ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HỒNG CHÂU KHẢO SÁT XỬ LÝ 1-NAPHTHOL BẰNG HUMIN VÀ BACILLUS SUBTILIS CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ MÃ SỐ: 60 44 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Nguyễn ðức Lượng 2. TS. Hoàng ðông Nam THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2012 MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH ii DANH MỤC BẢNG iv MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1 THAN BÙN VÀ HUMIN 4 1.1.1 Than bùn 4 1.1.2 Humin 6 1.1.3 Một số phƣơng pháp xử lý humin thô 8 1.1.3.1 Phƣơng pháp base (phƣơng pháp kiềm chảy) 8 1.1.3.2 Phƣơng pháp acid 8 1.1.3.3 Ứng dụng của humin 9 1.2 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC 10 1.2.1 Giới thiệu 10 1.2.2 Quá trình sinh hoá trong xử lý nƣớc thải 10 1.2.3 Sự sinh trƣởng của vi sinh vật 11 1.2.4 Kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật 12 1.2.4.1 Kỹ thuật cố định tế bào trên chất mang rắn 13 1.2.4.2 Kỹ thuật nhốt tế bào trong cấu trúc gel 14 1.2.4.3 Kỹ thuật kết bông tế bào 15 1.2.4.4 Yêu cầu đối với chất cố định 15 1.2.5 Giới thiệu về Bacillus subtilis 15 1.2.5.1 Đặc điểm hình thái 16 1.2.5.2 Đặc tính sinh trƣởng 16 1.2.5.3 Ứng dụng của Bacillus subtilis 17 1.3 TỔNG QUAN VỀ 1-NAPHTHOL 18 1.3.1 Giới thiệu về 1-naphthol 18 1.3.2 Tính chất vật lý 18 1.3.3 Tính chất hóa học 19 1.3.4 Độc tính 19 1.3.5 Nguồn phát sinh 1-naphthol 20 1.4 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ 1-NAPHTHOL 20 1.5 PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ PHÂN TÍCH 22 1.5.1 Phƣơng pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 22 1.5.1.1 Phân loại sắc ký 22 1.5.1.2 Hệ thống thiết bị HPLC 24 1.5.1.3 Ứng dụng của phƣơng pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao 24 1.5.2 Phƣơng pháp phân tích quang phổ hấp thu UV-VIS (phổ kích thích electron) 26 1.5.2.1 Nguyên tắc 26 1.5.2.2 Máy đo phổ hấp thu UV-VIS và nguyên lý hoạt động 26 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 28 2.1.1 Giống vi sinh vật 28 2.1.2 Nguyên liệu 28 2.1.3 Hoá chất 28 2.1.4 Môi trƣờng dinh dƣỡng nuôi cấy vi sinh 28 2.1.4.1 Môi trƣờng nhân giống (MT1) [1] 28 2.1.4.2 Môi trƣờng xử lý (MT2) [1] 29 2.1.4.3 Môi trƣờng cấy chuyền và trải đĩa 29 2.2 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 30 2.2.1 Thí nghiệm 1: Phân lập humin và khảo sát mẫu humin 31 2.2.1.1 Phân lập humin 31 2.2.1.2 Phổ IR của humin 32 2.2.1.3 Cấu trúc bề mặt của humin 32 2.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát phổ hấp thu UV-VIS của 1-naphthol 32 2.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát sắc ký đồ HPLC của dung dịch 1-naphthol và các yếu tố ảnh hƣởng 32 2.2.3.1 Thí nghiệm 3a: Khảo sát sắc ký đồ HPLC của dung dịch 1-naphthol 33 2.2.3.2 Thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hƣởng của các loại nƣớc lọc dùng để pha loãng dung dịch 1-naphthol dùng trong phân tích định lƣợng HPLC 33 2.2.3.3 Thí nghiệm 3c: Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến sắc ký đồ HPLC của 1-naphthol 33 2.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát quá trình tăng sinh khối theo thời gian của chủng Bacillus subtilis 34 2.2.4.1 Cấy giống và bảo quản giống 34 2.2.4.2 Giai đoạn nhân giống 34 2.2.4.3 Khảo sát quá trình tăng sinh khối theo thời gian của chủng Bacillus subtilis 34 2.2.