Luận án tổng hợp vật liệu polyanilin hấp phụ DDT từ đất ô nhiễm - Nguyễn Quang Hợp

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Lê Xuân Quế. Tất cả các xuất bản được công bố chung với cán bộ hướng dẫn khoa học và nhóm nghiên cứu, đã có được sự đồng ý của các đồng tác giả trước khi đưa vào luận án. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố và sử dụng để bảo vệ trong bất cứ một luận án nào khác.

Hà Nội, ngày. năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Quang Hợp i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. Lê Xuân Quế, người thầy đã truyền thụ cho tôi nguồn tri thức cũng như lòng say mê nghiên cứu khoa học, thầy cũng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, các cán bộ phòng Tổ chức Nhân sự - Đào tạo của Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã ủng hộ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong toàn bộ quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Ban Chủ nhiệm khoa Hóa học và các đồng nghiệp trong khoa Hóa học đã động viên, chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện về thời gian, công việc và cơ sở vật chất phòng thí nghiệm cho tôi hoàn thành bản luận án này. Cuối cùng tôi xin cảm ơn toàn thể người thân trong đại gia đình và bạn bè đã luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên và khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả luận án Nguyễn Quang Hợp ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Hiện trạng ô nhiễm hóa chất BVTV hữu cơ khó phân hủy.

Khái niệm tổng quan về chất hữu cơ khó phân hủy. Hóa chất BVTV hữu cơ khó phân hủy DDT. Hiện trạng ô nhiễm một số hóa chất BVTV. Một số phương pháp xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

Các phương pháp cơ, hóa lý. Phương pháp chôn lấp, cô lập. Phương pháp đốt có xúc tác. Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng.

Phân hủy bằng tia cực tím hoặc bằng ánh sáng mặt trời. Phá hủy bằng plasma. Phân hủy sinh học. Công nghệ Daramend®.

Công nghệ rửa đất ô nhiễm (soil washing). Polyme dẫn điện polyanilin và ứng dụng. Polyme dẫn điện. Lịch sử phát triển của polyme dẫn điện.

Phân loại polyme dẫn điện. Đặc điểm dẫn điện của polyme dẫn. Ứng dụng của polyme dẫn điện. Tổng hợp và tính chất polyme dẫn điện polyanilin.

Cấu trúc và màu sắc của polyanilin. Tính chất dẫn điện của polyanilin. Phương pháp tổng hợp polyanilin. Quá trình pha tạp (doping) polyanilin.

Một số vật liệu polyme dẫn điện gốc PANi pha tạp. Tổng quan về xơ dừa và mùn cưa. Xơ dừa và các ứng dụng trong xử lý môi trường. Mùn cưa và các ứng dụng trong xử lý môi trường.

Phương pháp hấp phụ. Các khái niệm cơ bản. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich. Định hướng nghiên cứu chính của luận án. Định hướng biện pháp xử lý đất ô nhiễm hóa chất BVTV. Vật liệu và phương pháp xử lý hấp phụ DDT.

Kết luận chung. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Thiết bị và hóa chất. Thiết bị nghiên cứu.

Hóa chất, dụng cụ và vật liệu. Đối tượng nghiên cứu. Dụng cụ thí nghiệm. Lấy mẫu đất nghiên cứu.

Nguyên tắc lấy mẫu đất ô nhiễm. Tiến hành lấy mẫu đất nghiên cứu. Tách chiết hóa chất BVTV từ đất ô nhiễm. Pha hệ dung môi tách chiết.

Chuẩn bị mẫu đất và hệ chiết. Tách chiết với dung môi QH1. Tách chiết với dung môi QH2. Tách chiết với dung môi QH3.

Tổng hợp vật liệu gốc PANi trên chất mang xơ dừa và mùn cưa. Tổng hợp vật liệu gốc PANi bằng phương pháp hóa học. Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ xơ dừa bằng phương pháp hóa học. Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa bằng phương pháp hóa học.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ DDT của các vật liệu gốc PANi. Khả năng hấp phụ của các vật liệu gốc PANi. Ảnh hưởng các tỉ lệ về khối lượng của ANi với xơ dừa và mùn cưa. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ.

Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ gốc PANi. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp chiết rửa đất.

Phương pháp nghiên cứu vật liệu gốc PANi. Hiệu suất tổng hợp các vật liệu gốc PANi. Phổ hồng ngoại (IR). Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM).

Phương pháp sắc ký khí khối phổ (GCMS). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Tách chiết hóa chất BVTV từ đất ô nhiễm. Hàm lượng các hóa chất BVTV tách chiết được từ đất.

Tách chiết với hệ dung môi QH1. Tách chiết với hệ dung môi QH2. Tách chiết với hệ dung môi QH3. So sánh khả năng tách chiết của các dung môi.

Hợp chất DDE. Hợp chất DDD. Hợp chất DDT. Tổng khối lượng của các hợp chất DDT.

