Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên cơ sở gốc polyanilin định hướng hấp phụ DDT chiết tách từ đất ô nhiễm (Luận án tiến sĩ)
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi hướng dẫn PGS TS Lê Xuân Quế Tất xuất công bố chung với cán hướng dẫn khoa học nhóm nghiên cứu, có đồng ý đồng tác giả trước đưa vào luận án Các số liệu, kết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận án khác Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Quang Hợp i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Lê Xuân Quế, người thầy truyền thụ cho nguồn tri thức lòng say mê nghiên cứu khoa học, thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành đề tài luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam, cán phòng Tổ chức Nhân - Đào tạo Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam ủng hộ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tồn q trình thực 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 đồng nghiệp khoa Hóa học động viên, chia sẻ khó khăn, tạo điều kiện thời gian, công việc sở vật chất phòng thí nghiệm cho tơi hồn thành luận án Cuối xin cảm ơn tồn thể người thân đại gia đình bạn bè quan tâm, giúp đỡ, động viên khích lệ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tác giả luận án Nguyễn Quang Hợp ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng ô nhiễm hóa chất BVTV hữu khó phân hủy 1.1.1 Khái niệm tổng quan chất hữu khó phân hủy 1.1.2 Hóa chất BVTV hữu khó phân hủy DDT 1.1.3 Hiện trạng ô nhiễm số hóa chất BVTV 1.1.4 Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu khó phân hủy 10 1.1.4.1 Các phương pháp cơ, hóa lý 10 1.1.4.2 Phương pháp chôn lấp, cô lập 11 1.1.4.3 Phương pháp đốt có xúc tác 11 1.1.4.4 Phương pháp phân hủy kiềm nóng 12 1.1.4.5 Phân hủy tia cực tím ánh sáng mặt trời 12 1.1.4.6 Phá hủy plasma 12 1.1.4.7 Phân hủy sinh học 13 1.1.4.8 Cơng nghệ Daramend® 14 1.1.4.9 Công nghệ rửa đất ô nhiễm (soil washing) 15 1.2 Polyme dẫn điện polyanilin ứng dụng 16 1.2.1 Polyme dẫn điện 16 1.2.1.1 Lịch sử phát triển polyme dẫn điện 16 1.2.1.2 Phân loại polyme dẫn điện 17 1.2.1.3 Đặc điểm dẫn điện polyme dẫn 19 1.2.1.4 Ứng dụng polyme dẫn điện 20 1.2.2 Tổng hợp tính chất polyme dẫn điện polyanilin 21 1.2.2.1 Cấu trúc màu sắc polyanilin 21 1.2.2.2 Tính chất dẫn điện polyanilin 22 1.2.2.3 Phương pháp tổng hợp polyanilin 23 1.2.2.4 Quá trình pha tạp (doping) polyanilin 25 iii 1.2.2.5 Một số vật liệu polyme dẫn điện gốc PANi pha tạp 26 1.3 Tổng quan xơ dừa mùn cưa 28 1.3.1 Xơ dừa ứng dụng xử lý môi trường 28 1.3.2 Mùn cưa ứng dụng xử lý môi trường 28 1.4 Phương pháp hấp phụ 29 1.4.1 Các khái niệm 29 1.4.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 30 1.4.2.1 Khái niệm 30 1.4.2.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 32 1.4.2.3 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 35 1.5 Định hướng nghiên cứu luận án 36 1.5.1 Định hướng biện pháp xử lý đất ô nhiễm hóa chất BVTV 36 1.5.2 Vật liệu phương pháp xử lý hấp phụ DDT 37 1.5.3 Kết luận chung 38 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Thiết bị hóa chất 40 2.1.1 Thiết bị nghiên cứu 40 2.1.2 Hóa chất, dụng cụ vật liệu 40 2.1.2.1 Hóa chất 40 2.1.2.2 Đối tượng nghiên cứu 41 2.1.2.3 Dụng cụ thí nghiệm 41 2.2 Thực nghiệm 41 2.2.1 Lấy mẫu đất nghiên cứu 41 2.2.1.1 Nguyên tắc lấy mẫu đất ô nhiễm 