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát khả năng xử lý 1-naphthol của các phƣơng pháp khác nhau 35 2.2.5.1 Tạo chế phẩm vi sinh cố định trên humin 35 2.2.5.2 So sánh khả năng xử lý 1-naphthol bằng vi sinh cố định trên humin với các phƣơng pháp khác 36 2.2.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng xử lý 1-naphthol bằng chế phẩm vi sinh cố định trên humin 37 2.2.6.1 Thí nghiệm 6a: Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng humin sử dụng trong giai đoạn tạo chế phẩm vi sinh cố định đến khả năng xử lý 1-naphthol 37 2.2.6.2 Thí nghiệm 6b: Khảo sát ảnh hƣởng của pH môi trƣờng đến khả năng xử lý 1-naphthol bằng chế phẩm vi sinh cố định trên humin 38 2.2.6.3 Thí nghiệm 6c: Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ 1-naphthol ban đầu đến khả năng xử lý 1-naphthol bằng chế phẩm vi sinh cố định trên humin 39 2.2.7 Thí nghiệm 7: Khảo sát khả năng thích nghi của vi sinh cố định trên humin đối với dung dịch 1-naphthol nồng độ cao 39 2.2.8 Thí nghiệm 8: Khảo sát khả năng tái sử dụng chế phẩm vi sinh cố định trên humin 40 2.2.9 Thí nghiệm 9: Khảo sát khả năng tái sử dụng humin để tạo chế phẩm cố định mới 40 2.3 PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 41 2.3.1 Xác định mật độ tế bào 41 2.3.2 Phân tích định lƣợng 1-naphthol 41 2.3.3 Tính toán hiệu suất xử lý 1-naphthol 41 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 42 3.1 PHÂN LẬP HUMIN VÀ KHẢO SÁT MẪU HUMIN 42 3.1.1 Phân lập humin 42 3.1.2 Phổ IR của humin 42 3.1.3 Cấu trúc bề mặt của humin 43 3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 2: PHỔ UV-VIS CỦA 1-NAPHTHOL 43 3.3 KHẢO SÁT SẮC KÝ ĐỒ HPLC CỦA 1-NAPHTHOL VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG 44 3.3.1 Kết quả thí nghiệm 3a: Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn 1-naphthol và đƣờng chuẩn của dung dịch 1-naphthol 44 3.3.2 Kết quả thí nghiệm 3b: Khảo sát ảnh hƣởng của các loại nƣớc lọc lên sắc ký đồ của 1-naphthol 46 3.3.3 Kết quả thí nghiệm 3c: Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến sắc ký đồ của dung dịch 1-naphthol 48 3.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TĂNG SINH KHỐI THEO THỜI GIAN CỦA CHỦNG BACILLUS SUBTILIS 49 3.5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 5: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ 1-NAPHTHOL BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP KHÁC NHAU 52 3.6 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ 1-NAPHTHOL BẰNG CHẾ PHẨM VI SINH CỐ ĐỊNH TRÊN HUMIN 54 3.6.1 Kết quả thí nghiệm 6a: Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng humin trong quá trình tạo chế phẩm vi sinh cố định đến khả năng xử lý 1-naphthol 54 3.6.2 Kết quả thí nghiệm 6b: Khảo sát ảnh hƣởng của pH môi trƣờng đến khả năng xử lý 1-naphthol bằng chế phẩm vi sinh cố định trên humin 57 3.6.3 Kết quả thí nghiệm 6c: Ảnh hƣởng của nồng độ 1-naphthol ban đầu đến khả năng xử lý của chế phẩm vi sinh cố định trên humin 60 3.7 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 7: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG THÍCH NGHI CỦA CHẾ PHẨM VI SINH CỐ ĐỊNH TRÊN HUMIN