So sánh tỉ lệ khối lượng các hợp chất DDT tách chiết được. Hệ dung môi QH1. Hệ dung môi QH2. Hệ dung môi QH3.

Tổng hợp vật liệu gốc polyanilin (PANi). Tổng hợp vật liệu hấp phụ gốc polyanilin. Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi. Kết quả phân tích vật liệu bằng phổ hồng ngoại.

Kết quả phân tích vật liệu bằng ảnh hiển vi điện tử quét. Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ xơ dừa. Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi/ xơ dừa. Kết quả phân tích vật liệu bằng phổ hồng ngoại.

Kết quả phân tích vật liệu bằng ảnh hiển vi điện tử quét. Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa. Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa. Kết quả phân tích vật liệu bằng phổ hồng ngoại.

Kết quả phân tích vật liệu bằng ảnh hiển vi điện tử quét. Khảo sát khả năng hấp phụ DDT của các vật liệu gốc PANi. Ảnh hưởng của bản chất vật liệu gốc PANi. Khả năng hấp phụ vật liệu gốc PANi/ xơ dừa.

Khả năng hấp phụ vật liệu gốc PANi/ mùn cưa. Ảnh hưởng của tỉ lệ monome ANi với xơ dừa và mùn cưa ban đầu. Ảnh hưởng tỉ lệ ban đầu của monome anilin với xơ dừa. Ảnh hưởng của tỉ lệ monome anilin với mùn cưa.

Ảnh hưởng của thời gian. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt.

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Đối với hợp chất p,p’-DDE. Đối với hợp chất o,p’-DDD. Đối với hợp chất p,p’-DDD.

Đối với hợp chất o,p’-DDT. Đối với hợp chất p,p’-DDT. Đối với các hợp chất DDT tổng. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich.

Định hướng tiếp theo xử lý phân hủy các hợp chất DDT. 126 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN. 128 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO .144 vii BẢNG GIẢI THÍCH CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BVTV Bảo vệ thực vật PANi Polyaniline Polyanilin PA ANi Aniline Anilin POP Persistent Organic Pollutant Hợp chất hữu cơ khó phân hủy PCB Polychlorinated biphenyl Liều lượng gây độc cho 50% LD50 Lethal Dose số cá thể loài được điều trị Field Emission - Scanning Electron Kính hiển vi điện tử trường FE-SEM Microscope phát xạ độ phân giải cao IR Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại DDT Dichloro diphenyl trichloroethane Diclor diphenyl triclorethan DDD Dichloro diphenyl dichloroethane Diclor diphenyl diclorethan DDE Dichloro diphenyl dichloroethylene Diclor diphenyl diclorethylen UV Ultraviolet Tia tử ngoại GCMS Gas Chromatography Mass Sắc ký khí khối phổ Spectrometry GC Gas Chromatography Sắc ký khí MS Mass Spectrometry Khối phổ GPC Gel Permeation Chromatography Sắc ký gel thấm WE Working Electrode Điện cực làm việc TAPPI Technical Association of the Pulp Hiệp hội kỹ thuật Công nghiệp and Paper Industry Giấy và Bột giấy MC Mùn cưa XD Xơ dừa viii THT Than hoạt tính PeCB Pentachlorobenzene Pentaclorbenzen QH1 Các hệ dung môi hữu cơ được sử dụng QH2 để tách chiết các hợp chất DDT, DDD, DDE từ đất bị ô nhiễm QH3 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.

Đặc tính cơ bản của DDT, DDD và DDE [14]. Một số dạng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [98, 99]. Mối tương quan của RL và dạng mô hình [101]. Pha loãng các hệ dung môi QH với nước tạo dung môi chiết.

Các vật liệu gốc PANi đã tổng hợp và kí hiệu. Các vật liệu và kí hiệu được sử dụng để hấp phụ DDT. Các vật liệu PANi/ xơ dừa và PANi/ mùn cưa. Các vật liệu hấp phụ được sử dụng để so sánh.

Hàm lượng DDT tổng trong các lần chiết của QH2 (mg). Hàm lượng DDT tổng trong các lần chiết của QH3 (mg). Khối lượng và tỉ lệ % các hợp chất có trong 100 gam đất. Kết quả phân tích và quy kết các vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại của PANi.

Hiệu suất tổng hợp các vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa. Kết quả phân tích và quy kết các vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại của xơ dừa và PANi/ xơ dừa. Hiệu suất tổng hợp các vật liệu gốc PANi/ mùn cưa. Kết quả phân tích và quy kết các vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại của mùn cưa và PANi/ mùn cưa.

Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa đối với p,p’-DDE. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa đối với o,p’-DDD. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa đối với hợp chất p,p’-DDD. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa đối với o,p’-DDT.

Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa đối với p,p’-DDT. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp PANi/ xơ dừa đối với các hợp chất DDT tổng. Các giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Langmuir .