Xem mẫu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẶNG NGỌC ĐỊNH
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU BIẾN TÍNH LÀM PHA TĨNH
CHO KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG TÁCH,
LÀM GIÀU, XÁC ĐỊNH LƯỢNG VẾT MỘT SỐ ION KIM LOẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 62 44 29 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội – 2015
Công trình được hoàn thành tại:
Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học tự nhiên
Đại học quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. NGUYỄN XUÂN TRUNG
2. PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC MAI
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ
họp tại:
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hiện đại, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng
được nâng cao. Tuy nhiên kèm theo đó là sự ô nhiễm ngày càng gia tăng của môi trường sống phát sinh từ
các hoạt động công nghiệp v à dân sinh. Một trong các nhóm chất độc hại được qui định ngặt nghèo về hàm
lượng giới hạn cho phép trong bất kì một tiêu chuẩn nào cho các loại nguồn nước là nhóm các kim loại nặng
bao gồm đồng, chì, kẽm, cadimi, coban, niken, crom... Do có độc tính cao, nếu các kim loại này xâm nhập
vào cơ thể sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Việc phân tích, xác định hàm lượng các
kim loại nặng trong các đối tượng môi trường và đánh giá mức độ ô nhiễm vì thế là vô cùng cần thiết. Tuy
nhiên một khó khăn đặt ra là hàm lượng của các kim loại nặng trong các mẫu môi trường thường rất thấp,
khó có thể xác định trực tiếp bằng các phương pháp phân tích công cụ thông thường như UV -VIS hay FAAS. Cần có giai đoạn tách và làm giàu các chất phân tích trước khi xác định bằng các kĩ thuật làm giàu như
cộng kết, chiết lỏng-lỏng, điện phân, chiết pha rắn, chiết điểm mù, chiết giọt đơn, .. Trong các kĩ thuật này, kĩ
thuật chiết pha rắn là kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất với các ưu điểm như đơn giản, có hệ số làm giàu
cao và khả năng tự động hóa .
Yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu quả làm việc của cột chiết pha rắn là vật liệu dùng làm pha
tĩnh tro ng cột chiết. Nhiều loại vật liệu pha tĩnh như silic, than hoạt tính, các loại vật liệu polyme, các phụ
phẩm trong sản xuất nông nghiệp như bã mía, lõi ngô, chitin, chitosan, vỏ trấu... đã được nghiên cứu, biến
tính để tách, làm giàu lượng vết các ion kim loại. Trong đó, các phụ phẩm nông nghiệp đang là đối tượng
nghiên cứu thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học do đây là các vật liệu rất sẵn có, dễ tìm, giá thành
rẻ và thân thiện với môi trường.
Vỏ trấu, một phụ phẩm nông nghiệp phổ biến nhất ở Việt Nam, được xếp loại là một polysaccharit,
với thành phần cơ bản là các hợp chất hữu cơ như hemicellulose, cellulose, lignin,.v.v chứa các nhóm chức
hoạt động như phenolic, alcohol, keton, carboxylic, v.v. Các nhóm chức này có khả năng tham gia phản ứng
tạo phức, trao đổi ion, hình thành hợp chất dạng liên kết phối trí với các ion kim loại nên có khả năng hấp
phụ các ion kim loại tương đối tốt. Gần đây đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước nghiên cứu về khả
năng hấp phụ kim loại nặng của vỏ trấu để xử lí ô nhiễm kim loại nặng cho các đối tượng môi trường, đặc
biệt là môi trường nước, tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về khả năng sử dụng vỏ trấu làm vật
liệu pha tĩnh trong cột chiết pha rắn. Bên cạnh đó, cũng có rất ít nghiên cứu đề cập đến việ c biến tính vỏ trấu
bằng cách gắn các thuốc thử hữu cơ có khả năng tạo phức với các ion kim loại cần xác định lên bề mặt vỏ
trấu để tăng độ chọn lọc cũng như dung lượng hấp phụ hàm lượng các ion kim loại .