ĐỐI VỚI 1-NAPHTHOL 64 3.8 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 8: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH CỐ ĐỊNH TRÊN HUMIN 66 3.9 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 9: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HUMIN ĐỂ TẠO CHẾ PHẨM CỐ ĐỊNH MỚI 68 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 4.1 KẾT LUẬN 70 4.2 KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 77 i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT HPLC (High Performance Liquid Chromatography): phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao. B. sub : vi khuẩn Bacillus subtilis. ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ tách các hợp chất humic từ than bùn. 5 Hình 1.2. Cấu trúc của acid fulvic 5 Hình 1.3. Cấu trúc của acid humic 5 Hình 1.4. Kết quả chụp phổ XRD của humin. 6 Hình 1.5. Kết quả chụp phổ IR của humin. 7 Hình 1.6. Các nhóm chức trong humin. 8 Hình 1.7. Đƣờng cong sinh trƣởng của vi sinh vật. 12 Hình 1.8. Các phƣơng pháp cố định tế bào 13 Hình 1.9. Hình thái của Bacillus subtilis. 16 Hình 1.10. Đƣờng cong sinh trƣởng của Bacillus subtilis 17 Hình 1.11. Hệ thống thiết bị phân tích HPLC 24 Hình 1.12. Cấu tạo máy đo phổ hấp thu UV-VIS 26 Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu chung. 30 Hình 2.2. Sơ đồ phân lập humin 31 Hình 2.3. Sơ đồ khảo sát sắc ký đồ HPLC của 1-naphthol và các yếu tố ảnh hƣởng. 32 Hình 2.4. Sơ đồ khảo sát quá trình tăng sinh khối theo thời gian của Bacillus subtilis. 35 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý 1-naphthol bằng các phƣơng pháp khác nhau. 36 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng humin trong quá trình tạo chế phẩm cố định đến khả năng xử lý 1-naphthol. 38 Hình 3.1. Kết quả phổ IR của humin. 42 Hình 3.2. Hình SEM của humin. 43 Hình 3.3. Phổ hấp thu UV-VIS của dung dịch 1-naphthol. 44 Hình 3.4. Đƣờng chuẩn dung dịch 1-naphthol. 45 Hình 3.5. Sắc ký đồ của dung dịch chuẩn 1-naphthol ở các nồng độ khác nhau. 46 iii Hình 3.6abc: Ảnh hƣởng của các loại nƣớc lọc đến sắc ký đồ của 1-naphthol. 47 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của pH đến sắc ký đồ của 1-naphthol. 49 Hình 3.8. Đƣờng chuẩn giữa OD và mật độ tế bào vi sinh. 50 Hình 3.9. Đƣờng cong sinh trƣởng của Bacillus subtilis. 51 Hình 3.10. Xử lý 1-naphthol bằng các phƣơng pháp khác nhau. 53 Hình 3.11. Hiệu suất xử lý 1-naphthol bằng các phƣơng pháp khác nhau. 53 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng humin đến khả năng xử lý 1-naphthol. 56 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng humin đến hiệu suất xử lý 1-naphthol. 56 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng xử lý 1-naphthol. 59 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý 1-naphthol. 59 Hình 3.16. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch 1-naphthol ban đầu. 62 Hình 3.17. Hiệu suất xử lý 1-naphthol ở các nồng độ khác nhau. 63 Hình 3.18. Khả năng thích nghi với dung dịch 1-naphthol nồng độ cao. 65 Hình 3.19. Hiệu suất xử lý 1-naphthol nồng độ cao của chế phẩm vi sinh cố định trƣớc và sau giai đoạn thích nghi. 65 Hình 3.20. Khả năng tái sử dụng của chế phẩm vi sinh cố định trên humin. 67 Hình 3.21. Khả năng tái sử dụng humin. 