .Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dịng điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại tăng lên nhiều lần trước khi chuyển sang bộ phận tự ghi vẽ lên bản phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra phổ.

Các máy phổ hồng ngoại thế hệ mới

– Phương pháp FT – IR (Fourrier Transformation InfraRed) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Phương pháp này cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng. Có thể đạt dộ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50

62

nm…. Trong các máy này, người ta dùng bộ giao thoa (giao thiết kế) Michelson thay cho bộ tạo đơn sắc.

– Máy quang phổ hồng ngoại gần (FT-NIR) được sử dụng rộng rãi trong phân tích hóa học ướt. Đây là một cơng cụ nhanh và chính xác để phân tích mẫu lỏng, rắn và vật liệu keo mà không làm phá hủy mẫu, tiết kiệm chi phí bằng cách giảm thời gian thực hiện và hóa chất sử dụng.

Ứng dụng:

Các số liệu ghi nhận được từ phổ hồng ngoại cung cấp rất nhiều thông tin về chất nghiên cứu. Dưới đây là một số ứng dụng của phương pháp quang phổ hồng ngoại 1/ Đồng nhất các chất: Từ sự đồng nhất về phổ hồng ngoại của hai mẫu hợp chất có thể kết luận sự đồng nhất về bản chất của hai mẫu hồng ngoại với mức độ chính xác khá cao

2/ Xác định cấu trúc phân tử: Từ tần số của các vân phổ hấp thu cho phép kết luận sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử, nghĩa là số liệu hồng ngoại có thể giúp xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứu.

3/ Nghiên cứu động học phảả̉n ứng: sẽ ghi được trực tiếp đường cong biểu diễn sự thay đổi cường độ hấp thu theo thời gian ở miền phổ đã chọn do sự tạo thành sản phẩm phản ứng hay mất đk tác chất ban đầu

4/ Nhận biết các chất: Hiện nay người ta đã công bố một số tuyển tập phổ hồng ngoại của các chất và các tần số nhóm đặc trưng

5/ Xác định độ tinh khiết: đám phổ riêng biệt của hợp chất không tinh khiết thường độ rõ nét bị giảm, sự xuất hiện thêm các đám phổ sẽ làm “nhoè” phổ. Khi tạp chất có sự hấp thụ mạnh IR mà ở đó thành phần chính khơng hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thuân lợi

6/ Suy đốn về tính đối xứng của phân tử

7/ Phân tích định lượng: Khả năng ứng dụng phổ hồng ngoại như là một ngành của phân tích định lượng phụ thuộc trang thiết bị và trình độ của các phịng thí nghiệm. Ngày nay, sự ra đời của các máy quang phổ hồng ngoại hiện đại, sự tăng tỷ lệ tín hiệu/nhiễu làm cho việc phân tích định lượng càng thêm chính xác và do đó mở rộng được phạm vi phân tích định lượng.

63

2.7.3. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance)

Cộng hưởng từ hạt nhân (viết tắt NMR-Nuclear Magnetic Resonance) là hiện tượng

một hạt nhân nguyên tử nằm trong từ trường hấp thu hoặc phát xạ một bức xạ điện từ. Cộng hưởng từ hạt nhân cũng được xem là một nhóm các phương pháp khoa học áp dụng cộng hưởng từ hạt nhân vào việc nghiên cứu các phân tử.

Mọi hạt nhân chứa một số lẻ các proton hay neutron có một mơmen từ nội tại và mômen động lượng. Các hạt nhân thường được đo nhất là hydro- 1 (đồng vị bắt nhận nhiều nhất phong phú trong tự nhiên) và cacbon-13, mặc dù cũng có thể gặp hạt

nhân từ các đồng vị của nhiều nguyên tố khác (như 15 N,14N 19F, 31P, 17O, 29Si, 10 B, 11B, 23Na, 35Cl, 195Pt).

Cộng hưởng từ hạt nhân được miêu tả lần đầu vào năm 1938 bởi Isidor Rabi,

sau đó được phát triển lên nhờ các thí nghiệm của Stern-Gerlach. Nhờ phát kiến này, Rabi đựoc vinh dự nhận giải Nobel vật lý vào năm 1944. Sau đó, Felix Bloch và Edward Mills Purcell đã đồng nhận giải Nobel vật lý vào năm 1952 nhờ vào việc tìm ra phương pháp ứng dụng NMR cho mẫu chất lỏng và chất rắn. Trước đó, Yevgeny Zavoisky cũng quan sát được hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân vào năm 1941 trước cả Felix Bloch và Edward Mills Purcell nhưng các thí nghiệm của ơng do khơng thể thực nghiệm lại nên không được công nhận.