41 2.2.1.2 Tiến hành lấy mẫu đất nghiên cứu 42 2.2.2 Tách chiết hóa chất BVTV từ đất ô nhiễm 43 2.2.2.1 Pha hệ dung môi tách chiết 43 2.2.2.2 Chuẩn bị mẫu đất hệ chiết 45 2.2.2.3 Tách chiết với dung môi QH1 46 2.2.2.4 Tách chiết với dung môi QH2 47 iv 2.2.2.5 Tách chiết với dung môi QH3 47 2.2.3 Tổng hợp vật liệu gốc PANi chất mang xơ dừa mùn cưa 48 2.2.3.1 Tổng hợp vật liệu gốc PANi phương pháp hóa học 48 2.2.3.2 Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ xơ dừa phương pháp hóa học 48 2.2.3.3 Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa phương pháp hóa học 49 2.2.4 Nghiên cứu khả hấp phụ DDT vật liệu gốc PANi 50 2.2.4.1 Khả hấp phụ vật liệu gốc PANi 51 2.2.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng ANi với xơ dừa mùn cưa 52 2.2.4.3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ 53 2.2.4.4 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ gốc PANi 54 2.2.4.5 Ảnh hưởng nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu 54 2.3 Phương pháp nghiên cứu 54 2.3.1 Phương pháp chiết rửa đất 54 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu vật liệu gốc PANi 55 2.3.2.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi 55 2.3.2.2 Phổ hồng ngoại (IR) 55 2.3.3.3 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 56 2.3.4 Phương pháp sắc ký khí khối phổ (GCMS) 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59 3.1 Tách chiết hóa chất BVTV từ đất nhiễm 59 3.1.1 Hàm lượng hóa chất BVTV tách chiết từ đất 59 3.1.1.1 Tách chiết với hệ dung môi QH1 59 3.1.1.2 Tách chiết với hệ dung môi QH2 62 3.1.1.3 Tách chiết với hệ dung môi QH3 66 3.1.2 So sánh khả tách chiết dung môi 68 3.1.2.1 Hợp chất DDE 68 3.1.2.2 Hợp chất DDD 69 3.1.2.3 Hợp chất DDT 70 3.1.2.4 Tổng khối lượng hợp chất DDT 70 3.1.3 So sánh tỉ lệ khối lượng hợp chất DDT tách chiết 71 v 3.1.3.1 Hệ dung môi QH1 72 3.1.3.2 Hệ dung môi QH2 74 3.1.3.3 Hệ dung môi QH3 75 3.2 Tổng hợp vật liệu gốc polyanilin (PANi) 78 3.2.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ gốc polyanilin 78 3.2.1.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi 78 3.2.1.2 Kết phân tích vật liệu phổ hồng ngoại 78 3.2.1.3 Kết phân tích vật liệu ảnh hiển vi điện tử quét 80 3.2.2 Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ xơ dừa 81 3.2.2.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi/ xơ dừa 81 3.2.2.2 Kết phân tích vật liệu phổ hồng ngoại 81 3.2.2.3 Kết phân tích vật liệu ảnh hiển vi điện tử quét 84 3.2.3 Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa 85 3.2.3.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa 85 3.2.3.2 Kết phân tích vật liệu phổ hồng ngoại 86 3.2.3.3 Kết phân tích vật liệu ảnh hiển vi điện tử quét 88 3.3 Khảo sát khả hấp phụ DDT vật liệu gốc PANi 89 3.3.1 Ảnh hưởng chất vật liệu gốc PANi 90 3.3.1.1 Khả hấp phụ vật liệu gốc PANi/ xơ dừa 90 3.3.1.2 Khả hấp phụ vật liệu gốc PANi/ mùn cưa 93 3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ monome ANi với xơ dừa mùn cưa ban đầu 96 3.3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ ban đầu monome anilin với xơ dừa 96 3.3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ monome anilin với mùn cưa 100 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian 105 3.3.4 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ 106 3.3.5 Ảnh hưởng nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu 107 3.4 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 110 3.4.1 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 110 3.4.1.1 Đối với hợp chất p,p’-DDE 110 3.4.1.2 Đối với hợp chất o,p’-DDD 112 vi 3.4.1.3 Đối với hợp chất p,p’-DDD 113 3.4.1.4 Đối với hợp chất o,p’-DDT 115 3.4.1.5 Đối với hợp chất p,p’-DDT 117 3.4.1.6 Đối với hợp chất DDT tổng 118 3.4.2 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 121 3.5 Định hướng xử lý phân hủy hợp chất DDT 125 KẾT LUẬN 126 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 128 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC .144 vii BẢNG GIẢI THÍCH CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BVTV PANi Bảo vệ thực vật Polyaniline Polyanilin ANi Aniline Anilin POP Persistent Organic Pollutant Hợp chất hữu khó phân hủy PCB Polychlorinated biphenyl LD50 Lethal Dose PA Liều lượng gây độc cho 50% số cá thể loài điều trị Field Emission - Scanning Electron Kính hiển vi điện tử trường 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 FE-SEM 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 Bột giấy MC Mùn cưa XD Xơ dừa viii THT PeCB Than hoạt tính Pentachlorobenzene Pentaclorbenzen QH1 QH2 Các hệ dung môi hữu sử dụng để tách chiết hợp chất DDT, DDD, DDE từ đất bị ô nhiễm QH3 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc tính DDT, DDD DDE [14] .7 Bảng 1.2 Một số dạng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [98, 99] 31 Bảng 1.3 Mối tương quan RL dạng mơ hình [101] 35 Bảng 2.1 Pha lỗng hệ dung mơi QH với nước tạo dung môi chiết 45 Bảng 2.2 Các vật liệu gốc PANi tổng hợp kí hiệu 50 Bảng 2.3 Các vật liệu kí hiệu sử dụng để hấp phụ DDT 51 Bảng 2.4 Các vật liệu PANi/ xơ dừa PANi/ mùn cưa 52 Bảng 2.5 Các vật liệu hấp phụ sử dụng để so sánh 53 Bảng 3.1 Hàm lượng DDT tổng lần chiết QH2 (mg) 64 Bảng 3.2 Hàm lượng DDT tổng lần chiết QH3 (mg) 67 Bảng 3.3 Khối lượng tỉ lệ % hợp chất có 100 gam đất 71 Bảng 3.4 Kết phân tích quy kết vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại PANi 79 Bảng 3.5 Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa 81 Bảng 3.6 Kết phân tích quy kết vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại xơ dừa PANi/ xơ dừa 83 Bảng 3.7 Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa 85 Bảng 3.8 Kết phân tích quy kết vân đặc trưng cho phổ hồng ngoại mùn cưa PANi/ mùn cưa 88 Bảng 3.9 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa p,p’-DDE 111 Bảng 3.10 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa o,p’-DDD 113 Bảng 3.11 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa hợp chất p,p’-DDD 114 Bảng 3.12 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi/ xơ dừa o,p’-DDT 116 x ... 3.1.3.3 Hệ dung môi QH3 75 3.2 Tổng hợp vật liệu gốc polyanilin (PANi) 78 3.2.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ gốc polyanilin 78 3.2.1.1 Hiệu suất tổng hợp vật liệu gốc PANi ... Khả hấp phụ DDE vật liệu gốc PANi xơ dừa 90 Hình 3.35 Khả hấp phụ DDD vật liệu gốc PANi xơ dừa 91 Hình 3.37 Khả hấp phụ chất DDT tổng vật liệu PANi xơ dừa 92 Hình 3.38 Khả hấp phụ DDE vật liệu. .. pháp hóa học 48 2.2.3.3 Tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa phương pháp hóa học 49 2.2.4 Nghiên cứu khả hấp phụ DDT vật liệu gốc PANi 50 2.2.4.1 Khả hấp phụ vật liệu gốc PANi 51 2.2.4.2