Luận án: Nghiên cứu tính chất hấp thu đá ong ứng dụng phân tích kim loại nặng - Ngô Thị Mai Việt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ THỊ MAI VIỆT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP THU CỦA ĐÁ ONG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH CÁC KIM LOẠI NẶNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI – 2010 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Phần I: MỞ ĐẦU.1 Phần II: NỘI DUNG LUẬN ÁN………………………….…3 Chƣơng 1: TỔNG QUA. Giới thiệu chung về chất hấp phụ. Chất hấp phụ. Cơ sở và ứng dụng……………………….

Giới thiệu một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên. Giới thiệu về vật liệu đá ong…………………………. Giới thiệu một số kim loại nặng…………. Giới thiệu chung……….

Độc tính sinh học của đồng, chì, cadimi, coban và niken…. Một số phƣơng pháp xác định lƣợng vết ion kim loại nặng. Các phương pháp quang phổ………………………. Các phương pháp sắc kí………………………………….

Một số phƣơng pháp tách và làm giàu lƣợng vết ion kim loại nặng. Phương pháp cộng kết…………………………………. Phương pháp chiết lỏng - lỏng………………………………. Phương pháp chiết pha rắn…………………………………….28 Chƣơng 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU….

Mục tiêu nghiên cứu………………………………….…33 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Nội dung nghiên cứu…………………………………. Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………. Phương pháp nghiên cứu thành phần hoá học……………….

Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc………………. Phương pháp nghiên cứu quá trình hấp thu. Các phương pháp nghiên cứu khả năng hấp thu. Hoá chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm.38 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Khảo sát đá ong tự nhiên. Chuẩn bị đá ong. Phân tích thành phần hoá học của đá ong. Các tính chất hoá lý và khả năng hấp thu của đá ong.

Biến tính đá ong tự nhiên thành vật liệu hấp thu. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối: sắt (III) nitrat, natri silicat và natri photpha………………………. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối: sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và đất hiếm xeri…………….

Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính. Nghiên cứu thành phần của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính. Nghiên cứu cấu trúc của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính. Nghiên cứu khả năng hấp thu của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính.

Nghiên cứu khả năng hấp thu hơi nước………. Nghiên cứu khả năng hấp thu xanh – metylen.61 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Nghiên cứu khả năng hấp thu các ion kim loại nặng của vật liệu bằng phương pháp tĩnh…………. Nghiên cứu khả năng hấp thu các ion kim loại nặng của vật liệu M6 theo phương pháp động……….85 PHẦN III : KẾT LUẬN…………………….105 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS: Atomic Absorption Spectrocopy AES: Atomic Emission Spectrocopy BET: Brunaur – Emmetle – Teller EDTA: Ethylene Diamine Tetra Aceticacid F-AAS: Flame Atomic Absorption Spectrocopy GF-AAS: Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrocopy HPLC: High Performance Liquid Chromatography ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrocopy IR: Infrared Spectroscopy PE : Polietilen SEM: Scanning Electron Microscopy SPE: Solid Phase Extraction UV-Vis: Ultraviolet Visble XRD: X-ray Diffration 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Ứng dụng của các chất hấp phụ……………. Dung lượng hấp phụ các ion kim loại của zeolit…. Dung lượng hấp phụ một số ion kim loại trên đất sét. Bảng giới thiệu một số vật liệu pha tĩnh trong SPE….

Thành phần một số nguyên tố trong các mẫu vật liệu…. Kết quả xác định điện tích bề mặt của các vật liệu…. Diện tích bề mặt của vật liệu………. Khả năng hấp phụ hơi nước của đá ong biến tính….

Dung lượng hấp phụ xanh – metylen của các vật liệu. Các điều kiện đo phổ F-AAS xác định Cu, Pb, Cd, Co và Ni. Dung lượng hấp phụ Pb2+ của M1 và M2. Dung lượng hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+ của M3.

Dung lượng hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+ của M4. Dung lượng hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+ của M6. Dung lượng hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+ của M5(0). Giá trị qmax và tỷ số Mi/M0 của các mẫu đá ong biến tính.

Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của M3. Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của M4. Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của M6. Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của M5(0).

Các thông số hấp phụ theo mô hình Freundlich của M3. Các thông số hấp phụ theo mô hình Freundlich của M4…. Các thông số hấp phụ theo mô hình Freundlich của M6…. Các thông số hấp phụ theo mô hình Freundlich của M5(0).

Phương trình Langmuir và phương trình Freundlich của một số vật liệu đá ong biến tính…………………….84 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Hàm lượng của ion Cu2+ trên mỗi phân đoạn thể tích. Hàm lượng của ion Pb2+ trên mỗi phân đoạn thể tích. Hàm lượng của ion Cd2+ trên mỗi phân đoạn thể tích.

Hàm lượng của ion Co2+ trên mỗi phân đoạn thể tích. Hàm lượng của ion Ni2+ trên mỗi phân đoạn thể tích. Dung lượng hấp phụ động của Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+. Dung lượng hấp phụ động thực của Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+.