Xuất phát từ những suy nghĩ này, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu cho luận án của mình là
“Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính làm pha tĩnh cho kỹ thuật chiết pha rắn và ứng dụng trong
tách, làm giàu, xác định lượng vết một số ion kim loại ”
* Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích lượng vết một số ion kim loại
nặng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (F -AAS) kết hợp làm giàu bằng kỹ thuật chiết pha rắn,
sử dụng vật liệu pha tĩnh là vỏ trấu biến tính.
2. Nội dung luận án
Để đạt được mục tiêu đề ra, luận án sẽ tập trung vào các nội dung chính sau:
1. Nghiên cứu biến tính vỏ trấu làm pha tĩnh có khả năng hấp phụ các ion kim loại.
1
2. Xác định một số tính chất vật lý của vật liệu từ vỏ trấu trước và sau biến tính.
3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ tĩnh của vật liệu như: pH, thời gian hấp phụ,
khối lượng chất hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ.
4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ động như: Tốc độ nạp mẫu, lượng chất hấp
phụ, thể tích mẫu ban đầu, loại chất rửa giải, nồng độ chất rửa giải, tốc độ rửa giải...
5. Đánh giá độ lặp, độ lệch chuẩn, độ biến thiên, hiệu suất thu hồi... của qui trình chiết pha rắn
6. Xây dựng qui trình phân tích kết hợp SPE – F-AAS và đánh giá qui trình phân tích.
7. Ứng dụng phân tích lượng vết một số ion kim loại trong các đối tượng mẫu thực.
3. Điểm mới, những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của luận án
Điểm mới của luận án là l ần đầu tiên đã nghiên cứu và đưa ra được qui trình biến tính vỏ trấu thành
vật liệu hấp phụ kim loại nặng và xây dựng qui trình phân tích kết hợp với kỹ thuật chiết pha rắn sử dụng vật
liệu này để tách, làm giàu lượng vết kim loại có trong các đối tượng mẫu môi trường.
Đóng góp về mặt khoa học:
-
Đã tổng hợp được vật liệu pha tĩnh từ vỏ trấu có khả năng hấp phụ lượng vết ion
kim loại với dung lượng hấp phụ cao và hệ số làm giàu cao đạt gần 100 lần.
- Đã xây dựng được qui trình phân tích hoàn chỉnh để phân tích lượng vết các ion kim
loại trong mẫu nước bằng phương pháp chiết pha rắn kết hợp với phương pháp hấp thụ nguyên
tử kỹ thuật ngọn lửa.
- Đã ứng dụng qui trình phân tích vào để phân tích hàm lượng kim loại trong các loại
mẫu nước ở Hồ Tây – Hà Nội, mẫu nước ở khu vực Huyện Lâm Thao – Phú Thọ, một số mẫu
nước thải công nghiệp tại tỉnh Hưng Yên và các mẫu nước dằn tàu, nước biển tại cảng biển Hải
Phòng.
Đóng góp về mặt thực tiễn
- Nghiên cứu này rất có ý nghĩa thực tế trong việc biến một phụ phẩm nông nghiệp rất sẵn có
ở Việt Nam thành một vật liệu khô ng chỉ có ứng dụng trong lĩnh vực hóa phân tích mà còn có tiềm
năng ứng dụng cao để xử lí ô nhiễm kim loại trong các đối tượng môi trường, đặc biệt là môi trường
nước. Qui trình xử lí đơn giản phù hợp với các phòng thí nghiệm địa phương, tiết kiệm được chi phí
dành để mua các vật liệu hấp phụ thuơng mại đắt tiền.
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm khoảng 160 trang trong đó có 45 bảng biểu, và 47 hình ảnh minh họa , bao gồm Danh mục
từ viết tắt, Danh mục bảng biểu, Danh mục hình ảnh; Chương 1: Tổng quan 29 trang; Chương 2: Thực
nghiệm 10 trang, Chương 3: Kết quả và thảo luận 89 trang, Kết luận 2 trang, Danh mục công trình khoa học
liên quan đến luận án 1 trang gồm 7 công trình, Tài liệu tham khảo 22 trang gồm 192 tài liệu, Phụ lục 20
trang.
2
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẶNG NGỌC ĐỊNH
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU BIẾN TÍNH LÀM PHA TĨNH
CHO KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG TÁCH,
LÀM GIÀU, XÁC ĐỊNH LƯỢNG VẾT MỘT SỐ ION KIM LOẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 62 44 29 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội – 2015
Công trình được hoàn thành tại:
Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học tự nhiên
Đại học quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. NGUYỄN XUÂN TRUNG
2. PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC MAI
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ
họp tại:
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hiện đại, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng
được nâng cao. Tuy nhiên kèm theo đó là sự ô nhiễm ngày càng gia tăng của môi trường sống phát sinh từ
các hoạt động công nghiệp v à dân sinh. Một trong các nhóm chất độc hại được qui định ngặt nghèo về hàm
lượng giới hạn cho phép trong bất kì một tiêu chuẩn nào cho các loại nguồn nước là nhóm các kim loại nặng
bao gồm đồng, chì, kẽm, cadimi, coban, niken, crom... Do có độc tính cao, nếu các kim loại này xâm nhập
vào cơ thể sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Việc phân tích, xác định hàm lượng các
kim loại nặng trong các đối tượng môi trường và đánh giá mức độ ô nhiễm vì thế là vô cùng cần thiết. Tuy
nhiên một khó khăn đặt ra là hàm lượng của các kim loại nặng trong các mẫu môi trường thường rất thấp,
khó có thể xác định trực tiếp bằng các phương pháp phân tích công cụ thông thường như UV -VIS hay FAAS. Cần có giai đoạn tách và làm giàu các chất phân tích trước khi xác định bằng các kĩ thuật làm giàu như
cộng kết, chiết lỏng-lỏng, điện phân, chiết pha rắn, chiết điểm mù, chiết giọt đơn, .. Trong các kĩ thuật này, kĩ
thuật chiết pha rắn là kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất với các ưu điểm như đơn giản, có hệ số làm giàu
cao và khả năng tự động hóa .
Yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu quả làm việc của cột chiết pha rắn là vật liệu dùng làm pha
tĩnh tro ng cột chiết. Nhiều loại vật liệu pha tĩnh như silic, than hoạt tính, các loại vật liệu polyme, các phụ
phẩm trong sản xuất nông nghiệp như bã mía, lõi ngô, chitin, chitosan, vỏ trấu... đã được nghiên cứu, biến
tính để tách, làm giàu lượng vết các ion kim loại. Trong đó, các phụ phẩm nông nghiệp đang là đối tượng
nghiên cứu thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học do đây là các vật liệu rất sẵn có, dễ tìm, giá thành
rẻ và thân thiện với môi trường.
Vỏ trấu, một phụ phẩm nông nghiệp phổ biến nhất ở Việt Nam, được xếp loại là một polysaccharit,
với thành phần cơ bản là các hợp chất hữu cơ như hemicellulose, cellulose, lignin,.v.v chứa các nhóm chức
hoạt động như phenolic, alcohol, keton, carboxylic, v.v. Các nhóm chức này có khả năng tham gia phản ứng
tạo phức, trao đổi ion, hình thành hợp chất dạng liên kết phối trí với các ion kim loại nên có khả năng hấp
phụ các ion kim loại tương đối tốt. Gần đây đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước nghiên cứu về khả
năng hấp phụ kim loại nặng của vỏ trấu để xử lí ô nhiễm kim loại nặng cho các đối tượng môi trường, đặc
biệt là môi trường nước, tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu về khả năng sử dụng vỏ trấu làm vật
liệu pha tĩnh trong cột chiết pha rắn. Bên cạnh đó, cũng có rất ít nghiên cứu đề cập đến việ c biến tính vỏ trấu
bằng cách gắn các thuốc thử hữu cơ có khả năng tạo phức với các ion kim loại cần xác định lên bề mặt vỏ
trấu để tăng độ chọn lọc cũng như dung lượng hấp phụ hàm lượng các ion kim loại .
