Đề tài Nghiên cứu khả năng hấp phụ chì của Chitin - Dithyzone (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu khả năng hấp phụ chì của Chitin - Dithyzone (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHÌ CỦA CHITIN - DITHYZONE S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: SV 2010 - 77 S K C 0 0 2 7 8 2 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHÌ CỦA CHITIN-DITHYZONE MÃ SỐ: SV2010-77 THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƢỜI CHỦ TRÌ : HỒ THỊ THÙY TRINH NGƢỜI THAM GIA : MAI XUÂN KHANG ĐƠN VỊ : 081150A TP. HỒ CHÍ MINH – 02/2011
3. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC MỤC LỤC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 3 CHƢƠNG 1: ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 4 1. Tình hình ô nhiễm chì (Pb) 4 2. Tác hại của chì (Pb) 4 CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 6 1. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Pb 6 1.1. Phƣơng pháp phân tích hoá học 6 1.2. Phƣơng pháp phân tích công cụ 7 2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TÁCH VÀ LÀM GIÀU CHÌ 10 2.1. Phƣơng pháp kết tủa : 10 2.2. Phƣơng pháp tách, làm giàu bằng điện hóa: 11 2.3. Phƣơng pháp chiết lỏng – lỏng: 11 2.4. Phƣơng pháp chiết pha rắn:(SPE) 12 2.5. Phƣơng pháp hấp phụ: 12 2.5.1. Khái niệm: 12 3. TÌNH HÌNH XỬ LÝ CHÌ Pb BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ 16 PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 18 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 19 1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị: 19 1.1. HÓA CHẤT: 19 1.2 DỤNG CỤ 19 1.3. THIẾT BỊ 19 2. Cách thực hiện đo bằng máy cực phổ: 20 3. Vật liệu hấp phụ : 20 3.1. Nguyên liệu sản xuất chitin: 20 3.2. Giới thiệu về chitin: 20 3.3. Ứng dụng của chitin trong việc hấp phụ kim loại nặng 21 3.4. Một vài tính chất quan trọng của chitin thƣơng phẩm: 22 1
4. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC 3.5. Công nghệ sản xuất chitin: 22 3.6. Điều chế vật liệu hấp phụ chitin – dithyzone: 23 CHƢƠNG 2: TIẾN HÀNH KHẢO SÁT 23 1. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN 23 1.1. Cách tiến hành: 23 1.2. Kết quả: 23 1.3. Nhận xét: 24 2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA PH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 24 2.1. Cách tiến hành: 24 2.2. Kết quả: 24 2.3. Nhận xét: 25 3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN LẮC ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 25 3.1. Cách tiến hành: 25 3.2. Kết quả : 26 3.3. Nhận xét: 26 4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA KHỐI LƢỢNG CHẤT HẤP PHỤ ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 26 4.1. Cách tiến hành: 26 4.2. Kết quả : 27 4.3. Nhận xét: 28 5. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Pb ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 28 5.1. Cách tiến hành: 28 5.2. Kết quả : 29 6. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA ION PB ĐẾN SỰ HẤP PHỤ 30 6.1. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: 30 6.2. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 31 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 1. KẾT LUẬN: 34 2. KIẾN NGHỊ: 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2
5. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 3
6. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC CHƢƠNG I: ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1. Tình hình ô nhiễm chì (Pb) Chì là một trong những kim loại nặng độc hại. Chì là kim loại nhóm IVA, có màu xám thẫm, mềm, dễ dát mỏng và dẫn điện tốt. Chiếm 10−4 % tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Đây cũng là một trong những kim loại đƣợc biết từ thời thƣợng cổ, khi đó nó đƣợc dùng để đúc tiền, đúc tƣợng hay các đồ dùng sinh hoạt. Ngày nay, Pb đƣợc dùng làm các tấm điện cực trong acquy, làm dây cáp điện hay đầu đạn Đặc biệt Pb hấp phụ rất tốt các tia phóng xạ và Rownghen nên nó còn đƣợc dùng làm các tấm bảo vệ. Tuy nhiên Pb và hợp chất của chúng độc nên cần thận trọng khi tiếp xúc và sử dụng. Trong tự nhiên, chì có mặt trong khá nhiều khoáng vật. Chủ yếu vẫn là galen (PbS), ngoài ra còn có cernsute PbCO3, cunglesite PbSO4 Trong nƣớc, Pb hầu nhƣ không tồn tại ở dạng tự do mà thƣờng tồn tại ở dạng hợp chất kết tủa hoặc tạo phức của ion vô cơ và hữu cơ. Trong công nghiệp, Pb đƣợc điều chế bằng cách đốt cháy galen để chuyển galen thành oxit. Sau đó khử oxit thành kim loại: 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 PbO + C = Pb + CO 2. Tác hại của chì (Pb) Sự phát triển không bền vững, trong đó có hoạt động sản xuất của con ngƣời làm gia tăng sự di chuyển của kim loại nặng trong môi trƣờng. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng nói chung và chì nói riêng là do nƣớc thải từ các nhà máy xi mạ, nhà máy cơ khí, nhà máy sản xuất pin, ắc quy chƣa qua xử lý hoặc xử lý không triệt để đƣợc thải ra môi trƣờng. Việc sử dụng nguồn nƣớc có hàm lƣợng chì (Pb) lớn trong thời gian dài không chỉ ảnh hƣởng đến sức khỏe mà còn sinh ra một số bệnh nguy hiểm. Chì (Pb) làm kìm hãm sự phát triển của xƣơng. Ngƣời phơi nhiễm lâu với chì có thể bị ảnh hƣởng đến trí nhớ, giảm khả ngăng phản ứng với các hiện tƣợng, ảnh hƣởng đến khả năng linh hoạt. Độc tính của chì (Pb) còn do Pb còn có khả năng ức chế một số emzym quan trọng làm rối loạn quá trình tạo huyết ở tủy, phá vỡ quá trình tạo hồng cầu, gây hại đến hệ thần kinh, nhất là hệ thần kinh của trẻ sơ sinh và trẻ em Khi hàm lƣợng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hoá glucoza tạo ra năng lƣợng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lƣợng chì trong máu nằm trong khoảng (>0,5 – 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não. Xƣơng là nơi tàng trữ tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tƣơng tác với photphat trong xƣơng rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó. 4
7. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC Tuy nhiên việc đánh giá nguy cơ tích lũy kim loại nặng trong môi trƣờng nói chung và trong cơ thể con ngƣời nói riêng còn đang là vấn đề mới, đặc biệt là đối với Việt Nam. Chính vì độ độc hại của Pb nên đã có nhiều tiêu chuẩn về chất lƣợng môi trƣờng. Dƣới đây là một vài số liệu đƣợc đƣa ra từ tiêu chuẩn Việt Nam về Pb: Giới hạn cho phép của khí thải công nghiệp: (1) Giá trị giới hạn Pb (mg/m3) A B 30 10 Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc uống: Tiêu chuẩn WHO 1971 Pb (mg/l) Mức yêu cầu Mức cho phép < 0.1 - 0.1 Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc cấp cho sinh hoạt: Giới hạn tối đa cho phép Pb (mg/l) Đô thị Trạm lẻ và nông thôn 0.05 0.05 Tiêu chuẩn cho phép với nƣớc mặt: Giá trị giới hạn Pb (mg/l) A B 0.05 0.1 Tiêu chuẩn nƣớc ngầm: Giá trị giới hạn Pb (mg/m3) 0.05 5
8. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC Tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp: Giá trị giới hạn Pb (mg/l) A B C 0.1 0.5 1.0 Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm bằng hoặc nhỏ hơn giá trị qui đ ịnh trong cột A có thể đổ vào các vực nƣớc thƣờng đƣợc dùng làm nguồn nƣớc cho mục đích sinh hoạt. Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn giá trị qui định trong cột A nhƣng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị qui định trong cột B thì đƣợc đổ vào các vực nƣớc nhận thải khác , nhƣ:các vực nƣớc dùng giao thông, thủy lợi tƣới tiêu cho trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản, trừ các thủy vực qui định ở cột A. Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn giá trị quy định trong cột B nhƣng không vƣợt quá giá trị qui định trong cột C chỉ đƣợc phép thải vào các nơi đƣợc qui định (nhƣ hồ chứa nƣớc thải đƣợc xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung, ) CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Pb (2) 1.1. Phƣơng pháp phân tích hoá học Nhóm các phƣơng pháp này dùng để xác định hàm lƣợng lớn (đa lƣợng) của các chất, thông thƣờng lớn hơn 0,05%, tức là mức độ miligram. Các trang thiết bị và dụng cụ cho các phƣơng pháp này là đơn giản và không đắt tiền. 1.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng * Nguyên tắc: Dựa trên kết tủa chất cần phân tích với thuốc thử phù hợp. Lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân và từ đó xác định đƣợc hàm lƣợng chất phân tích. * Cách tiến hành: Kết tủa chì dƣới dạng PbSO4, PbCrO4 hay PbMoO4. => Tuy nhiên phƣơng pháp này chỉ có độ chính xác cao khi phân tích nguyên tố với khối lƣợng lớn nên thƣờng áp dụng với những mẫu có hàm lƣợng lớn, không áp dụng đối với những mẫu có hàm lƣợng nhỏ. 1.1.2. Phương pháp phân tích thể tích * Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) đƣợc thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lƣợng chất định 6
9. BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC phân đó. Thời điểm thêm lƣợng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tƣơng đƣơng. Để nhận biết điểm tƣơng đƣơng, ngƣời ta dùng các chất gây ra hiện tƣợng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị. 1.2. Phƣơng pháp phân tích công cụ 1.2.1. Phƣơng pháp quang phổ - Phương pháp trắc quang Phƣơng pháp này chính là phƣơng pháp phổ hấp thụ của phân tử trong vùng UV-VIS. Ở điều kiện thƣờng, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lƣợng, đây là trạng thái cơ bản, nhƣng khi có một chùm sáng với nặng lƣợng thích hợp chiếu vào các điện tử hóa trị trong các liên kết (π, 훿, n) sẽ hấp thụ năng lƣợng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lƣợng cao hơn (cơ bản Eo và kích thích Em) chính là năng lƣợng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất. * Nguyên tắc: Phƣơng pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trƣờng thích hợp khi đƣợc chiếu bởi chùm sáng. Phƣơng pháp định lƣợng phép đo: A = K.C Trong đó: A: độ hấp thụ quang K: hằng số thực nghiệm C: nồng độ nguyên tố phân tích Phƣơng pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 ÷10-7 và là một trong các phƣơng pháp đƣợc sử dụng khá phổ biến. - Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử(AES): Ở điều kiện thƣờng, nguyên tử không thu và phát năng lƣợng nhƣng nếu bị kích thích thì các điện tử hóa trị sẽ nhận năng lƣợng và chuyển lên trạng thái có năng lƣợng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này không bền, chúng có xu hƣớng giải phóng năng lƣợng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dƣới dạng các bức xạ. Chính các bức xạ này đƣợc gọi là phổ phát xạ của nguyên tử. Phƣơng pháp phổ AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tƣơng tác với một nguồn năng lƣợng phù hợp. Hiện nay ngƣời ta dùng một số nguồn năng lƣợng để kích thích phổ AES: ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, tia laze, plasma cao tần cảm ứng (ICP), tia X trong đó ngọn lửa đèn khí, hồ quang, tia lửa điện đã đƣợc dùng từ lâu nhƣng độ nhạy không cao. Còn ICP, tia laze là những nguồn mới đƣợc đƣa vào sử dụng khoảng hơn chục năm trở lại đây và chúng có độ nhạy cao nên là nguồn đƣợc ứng dụng phổ biến, có nhiều ƣu việt. Nhìn chung phƣơng pháp AES đạt độ nhạy rất cao (thƣờng 10-3÷10-4%), lại tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy đây là phƣơng pháp dùng để kiểm tra, đánh giá hóa chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lƣợng vết ion kim loại độc trong lƣơng thực, thực phẩm. Tuy nhiên, phƣơng pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu nhƣng lại không chỉ ra đƣợc trạng thái liên kết của nó trong mẫu và hơn nữa, độ chính xác của phép phân tích phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ chính xác của dãy mẫu chuẩn nên sai số không nhỏ. 7