69 Hình 3.22. Hiệu suất xử lý 1-naphthol bằng chế phẩm vi sinh cố định trên humin mới và trên humin tái sử dụng. 69 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Độ độc của 1-naphthol với các loài sinh vật 20 Bảng 3.1. Đƣờng chuẩn của dung dịch 1-naphthol. 45 Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của các loại nƣớc lọc đến sắc ký đồ của 1-naphthol. 47 Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của pH đến sắc ký đồ của dung dịch 1-naphthol. 49 Bảng 3.4. Mật độ tế bào và giá trị OD tƣơng ứng của Bacillus subtilis. 50 Bảng 3.5. Giá trị đƣờng cong sinh trƣởng của Bacillus subtilis theo thời gian. 51 Bảng 3.6. Hàm lƣợng 1-naphthol còn lại trong dung dịch (tính theo diện tích peak) sau khi xử lý bằng các phƣơng pháp khác nhau. 52 Bảng 3.7. Hiệu suất (H%) xử lý 1-naphthol bằng các phƣơng pháp khác nhau. 52 Bảng 3.8. Hàm lƣợng 1-naphthol còn lại trong dung dịch (tính theo diện tích peak) khi sử dụng các hàm lƣợng humin khác nhau. 55 Bảng 3.9. Hiệu suất (H%) xử lý 1-naphthol khi sử dụng các hàm lƣợng humin khác nhau. 55 Bảng 3.10. Hàm lƣợng 1-naphthol còn lại trong dung dịch (tính theo diện tích peak) khi xử lý ở các pH khác nhau. 58 Bảng 3.11. Hiệu suất (H %) xử lý ở các pH khác nhau. 58 Bảng 3.12. Xử lý 1-naphthol ở các nồng độ khác nhau. 61 Bảng 3.13. Khả năng thích nghi của chế phẩm vi sinh cố định đối với dung dịch 1-naphthol nồng độ cao. 64 Bảng 3.14. Khả năng tái sử dụng chế phẩm vi sinh cố định trên humin. 67 Bảng 3.15. Khả năng tái sử dụng humin. 68 [...]... gian của chủng Bacillus 3) Cố định Bacillus subtilis lên giá thể humin 4) Khảo sát phổ hấp thu UV-VIS của 1- naphthol 5) Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sắc ký đồ HPLC của dung dịch subtilis 1- naphthol (pH của môi trƣờng và các loại nƣớc lọc dùng để pha loãng dung dịch 1- naphthol) 6) So sánh khả năng xử lý 1- naphthol bằng Bacillus subtilis cố định trên humin, Bacillus subtilis tự do, humin tự do; nhằm... CỨU VỀ XỬ LÝ 1- NAPHTHOL Đã có khá nhiều phƣơng pháp xử lý 1- naphthol đƣợc nghiên cứu trong những năm gần đây, nhƣ nghiên cứu của Chockalingam Karunakaran và cộng sự đã khảo sát hiệu suất xử lý 1- naphthol bằng phƣơng pháp xúc tác quang hoá trên bề mặt TiO2, ZnO [14 ]; nghiên cứu của Nguyễn Tuấn Lợi (2 010 ) xử lý 1- naphthol bằng phƣơng pháp oxi hoá nâng cao sử dụng O3 Hiệu suất phân huỷ 1- naphthol bằng phƣơng... humin tự do; nhằm đánh giá tiềm năng xử lý 1- naphthol bằng vi sinh cố định trên humin 7) Tối ƣu hoá các điều kiện xử lý 1- naphthol bằng vi sinh cố định trên 8) Khảo sát khả năng thích nghi của vi sinh cố định trên humin đối với humin dung dịch 1- naphthol nồng độ cao 9) Khảo sát số lần tái sử dụng chế phẩm vi sinh cố định trên humin 10 ) Khảo sát khả năng tái sử dụng humin để tạo chế phẩm cố định mới 3... giá chính xác hiệu quả xử lý 1- naphthol bằng Bacillus subtils cố định trên humin, đồng thời tìm điều kiện tối ƣu cho quá trình xử lý 1- naphthol bằng Bacillus subtils cố định trên humin Cho tới thời điểm thực hiện luận văn của chúng tôi, chƣa có nghiên cứu nào xây dựng điều kiện tối ƣu cho quá trình xử lý 1- naphthol bằng vi sinh cố định trên humin, chƣa có nghiên cứu nào khảo sát số lần tái sử dụng... khảo sát [5] Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng phƣơng pháp oxi hoá nâng cao tỏ ra có hiệu quả khi xử lý dung dịch 1- naphthol nồng độ thấp (dƣới 20 ppm), nhƣng khi xử lý 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ HỒNG CHÂU dung dịch 1- naphthol nồng độ cao, phƣơng pháp này rất tốn kém và sau quá trình xử lý 1- naphthol, phải tiến hành xử lý lƣợng O3 còn dƣ trong dung dịch Với mong muốn tìm phƣơng pháp xử lý 1- naphthol. .. nếu sử dụng tế bào Bacillus subtils tự do trong các thiết bị xử lý nƣớc thải sẽ xảy ra hiện tƣợng các tế bào tự do bị rửa trôi khỏi hệ thống xử lý Để khắc phục nhƣợc điểm đó, tác giả Phan Thị Thu Dung đã tiến hành cố định tế bào Bacillus subtils lên humin và bƣớc đầu khảo sát so sánh khả năng xử lý 1- naphthol bằng Bacillus subtils tự do, bằng Bacillus subtils cố định trên humin, bằng humin tự do Tuy nhiên,... bề mặt hấp phụ lớn…) [27], chúng tôi lựa chọn humin làm vật liệu cố định vi sinh trong quá trình xử lý 1- naphthol Xuất phát từ các vấn đề trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: Khảo sát vai trò của humin trong xử lý 1- naphthol bằng vi sinh” nhằm tìm khả năng kết hợp humin và vi sinh vật để xử lý 1- naphthol với những nội dung nghiên cứu nhƣ sau: 1) Phân lập humin từ bã thải than bùn của nhà máy phân bón... 1- naphthol hiệu quả và kinh tế, nhiều nghiên cứu trong nƣớc đã bƣớc đầu tiến hành khảo sát khả năng xử lý 1- naphthol sử dụng các nguyên vật liệu rẻ tiền, nhƣ nghiên cứu của Nguyễn Hoàng Hạ (2 010 ) sử dụng chiết xuất humin từ bã than bùn để xử lý 1- naphthol Kết quả đƣợc ghi nhận khi pH giảm, dung lƣợng hấp phụ 1- naphthol lên humin tăng, quá trình hấp phụ 1- naphthol lên humin là quá trình hấp phụ vật lý Dung lƣợng... subtilis có khả năng thích nghi tốt với môi trƣờng có bổ sung 1- naphthol và có thể phân huỷ đƣợc 1- naphthol (quá trình loại bỏ 1- naphthol trong dung dịch có nồng độ 80 ppm sau 74 giờ xử lý bằng Bacillus subtilis đạt hiệu suất trên 80%) [1] Quá trình nuôi cấy Bacillus subtils đơn giản, ít tốn kém Bacillus subtilis lại sinh sản nhanh Phƣơng pháp xử lý bằng vi sinh vật đƣợc sử dụng trong nghiên cứu của Phan... tuyến giáp [17 ] Ngoài ra, 1- naphthol có thể tích tụ trong các mô và gây nên các khối u ở đại trực tràng [16 ] Độc tính của 1- naphthol còn thể hiện gián tiếp qua chất chuyển hoá của nó là 1, 2 hoặc 1, 4-naphthoquinone [ 21]  Đối với sinh vật và môi trường: 1- naphthol ảnh hƣởng xấu đến cá, giun đất và động vật có vú với liều lƣợng nhất định Bảng 1. 1 Độ độc của 1- naphthol với các loài sinh vật [5], [19 ] Giun . NGHIỆM 5: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ 1-NAPHTHOL BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP KHÁC NHAU 52 3.6 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ 1-NAPHTHOL BẰNG CHẾ PHẨM VI SINH CỐ ĐỊNH TRÊN HUMIN 54 3.6.1. năng xử lý 1-naphthol bằng vi sinh cố định trên humin. 7) Tối ƣu hoá các điều kiện xử lý 1-naphthol bằng vi sinh cố định trên humin. 8) Khảo sát khả năng thích nghi của vi sinh cố định trên humin. trình xử lý 1-naphthol. Xuất phát từ các vấn đề trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: Khảo sát vai trò của humin trong xử lý 1-naphthol bằng vi sinh” nhằm tìm khả năng kết hợp humin và vi