Xuất phát từ những suy nghĩ này, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu cho luận án của mình là
“Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính làm pha tĩnh cho kỹ thuật chiết pha rắn và ứng dụng trong
tách, làm giàu, xác định lượng vết một số ion kim loại ”
* Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích lượng vết một số ion kim loại
nặng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (F -AAS) kết hợp làm giàu bằng kỹ thuật chiết pha rắn,
sử dụng vật liệu pha tĩnh là vỏ trấu biến tính.
2. Nội dung luận án
Để đạt được mục tiêu đề ra, luận án sẽ tập trung vào các nội dung chính sau:
1. Nghiên cứu biến tính vỏ trấu làm pha tĩnh có khả năng hấp phụ các ion kim loại.
1
2. Xác định một số tính chất vật lý của vật liệu từ vỏ trấu trước và sau biến tính.
3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ tĩnh của vật liệu như: pH, thời gian hấp phụ,
khối lượng chất hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ.
4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ động như: Tốc độ nạp mẫu, lượng chất hấp
phụ, thể tích mẫu ban đầu, loại chất rửa giải, nồng độ chất rửa giải, tốc độ rửa giải...
5. Đánh giá độ lặp, độ lệch chuẩn, độ biến thiên, hiệu suất thu hồi... của qui trình chiết pha rắn
6. Xây dựng qui trình phân tích kết hợp SPE – F-AAS và đánh giá qui trình phân tích.
7. Ứng dụng phân tích lượng vết một số ion kim loại trong các đối tượng mẫu thực.
3. Điểm mới, những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của luận án
Điểm mới của luận án là l ần đầu tiên đã nghiên cứu và đưa ra được qui trình biến tính vỏ trấu thành
vật liệu hấp phụ kim loại nặng và xây dựng qui trình phân tích kết hợp với kỹ thuật chiết pha rắn sử dụng vật
liệu này để tách, làm giàu lượng vết kim loại có trong các đối tượng mẫu môi trường.
Đóng góp về mặt khoa học:
-
Đã tổng hợp được vật liệu pha tĩnh từ vỏ trấu có khả năng hấp phụ lượng vết ion
kim loại với dung lượng hấp phụ cao và hệ số làm giàu cao đạt gần 100 lần.
- Đã xây dựng được qui trình phân tích hoàn chỉnh để phân tích lượng vết các ion kim
loại trong mẫu nước bằng phương pháp chiết pha rắn kết hợp với phương pháp hấp thụ nguyên
tử kỹ thuật ngọn lửa.
- Đã ứng dụng qui trình phân tích vào để phân tích hàm lượng kim loại trong các loại
mẫu nước ở Hồ Tây – Hà Nội, mẫu nước ở khu vực Huyện Lâm Thao – Phú Thọ, một số mẫu
nước thải công nghiệp tại tỉnh Hưng Yên và các mẫu nước dằn tàu, nước biển tại cảng biển Hải
Phòng.
Đóng góp về mặt thực tiễn
- Nghiên cứu này rất có ý nghĩa thực tế trong việc biến một phụ phẩm nông nghiệp rất sẵn có
ở Việt Nam thành một vật liệu khô ng chỉ có ứng dụng trong lĩnh vực hóa phân tích mà còn có tiềm
năng ứng dụng cao để xử lí ô nhiễm kim loại trong các đối tượng môi trường, đặc biệt là môi trường
nước. Qui trình xử lí đơn giản phù hợp với các phòng thí nghiệm địa phương, tiết kiệm được chi phí
dành để mua các vật liệu hấp phụ thuơng mại đắt tiền.
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm khoảng 160 trang trong đó có 45 bảng biểu, và 47 hình ảnh minh họa , bao gồm Danh mục
từ viết tắt, Danh mục bảng biểu, Danh mục hình ảnh; Chương 1: Tổng quan 29 trang; Chương 2: Thực
nghiệm 10 trang, Chương 3: Kết quả và thảo luận 89 trang, Kết luận 2 trang, Danh mục công trình khoa học
liên quan đến luận án 1 trang gồm 7 công trình, Tài liệu tham khảo 22 trang gồm 192 tài liệu, Phụ lục 20
trang.
2