Rabi, Bloch và Purcell đã nhận thấy các phân tử (1H và 31P) trong một mơi trường từ tính, có thể hấp thụ năng lượng từ tần số radio (radiofrequence) và gây ra hiện tượng cộng hưởng từ.

Sự phát triển của kỹ thuật NMR là dấu mốc quan trọng trong lĩnh vực phân tích hóa học, sinh hóa và đồng thời cho phép sự ra đời của kỹ thuật chụp cộng hưởng từ (MRI) ngày nay.Phổ NMR dựa trên sự ghi lại quá trình cộng hưởng từ sinh ra bởi các

hạt nhân spin khác 0 được kích thích bởi năng lượng của tần số sóng radio RF dưới tác động của từ trường Bo bên ngồi. Q trình này sẽ tạo ra sự khác biệt về trạng thái spin của các hạt nhân và mức năng lượng tương ứng của chúng.

Tần số cộng hưởng (tần số Larmor) tỉ lệ thuận với từ trường :

với là hệ số gyromagnetic (hay magnetogyric).

64

2.7.4 Phương pháp đo AAS

Phương pháp AAS được viết tắt từ phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric). Các nguyên tử ở trạng thái bình thường thì chúng khơng hấp thu hay bức xạ năng lượng nhưng khi chúng ở trạng thái tự do dưới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thu và bức xạ năng lượng. Mỗi nguyên tử chỉ hấp thu những bức xạ nhất định tương ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra trong q trình phát xạ của chúng. Khi nguyên tử nhận năng lượng chúng chuyển lên mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Quá trình đó gọi là q trình hấp thu năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử đó. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử.

Do As và hợp chất của nó có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp nên ta thường chọn hệ thống nguyên tử hóa mẫu bằng phương pháp ngọn lửa đèn khí Ar-H2¬ có nhiệt độ ngun tử hóa mẫu khoảng 3700 độ C, với độ nhạy cao khoảng 0.5 µg/ml, giới hạn phát hiện 0.2 µg/ml, khoảng xác định 1-50 µg/ml.

2.7.5 Phương pháp đo UV-Vis

Quang phổ tử ngoại-nhìn thấy hoặc quang phổ tử ngoại-nhìn thấy ( UV-Vis hoặc UV / Vis ) đề cập đến quang phổ hấp thụ hoặc quang phổ phản xạ trong một phần của tia cực tím và các vùng nhìn thấy đầy đủ, liền kề của phổ điện từ . Điều này có nghĩa là nó sử dụng ánh sáng trong phạm vi nhìn thấy và liền kề. Sự hấp thụ hoặc độ phản xạ trong phạm vi nhìn thấy ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc cảm nhận của các hóa chất liên quan. Trong vùng này của quang phổ, các nguyên tử và phân tử trải qua quá trình chuyển đổi điện tử. Quang phổ hấp thụ bổ sung cho quang phổ huỳnh quang , trong đó huỳnh quang xử lý sự chuyển đổi của các electron từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản , trong khi sự hấp thụ đo lường sự chuyển đổi từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích

Quang phổ UV / Vis thường được sử dụng trong hóa học phân tích để xác định định lượng các chất phân tích khác nhau, chẳng hạn như các ion kim loại chuyển tiếp , các hợp chất hữu cơ liên hợpcao và các đại phân tử sinh học. Phân tích quang phổ

thường được thực hiện trong các dung dịch nhưng chất rắn và chất khí cũng có thể được nghiên cứu

2.7.6

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

65

3.1 kết quảả̉ tổng hợp vật liệu 3.1.1 Kết quảả̉ tổng hợp POM

Hình 3. 1 Kết quả đo FT-IR POM

Phương pháp vật liệu đo FT-IR

Phổ FT-IR trùng với cấu trúc keggin( peak : 967 liên kết W-O 805 liên kết W-O-W 764 liên kết W-O-W đặc trưng của POM và có các đỉnh tương tự trùng với phổ đo của thí nghiệm của các tác giả: Márcio José da Silva1 · Pedro Henrique da Silva

Andrade,Sukarno Olavo Ferreira, ·

Castelo Bandane Vilanculo,·Cesar Macedo Oliveira1 Tổng hợp POM.

Tại peak 1660 có đỉnh liên kết OH chứng tỏ POM có ngậm nước.

3.1.2 Kết quảả̉ Tổng hợp hạt Sắt từ ở các mức nhiệt độ khác nhau