Kết quả phân tích mẫu giả và hiệu suất thu hồi……. Khả năng tái sử dụng vật liệu lần một……………. Khả năng tái sử dụng vật liệu lần hai. Kết quả xác định mẫu thực sau khi làm giàu bằng SPE.

So sánh hai phương pháp phân tích mẫu thực.…102 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Mặt lớp cắt đá ong tự nhiên……………. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6800, Shimadzu. Bề mặt laterite tự nhiên…………………………….

Bề mặt vật liệu M5(0)………………. Bề mặt vật liệu M4……………………………. Bề mặt vật liệu M6……………………………. Bề mặt vật liệu M8………………………………….

Giản đồ phân tích nhiệt của M5(0), M4 và M6……. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của M0, M4 và M6…. Phổ hồng ngoại của M0 và M5(0)……………………. Phổ hồng ngoại của M0 và M4…………………….

Phổ hồng ngoại của M0 và M6…………………. Đồ thị xác định điện tích bề mặt vật liệu M4……. Đồ thị xác định điện tích bề mặt vật liệu M6……. Đồ thị xác định điện tích bề mặt vật liệu M5(0)….

Đường chuẩn xác định Cu……………………. Đường chuẩn xác định Pb……………………………. Đường chuẩn xác định Cd………………………. Đường chuẩn xác định Co……………………………….

Đường chuẩn xác định Ni……………………………. Phương trình tuyến tính Langmuir của M3…………. Phương trình tuyến tính Langmuir của M4………………. Phương trình tuyến tính Langmuir của M6…………….

Phương trình tuyến tính Langmuir của M5(0)…. Phương trình tuyến tính Freundlich của M3………………80 Hình 3. Phương trình tuyến tính Freundlich của M4………. Phương trình tuyến tính Freundlich của M6….82 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Phương trình tuyến tính Freundlich của M5(0)…………. Quy trình biến tính đá ong thành vật liệu hấp thu M6. Cột chiết pha rắn chế tạo từ M6……………………. Đồ thị giải hấp các ion kim loại ở dạng riêng lẻ………….

Đồ thị giải hấp các ion kim loại ở dạng hỗn hợp……….95 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PHẦN I: MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của sản xuất công nghiệp và nông nghiệp, cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. T heo đó, môi trường đã và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, trong đó có sự ô nhiễm các kim loại nặng. Các kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Co, Hg…) khi xâm nhập vào cơ thể đều gây độc hại cho sức khoẻ con người [4, 15, 34, 50, 62, 78]. Bởi vậy, việc phân tích hàm lượng của chúng trong các đối tượng môi trường, để từ đó đánh giá chất lượng môi trường là việc làm hết sức cần thiết.

Hàm lượng các kim loại nặng có trong nước thường rất nhỏ, khó có thể xác định trực tiếp chúng ngay cả bằng các thiết bị phân tích hiện đại, nên chi phí phân tích rất tốn kém. Vì lẽ đó, cần nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích các kim loại nặng bằng phương pháp làm giàu sử dụng nguồn vật liệu mới đạt hiệu quả cao, đơn giản, dễ thực hiện và đặc biệt phải kinh tế [22]. Bởi vậy, các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học [37, 38, 39, 46, 54, 64, 68, 91]. Đá tổ ong (thường gọi là đá ong, tên tiếng Anh là laterite) là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam và có tính hấp phụ vì: độ xốp tương đối cao, bề mặt riêng lớn, nhưng việc nghiên cứu, ứng dụng và chuyển hoá đá ong thành vật liệu hấp phụ hầu như chưa được nghiên cứu nhiều.

Chính vì vậy, việc chuyển hoá đá ong thành chất hấp phụ có ý nghĩa đặc biệt cả về khoa học và kinh tế, vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu tự nhiên sẵn có, vừa tạo ra được vật liệu có ứng dụng trong phân tích và trong xử lí môi trường. 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Xuất phát từ những ý nghĩa quan trọng đó, chúng tôi đã chọn đề tài luận án là: “Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và khả năng ứng dụng trong phân tích xác định các kim loại nặng”. Mục tiêu của đề tài là: xác định khả năng và các điều kiện tối ưu để chuyển hoá đá ong thành chất hấp thu, có thể sử dụng để làm sạch môi trường và ứng dụng trong phân tích để xác định các kim loại nặng kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PHẦN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT HẤP PHỤ 1. Chất hấp phụ. Cơ sở và ứng dụng [19, 77] Chất hấp phụ (adsorbent) là những chất có bề mặt tiếp xúc lớn, có khả năng hút các chất khí hay chất tan trong pha lỏng lên bề mặt. Khả năng hấp phụ của mỗi chất tuỳ thuộc vào bản chất, điện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH và bản chất của chất tan.

Quá trình tích lũy vật chất lên bề mặt chất hấp phụ gọi là sự hấp phụ. Chất được tích lũy lên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp. Đó là quá trình giải phóng chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ.

Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà có sự hấp phụ vật lý và sự hấp phụ hoá học. + Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực vandecvan giữa các phân tử chất hấp phụ và các phân tử chất bị hấp phụ. Liên kết trong hấp phụ vật lý thường rất yếu và dễ bị phá vỡ.