ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 0 Nguyễn Thị Lan Hương NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRÊN HỖN HỢP ÔXIT Fe, Mn VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH As KHỎI NGUỒN NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 0 Nguyễn Thị Lan Hương NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRÊN HỖN HỢP ÔXIT Fe, Mn VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH As KHỎI NGUỒN NƯỚC Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung Hà Nội - năm 2011 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Giới thiệu chung về Asen 2 1.2. Độc tính của Asen 4 1.2.1. Cơ chế gây độc của Asen 4 1.2.2. Độc tính của Asen 5 1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hóa lẫn nhau trong môi trƣờng của các dạng Asen 7 1.4. Tình trạng ô nhiễm Asen trên thế giới và ở Việt Nam 9 1.4.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới 9 1.4.2. Ô nhiễm Asen tại Việt Nam 10 1.5. Một số phƣơng pháp xử lý Asen 13 1.5.1. Kết tủa 13 1.5.2. Phƣơng pháp hấp phụ 14 1.5.3. Các phƣơng pháp xử lý Asen đang đƣợc nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam 18 1.6. Các phƣơng pháp xác định Asen 18 1.6.1. Phƣơng pháp trắc quang 19 1.6.2. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 19 1.6.3. Phƣơng pháp phổ khối dùng nguồn cảm ứng cao tần (ICP) 21 1.6.4. Phƣơng pháp Von - Ampe hòa tan catot 21 CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM 23 2.1. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu 23 2.1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 24 2.2.1. Hóa chất 24 2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 24 2.2.3. Thiết bị thí nghiệm 25 2.3. Tiến hành thí nghiệm 25 2.3.1. Tối ƣu hóa điều kiện xác định asen bằng phƣơng pháp đo quang 25 2.3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ quang của phức màu 25 2.3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đun cách thủy 26 2.3.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H + 26 2.3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch Mo (VI) 26 2.3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân khử 27 2.3.1.6. Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu 27 2.3.1.7. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Asen 28 2.3.2. Điều chế vật liệu hỗn hợp oxit Mn, Fe 28 2.3.3.Xác định các tính chất vật lý của vật liệu 29 2.3.3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu 29 2.3.3.2. Xác định hình dạng của vật liệu 29 2.3.3.3.Xác định diện tích bề mặt riêng( BET) của vật liệu 29 2.3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(III) và As(V) của vật liệu theo phƣơng pháp tĩnh 29 2.3.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu 29 2.3.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ 30 2.3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Asen ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu 30 2.3.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của vật liệu theo phƣơng pháp động 31 2.3.5.1.Khảo sát dung lƣợng hấp phụ Asen của vật liệu ở điều kiện động 31 2.3.5.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ nạp mẫu 31 2.3.5.3. Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ rửa giải 31 2.3.5.4. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ chất rửa giải 32 2.3.5.5. Khảo sát thể tích dung môi rửa giải 32 2.3.5.6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu Fe, Mn 32 2.3.5.7. Ảnh hƣởng của một số ion khác đến khả năng hấp phụ As(V) 32 2.3.6. Ứng dụng xử lý mẫu thực tế 33 2.3.6.1. Xử lý mẫu giả 33 2.3.6.2. Xử lý mẫu thật 33 CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1.Tối ƣu hoá điều kiện xác định As(V) bằng phƣơng pháp trắc quang 34 3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ quang của phức màu 34 3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đun cách thủy 34 3.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H + 35 3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch Mo (VI) 36 3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân khử 37 3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu đến phép đo quang 38 3.1.6.1. Khảo sát ảnh hƣởng của các cation kim loại 38 3.1.6.2.Khảo sát ảnh hƣởng của các anion 40 3.1.7. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Asen 41 3.1.7.1.Khoảng tuyến tính của As(V) 41 3.1.7.2. Lập phƣơng trình đƣờng chuẩn của As(V) 42 3.1.8 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp trắc quang xác định As(V) 43 3.1.9. Sai số và độ lặp lại của phép đo 45 3.2.Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của hỗn hợp oxit Fe, Mn 47 3.2.1. Xác định một số tính chất vật lí của vật liệu 47 3.2.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu 3.2.1.2. Xác định hình dạng của vật liệu (SEM) 47 47 3.2.1.3.Xác định diện tích bề mặt riêng( BET) của vật liệu 48 3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(III) và As(V) của vật liệu theo phƣơng pháp tĩnh……………………………………… 49 3.2.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu… 49 3.2.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ 51 3.2.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Asen ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu 52 3.2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của vật liệu theo phƣơng pháp động 55 3.2.3.1.Khảo sát dung lƣợng hấp phụ Asen của vật liệu ở điều kiện động 55 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ nạp mẫu 56 3.2.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ rửa giải 57 3.2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ chất rửa giải 57 3.2.3.5. Khảo sát thể tích dung môi rửa giải 58 3.2.3.6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu 58 3.2.3.7. Ảnh hƣởng của một số ion khác đến khả năng hấp phụ As(V) 59 3.3. Ứng dụng xử lý mẫu thực tế 60 3.3.1. Xử lý mẫu giả 60 3.3.2. Xử lý mẫu thật 61 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1.Phổ hấp thụ quang của phức màu so với mẫu trắng 34 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian đun cách thuỷ ….……………… 35 Hình 3.3 : Ảnh hưởng của nồng độ H + 36 Hình 3.4 : Ảnh hưởng của nồng độ Mo(VI) …………………… …… 37 Hình 3.5 : Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân khử ………… … 38 Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ Fe 3+ đến độ hấp thụ quang 40 Hình 3.7: Ảnh hưởng của anion đến độ hấp thụ quang ……… ………… 41 Hình 3.8 : Đồ thị phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ As(V) … 42 Hình 3.9: Đồ thị đường chuẩn của As(V) …………………………… … 43 Hình 3.10: Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu hỗn hợp oxit Fe - Mn trước khi hấp phụ …… 47 Hình 3.11: Ảnh SEM của mẫu vật liệu hỗn hợp oxit Fe - Mn trước khi hấp phụ…… 48 Hình 3.12: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu …… 49 Hình 3.13: Các dạng tồn tại của hợp chất sắt ở pH khác nhau 50 Hình 3.14: Các dạng tồn tại của Asen theo pH …………… ………… 50 Hình 3.15: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Asen ……… 52 Hình 3.16: Ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến dung lượng hấp phụ … 53 Hình 3.17: Xác định dung lượng hấp phụ cực đại với As(III) …… …… 54 Hình 3.18: Xác định dung lượng hấp phụ cực đại với As(V) ……………. 55 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào tốc độ nạp mẫu ……………………………………………………………… 56 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất rửa giải vào tốc độ rửa giải ……………………………………………………………… 57 Hình 3.21: Ảnh hưởng thể tích dung môi rửa giải đến hiệu suất rửa giải 58 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Một số dạng As trong các đối tượng sinh học và môi trường 4 Bảng 1.2: Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nước ngầm Thành phố Hà Nội mùa khô 12/2000 - 2/2001 11 Bảng 1.3: Kết quả điều tra sơ bộ về ô nhiễm asen trong nước ngầm tại 12 tỉnh 12 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian đun sôi cách thuỷ 34 Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của nồng độ H + 35 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ Mo (VI) 36 Bảng 3.4 : Ảnh hưởng của tác nhân khử 37 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của cation kim loại đến độ hấp phụ quang 39 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ Fe 3+ đến độ hấp thụ quang 39 Bảng 3.7 : Ảnh hưởng của anion đến độ hấp phụ quang 40 Bảng 3.8: Xác định khoảng tuyến tính của nguyên tố As(V) 41 Bảng 3.9 : Khoảng tuyến tính của As(V) ………………………………… 42 Bảng 3.10: Tín hiệu phân tích mẫu trắng ……………………………… 44 Bảng 3.11: Giới hạn định lượng và giới hạn phát hiện của phép đo quang 45 Bảng 3.12: Sai số của phép đo quang xác đinh As(V) …………………… 45 Bảng 3.13: Tín hiệu phân tích mẫu thực ……………………………… 46 Bảng 3.14: Độ lặp lại của phép đo quang xác định As(V) ……………… 47 Bảng 3.15: Một số thông số vật lý của vật liệu ………………………… 48 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu ……… 49 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ …………… 52 Bảng 3.18 : Ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến dung lượng hấp phụ 53 Bảng 3.19: Dung lượng hấp phụ Asen của vật liệu theo phương pháp [...]... sinh hoạt ở qui mô xử lý tập trung cũng như qui mô hộ gia đình là một yêu cầu cấp bách hiện nay Góp phần vào những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý Asen trong nước, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu: Khả năng hấp phụ Asen trên hỗn hợp oxit Fe, Mn và ứng dụng xử lý tách Asen khỏi nguồn nước CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về Asen Trong tự nhiên, Asen phân bố rộng rãi... thì có dung tích hấp phụ càng cao Các công trình nghiên cứu lớn của Gibbs, Langmuir, Polanyi, Brunauer, Shilov, Dubinin, Kiselev đã chỉ ra rằng có 2 loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý xảy ra do lực hút giữa các phân tử - lực hút vander Waals Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch Chiều nghịch của sự hấp phụ là sự khử hấp phụ Hấp phụ vật lý kèm theo hiệu ứng nhiệt nhỏ (từ... tổng hợp MnO2 kích thước nanomet và nghiên cứu sử dụng vào hấp phụ Asen trong nước đạt tải trọng 32,79 mg Asen/gam vật liệu.[7] 1.5.3 Các phƣơng pháp xử lý Asen đang đƣợc nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam Theo thống kê chưa đầy đủ, hầu hết những nghiên cứu hiện nay của các nhà khoa học Việt Nam đều áp dụng những qui trình công nghệ đã được áp dụng trên thế giới Các quy trình xử lý đã ra đời áp dụng trong... bỏ Asen bởi MnO2 bước đầu đã được nghiên cứu trên các tinh thể MnO2 tổng hợp trong phòng thí nghiệm Phản ứng oxi hoá As (III) bởi MnO2 xảy ra theo 2 bước sau: 2MnO2 + H3AsO3 + H2O → 2MnOOH + H2AsO4- + H+ 2MnOOH + H3AsO3 + 3H+ → 2Mn2 + + H2AsO4- + 2H2O Sử dụng quặng mangan dioxit tự nhiên và diatomit tự nhiên cho hiệu quả hấp phụ Asen tương đối tốt[11] Tại Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã tổng hợp. .. STT Công thức 1 Asin AsH3 2 Asenit AsO33- 3 Asenat AsO43- 4 Axit dimetylAsenic, DMAA Me2AsO2H 5 Axit metylasonic, MMAA MeAsO3H2 6 Trimetylasin Me 3As 7 Oxit trimetylasin, TMAO Me 3As+ -O- 8 Ion tetrametylasoni Me 4As+ 9 Trimetylasoniaxetat Me 3As+ CH2COO- 10 Asenocholin (2-trimetylasonietanol) Me 3As+ CH2CH2OH 11 Trimetylasinoyletanol Me 3As+ (O-)CH2CH2OH Các dạng chủ yếu của Asen trong môi trường nước Đối tượng... tan trong dung dịch Khả năng hấp phụ của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất, diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH và bản chất của chất tan Để đánh giá lực hấp phụ người ta dựa vào năng lượng tự do, những chất có năng lượng tự do càng lớn thì càng có khả năng hấp phụ mạnh Năng lượng hấp phụ thường nhỏ hơn so với năng lượng liên kết hóa học nên ở nhiệt độ thường hấp phụ là quá trình thuận... 58 Bảng 3.24:Ảnh hưởng của khả năng tái sử dụng đến khả năng hấp phụ As( V) ……………………………………………………… 59 Bảng 3.25: Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ đến khả năng hấp phụ As( V) 59 Bảng 3.26: Thành phần mẫu giả 60 Bảng 3.27: Kết quả hấp phụ tách loại Asen của dung dịch mẫu giả 61 Bảng 3.28: Kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa Asen 62 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LOD Limit... Các chất đã bị hấp phụ sẽ dễ bị khử hấp phụ Trong hấp phụ hóa học, các phân tử của chất bị hấp phụ liên kết với chất hấp phụ bởi các lực hóa học bền vững, tạo thành những hợp chất hóa học bề mặt mới Hấp phụ hóa học là bất thuận nghịch va kèm theo một hiệu ứng nhiệt lớn (khoảng 40 – 400KJ/mol) Đây là tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Những quy luật định tính và định lượng của... nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của người dân, nên phần lớn dân số ở nông thôn đang sử dụng trực tiếp nước giếng khoan để làm nước ăn uống mà không qua xử lý, hoặc chỉ qua xử lý rất đơn giản không hoặc ít loại bỏ được Asen Vì vậy song song với các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm và sự phân bố Asen trong nước ngầm ở các vùng khác nhau, việc phát triển các công nghệ khả thi xử lý Asen trong nước sinh... thiết bị xử lý Asen trong nước ngầm quy mô hộ gia đình Cũng đã có một số đơn vị đi sâu nghiên cứu cơ chế và khả năng loại bỏ Asen của một số phương pháp trong phòng thí nghiệm, tuy nhiên do một số yếu tố việc áp dụng trên thực tế là rất khó khăn Viện Hoá Học Công Nghiệp đã đưa ra được một hệ xử lý qui mô hộ gia đình, dùng chủ yếu để lọc Asen và Mn, công suất 15-20 lít /giờ với nguồn nước: As: 0,2 – . tiến hành nghiên cứu: Khả năng hấp phụ Asen trên hỗn hợp oxit Fe, Mn và ứng dụng xử lý tách Asen khỏi nguồn nước . CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về Asen Trong tự nhiên, Asen phân. NHIÊN 0 Nguyễn Thị Lan Hương NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRÊN HỖN HỢP ÔXIT Fe, Mn VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH As KHỎI NGUỒN NƯỚC Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60. 0 Nguyễn Thị Lan Hương NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRÊN HỖN HỢP ÔXIT Fe, Mn VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH As KHỎI NGUỒN NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC