Nghiên cứu cố định Zr(IV) trên nhựa puroliteC100 ứng dụng tách và làm giàu hợp chất selen trong môi trường nước

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu hấp phụ nano oxit kim loại được tổng hợp nhiều và ứng dụng rộng rãi trong hấp phụ selen, vì có diện tích bề mặt lớn, ái lực hấp phụ chọn lọc cao. Bài viết trình bày một số kết quả cố định Zr(IV) trên nhựa PuroliteC100 nhằm mục đích tách và làm giàu hợp chất selen trước khi phân tích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu cố định Zr(IV) trên nhựa puroliteC100 ứng dụng tách và làm giàu hợp chất selen trong môi trường nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH Zr(IV) TRÊN NHỰA PUROLITEC100 ỨNG DỤNG TÁCH VÀ LÀM GIÀU HỢP CHẤT SELEN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Nguyễn Thị Kim Thoa, Nguyễn Thị Phương Thùy Khoa kỹ thuật phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì *Email: Thoantk@vui.edu.vn ABSTRACT In this study, the Zr4/PC-1 material was successfully researched and synthesized to extract and enrich Selenium in quantitative analysis methods. The study showed the characteristics and adsorption capacity of Zr4/PC-1 material such as the adsorption reached equilibrium for 3 hours and pH = 6, optimal adsorption at room temperature. Absorption capacity reaches a maximum of 12.25 mg Se/g. Assessment of selenic adsorption and enrichment ability by photometric method, showing the enrichment coefficient of 25 times. Key words: adsorbent, Zr4/PC-1, selen 1. GIỚI THIỆU hydrazin dihyđrochlorua, metyl dacam, kali bromat, glixin, NH3, HCl, nhựa PuroliteC100. Selen là nguyên tố phi kim được quan tâm nhiều trong sinh học bởi vì nó vừa là vi chất dinh 2.2. Vật liệu dưỡng và vừa có tính độc [1]. Theo tổ chức Y tế Lấy 50 g nhựa PuroliteC100, kí hiệu là PC-0 Thế giới (WHO), hàm lượng selen trong máu sạch lắc lần lượt với các dung dịch NaOH 1 M, người trung bình phải đạt trên 0,15 µg/ml thì mới HCl 1 M, NH3 0,1 M ở tốc độ 150 vòng/phút trong đủ lượng chất cần thiết cho cơ thể và selen có vai 2 giờ, nhiệt độ phòng thí nghiệm, sau mỗi lần lắc trò sinh học rất lớn với sức khỏe con người. Nếu gạn rửa bằng nước cất về môi trường trung tính. sử dụng selen vượt quá giới hạn 400 µg/ngày có thể dẫn tới ngộ độc selen gây rối loạn tiêu hóa, 2.3. Phương pháp phân tích rụng tóc, bong, tróc móng, mệt mỏi, tổn thương Nồng độ selen xác định theo phương pháp trắc thần kinh, sơ gan, phù phổi và tử vong. Do đó việc quang với chất chỉ thị màu metyl dacam ở bước phân tích nghiên cứu kiểm soát ô nhiễm selen là sóng 508 nm. vấn đề hết sức quan trọng. 2.4. Xây dựng đường chuẩn định Se Trong những năm gần đây, ở Việt Nam và trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về vật Xây dựng đường chuẩn selen được đo tại bước liệu hấp phụ selen như: than hoạt tính [2], sóng:  = 508 nm và nồng độ các chất là MO là xenlulozơ [3], composite của chitosan với đất sét 100 mg/l; (NH3Cl)2 5,0x10-2 M; KBrO3 5,0x10-3 [4], silica biến tính [5], Fe3O4/AC [6], nano FeO M; Glixin - HCl có pH = 1,6 và thời gian t = 8 [7], tinh thể nano Al2O3 [8], TiO2 [9], nano CuO phút. Tiến hành xây dựng đường chuẩn trong [10], CeO2, oxit kim loại, sắt cố định trên than khoảng nồng độ 0,1 – 0,7 ppm, kết quả được chỉ hoạt tính dạng hạt [11], nano sắt (III) ra ở Hình 1: oxit/hyđroxit. Trong đó, vật liệu hấp phụ nano oxit kim loại được tổng hợp nhiều và ứng dụng 0.4 rộng rãi trong hấp phụ selen, vì có diện tích bề 0.35 mặt lớn, ái lực hấp phụ chọn lọc cao. Trong bài 0.3 báo này, chúng tôi trình bày một số kết quả cố 0.25 định Zr(IV) trên nhựa PuroliteC100 nhằm mục Abs 0.2 y = 0.3921x + 0.0654 đích tách và làm giàu hợp chất selen trước khi 0.15 R² = 0.9962 phân tích. 0.1 2. THỰC NGHIỆM 0.05 2.1. Hóa chất 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Zirconi(IV) oxit clorua octahydrat Nồng độ Se(IV) (ppm) ZrOCl2.8H2O (PA, India, 99 %), As2O3 tinh khiết Hình 1. Đường chuẩn nồng độ từ 0,1 - 0,7 ppm phân tích (Merk), selen đioxit (PA, Merck), ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2020 24
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2.5. Thực nghiệm các thời gian khác nhau, lấy dung dịch đem xác định lượng Se(IV) bằng phương pháp đo quang. 2.5.1. Khảo sát điều kiện cố định Zr(IV) trên vật liệu. Xác định dung lượng hấp phụ selen cực đại: Cho Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H+: Lấy vào 0,5 g vật liệu vào các bình nón, thêm vào đó dung các bình nón, cho vào mỗi bình 0,5 g nhựa, thêm dịch selen có nồng độ từ 10 – 500 ppm, các dung 50,00 ml dung dịch Zr(IV) 0,04 M trong các dung dịch này đều có pH = 6. Tất cả các bình đều được dịch có nồng độ H+ thay đổi từ 0,2 M đến 2 M. Tất lắc với cùng tốc độ 150 vòng/phút trong 2 giờ ở cả các mẫu đều được lắc với cùng tốc độ 150 nhiệt độ phòng thí nghiệm, lấy dung dịch đem xác vòng/phút trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng thí nghiệm. định lượng Se(IV) bằng phương pháp đo quang. Sau đó lấy dung dịch kết tủa với NH3 và nung kết tủa ở 800 oC trong 2 giờ. Tính lượng Zr(IV) còn lại 2.5.4. Nghiên cứu khả năng giải hấp Se(IV) trên bằng phương pháp khối lượng. vật liệu Zr4/PC-1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Zr(IV) đến Thí nghiệm được làm lặp lại 3 lần, kết quả lấy chế tạo vật liệu: Lấy 0,5 g nhựa Purolitec100 đã hoạt giá trị trung bình. hóa vào các bình nón, thêm 50,00 ml dung dịch Cho vật liệu Zr4/PC-1 lắc với 50,00 ml dung dịch Zr(IV) có nồng độ thay đổi từ 0,01 M – 0,15 M. Tất Se(IV)100 ppm, tốc độ 150 vòng/phút trong 3 giờ ở cả các bình đều được lắc với cùng tốc độ 150 nhiệt độ phòng thí nghiệm, gạn rửa bằng nước cất vòng/phút, thời gian 2 giờ ở nhiệt độ phòng thí nhiều lần về trung tính. Tiến hành nghiên cứu ảnh nghiệm, lấy dung dịch kết tủa với NH3, nung kết hưởng của các loại hóa chất đến khả năng giải hấp tủa ở 800oC trong 2 giờ. Tính lượng Zr(IV) còn lại Se(IV) của vật liệu Zr4/PC-1 bằng phương pháp đo bằng phương pháp khối lượng. quang. Từ kết quả khảo sát tiến hành cố định Zr(IV) trên 2.5.5. Đánh giá khả năng làm giàu xác định lượng vật liệu PC-0, vật liệu sau khi cố định Zr(IV) kí hiệu vết Se của vật liệu Zr4/PC-1 Zr4/PC-1. Cho dung dịch Se(IV) 100 ppb chảy qua cột đã 2.5.2. So sánh khả năng hấp phụ Se(IV) của vật nhồi 0,5 g vật liệu Zr4/PC-1 với tốc độ 1,5 ml/phút liệu trước và sau khi cố định Zr(IV) ở nhiệt độ phòng thí nghiệm, sau khi chạy hết Lấy vật liệu PC-0 và vật liệu Zr4/PC-1 cho vào Se(IV) cho chạy bằng nước cất. Sau đó cho chạy bình nón, tiến hành lắc với dung dịch Se(IV)10 bằng dung dịch NaOH 1 M và chạy với nước cất. ppm, ở tốc độ 150 vòng/phút trong 3 giờ, nhiệt độ Trộn các mẫu thu được lại, xác định nồng độ Se(IV) phòng thí nghiệm, gạn lấy dung dịch đem xác định rửa giải bằng phương pháp đo quang. lượng Se(IV) bằng phương pháp đo quang, từ đó 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tính tải trọng hấp phụ. 3.1. Khảo sát điều kiện cố định Zr(IV) trên vật liệu 2.5.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Se(IV) của vật liệu 3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ [H+] đến chế tạo Tất cả các thí nghiệm được làm lặp lại 3 lần, kết vật liệu quả lấy giá trị trung bình Khảo sát ảnh hưởng của pH: Cho 0,5 g vật liệu Zr4/PC-1 vào các bình nón, thêm vào đó 50,00 ml dung dịch Se(IV) 10 ppm, các dung dịch có các giá trị pH = 2 đến 10. Tất cả các bình đều được lắc với cùng tốc độ 150 vòng/phút trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng thí nghiệm, lấy dung dịch đem xác định lượng Se(IV) bằng phương pháp đo quang. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian: Cho 0,5 g vật liệu Zr4/PC-1 vào các bình nón, thêm vào đó 50,00 ml dung dịch Se(IV) 10 ppm, các dung dịch này đều Hình 2. Ảnh hưởng hưởng của nồng độ [H+] đến khả có pH = 6. Tất cả các bình đều được lắc với cùng năng chế tạo vật liệu tốc độ 150 vòng/phút, nhiệt độ phòng thí nghiệm, ở Từ Hình 2 nhận thấy khi H+ tăng thì dung lượng hấp phụ giảm, chúng tôi đã chọn được ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2020 25
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ H+ = 0,2 M là điều kiện cố định Zr(IV) trên vật Se(IV) của vật liệu Zr4/PC-1 được biểu diễn ở liệu, nếu nồng độ H+ < 0,2 M thì sẽ xảy ra hiện Hình 4a. tượng thủy phân. 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ đầu Zr(IV) đến chế tạo vật liệu 40 %H 20 0 0 0.1 0.2 Nồng độ Zr(IV) (M) Hình 3. Ảnh hưởng hưởng của nồng độ đầu Zr(IV) Hình 4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ đến khả năng chế tạo vật liệu Se(IV) trên vật liệu Zr4/PC-1 Từ Hình 3 nhận thấy liên kết giữa Zr(IV) và O vật liệu kém bền khi nồng độ Zr(IV) tăng. Do đó + Zr O Se O nồng độ Zr(IV) cố định tốt nhất lên nhựa là 0,01 M. ZrOH ZrOH 2 Proton hãa HÊp phô ë pH < pH pzc ZrOH ZrOH Zr O 3.2. Tổng hợp vật liệu _ _ 2 HSeO3 , SeO 3 Se O ZrOH ZrOH Zr O Dựa vào kết quả khảo sát ở 3.1 để tổng hợp vật liệu: Cho vật liệu PC-0 đã hoạt hóa vào bình đựng Hình 5. Cơ chế tạo phức chất giữa ion Zr4+ với Se(IV) dung dịch Zr(IV) 0,01 M và nồng độ H+ trong Từ Hình 4 đã chỉ ra rằng ở pH = 6 thì dung dung dịch là 0,2 M, đem lắc cùng tốc độ 150 lượng hấp phụ Se(IV) của vật liệu Zr4/PC-1 đạt vòng/phút trong 3 giờ ở nhiệt độ phòng thí cực đại, do Se(IV) tồn tại chủ yếu ở dạng anion nghiệm. Thêm từ từ dung dịch NH3 25%, lắc tiếp HSeO3- và một phần nhỏ ở dạng SeO32- vì axit 3 giờ, để lắng 6 giờ. Lọc bằng giấy lọc băng xanh H2SeO3 có pKa1 = 2,55 và pKa2 = 8,15 [11], nên và rửa sạch bằng nước cất về pH trung tính. Sấy Se(IV) bị hấp phụ do sự tạo thành các phức chất ở 80oC trong 12 giờ, thu được vật liệu Zr/PC-1. giữa Zr4+ với các phối tử là các dạng anion của 3.3. So sánh khả năng hấp phụ Se(IV) của vật Se(IV) theo sơ đồ Hình 5. liệu trước và sau khi cố định Zr(IV) 3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian cân bằng đến Kết quả so sánh khả năng hấp phụ Se(IV) của khả năng hấp phụ Se(IV) trên vật liệu Zr4/PC-1 vật liệu trước và sau khi cố định Zr(IV) được chỉ Dung lượng hấp phụ (IV) của vật liệu theo thời ra ở Bảng 1. gian được trình bày trong Hình 6. Xác định được Bảng 1. Tải trọng hấp phụ Se(IV) của vật liệu trước thời gian đạt cân bằng hấp phụ (IV) của vật liệu và sau khi cố định Zr(IV) Zr4/PC-1 là 3 giờ. Vật liệu PC-0 Zr4/PC-1 2.700 Tải trọng hấp phụ Dung lượng hấp phụ Se(IV) (mg/g) 0,018 0,500 2.650 Se(IV) (mg/g) 2.600 Kết quả Bảng 1 ta thấy vật liệu sau khi cố định 2.550 Zr(IV) thì dung lượng hấp phụ tăng lên rõ rệt. 2.500 3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Se(IV) trên vật liệu 2.450 2.400 3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ 0 100 200 300 Se(IV) trên vật liệu Zr4/PC-1 Điều chỉnh pH dung dịch từ 2 – 10 bằng dung Thời gian (phút) dịch NaOH 0,1 M và HCl 0,1 M. Kết quả nghiên Hình 6. Ảnh hưởng của thời gian cân bằng đến khả cứu ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ năng hấp phụ Se(IV) trên vật liệu Zr4/PC-1 ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2020 26
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 3.4.3. Dung lượng hấp phụ selen cực đại của vật còn lại đem trung hòa rồi xác định lượng Se(IV) liệu Zr4/PC-1 bị rửa giải. Kết quả được chỉ ra ở Bảng 2. Cho 0,5 g vật liệu vào bình nón, thêm vào đó Bảng 2. Khảo sát khả năng giải hấp Se(IV) khỏi trên dung dịch Se(IV) có nồng độ 10 – 500 ppm, lắc vật liệu Zr4/PC-1 trong 3 giờ. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ Se(IV) cực đại của vật liệu Zr4/PC-1 được biểu Dung dịch Số lần Co(ppm) Ce(ppm) H% diễn trên Hình 6a, 6b. NaOH Lần 1 100 43,367 43,37 Lần 2 100 1,291 1,29 12 Lần 3 100 0,558 0,56 Dung lượng hấp phụ Se(IV) 10 HCl Lần 1 100 4,974 4,97 8 Lần 2 100 1,977 1,98 6 Lần 3 100 1,892 1,89 (mg/g) 4 NaCl Lần 1 100 11,352 11,35 2 Lần 2 100 0,982 0,98 0 Lần 3 100 0,255 0,26 0 100 200 300 400 Kết quả Bảng 2 ta thấy dung dịch NaOH có Nồng độ cân bằng Se(IV)(ppm) khả năng giải hấp tốt nhất, khi hiệu suất rửa giải thấp tức là liên kết giữa Se(IV) và Zr(IV) bền, do Hình 7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Se(IV) trên vật đó chúng tôi chọn dung dịch NaOH để giải hấp liệu Zr4/PC-1 Se(IV) khỏi vật liệu. 35 3.6. Đánh giá khả năng làm giàu xác định 30 lượng vết Se(IV) của vật liệu Zr4/PC-1 Ce/qe 25 Chuẩn bị 500 ml dung dịch Se(IV) 100 ppb cho y = 0.0816x + 6.9348 20 chạy qua cột đã nhồi 0,5 g vật liệu Zr4/PC-1 với R² = 0.994 15 tốc độ 1,5 ml/phút. Sau đó cho chạy bằng NaOH 10 1 M và nước cất, dung dịch thu được đem đi xác 5 Ce(ppm) định nồng độ Se(IV) đã rửa giải. Kết quả thu 0 được: Nồng độ Se rửa giải là: 0,96 ppm; Hệ số 0 100 200 300 400 làm giàu 25 lần. Ta thấy chất phân tích đã được làm giàu đáng kể với hệ số làm giàu 25 lần, nồng Hình 8. Đồ thị xác định hệ số phương trình độ selen rửa giải 0,96 ppm. Langmuir của vật liệu Zr4/PC-1 hấp phụ Se(IV) 4. KẾT LUẬN Từ đồ thị Hình 7, 8 cho thấy sự hấp phụ selen bằng vật liệu Zr 4 /PC-1 được mô tả phù Đã nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu hợp với mô hình đẳng nhiệt hấp phụ nhựa PuroliteC100 cố định Zr(IV) nhằm mục đích Langmuir với hệ số tương quan của phương tách và làm giàu hợp chất selen trong môi trường trình hồi quy là 0,994. Dung lượng hấp phụ nước. Vật liệu Zr4/PC-1 được tổng hợp trong môi cực đại của vật liệu Zr 4 /PC-1: trường NH3 ở các điều kiện tối ưu: 5 g vật liệu PC-0 + 30 ml dung dịch Zr(IV) 0,01 M và nồng 1 độ H+ trong dung dịch là 0,2 M + 3 ml dung dịch q max = = 12,25 (mg / g ) 0,0816 NH3 25 %, lọc và sấy ở 80 oC trong 12 giờ cho khả năng hấp phụ selen cao. Các kết quả nghiên 3.5. Ảnh hưởng của các loại hóa chất đến khả cứu cho thấy vật liệu có dung lượng hấp phụ selen năng giải hấp Se(IV) của vật liệu Zr4/PC-1 đạt cực đại 12,25 mgSe/g, thời gian cân bằng hấp Lấy vào 3 bình nón 250 ml mỗi bình 0,5 g vật phụ 3 giờ và pH hấp phụ selen tối ưu. Đánh giá liệu Zr4/PC-1 lắc với 50,00 ml dung dịch khả năng hấp phụ và làm giàu Se(IV) bằng Se(IV)100 ppm ở tốc độ 150 vòng/phút, sau 3 giờ phương pháp trắc quang, cho thấy hệ số làm giàu gạn rửa bằng nước cất nhiều lần về trung tính. Sau 25 lần. đó đem lắc với 50 ml các dung dịch NaOH 0,5 M, HCl 1 M, NaCl 1 M trong 3 giờ. Lấy dung dịch ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2020 27
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TÀI LIỆU THAM KHẢO [6] Liu Z.G., Zhang F.S., Sasai R. (2010), "Arsenate removal from water using Fe3O4- [1] Sheha R.R., El-Shazly E.A. (2010), loaded activated carbon prepared from waste "Kinetics and equilibrium modeling of Se(IV) biomass", Chemical Engineering Journal 160, removal from aqueous solutions using metal pp. 57-62. oxides", Chemical Engineering Journal 160, pp. 63-71. [7] Gonzalez C.M., Hernandez J., Peralta- Videa J.R., Botez C.E., Parsons J.G., Gardea [2] Afkhami A., Madrakian T. (2002), T.J.L. (2012), "Sorption kinetic study of selenite "Kinetic-spectrophotometric determination of and selenate onto a high and low pressure aged selenium in natural water after preconcentration iron oxide nanomaterial", J. Hazard. Mater 211- of elemental selenium onactivated carbon", 212, pp.138-145. Talanta 58(2), pp. 311-317. [8] Jamila S.Y., Amanda W.L., Julie B.Z. [3] Chen M., Yang T., Wang J. (2009), (2014), "Adsorption of selenite and selenate by "Precipitate coating on cellulose fibre as sorption nanocrystalline aluminum oxide, neat and medium for selenium preconcentration and impregnated in chitosan beads", Water Research speciation with hydride generation atomic 50, pp. 373-381. fluorescence spectrometry", Anal. Chim. Acta 631, pp. 74-79. [9] Jiaqi F., Xu Z., Shahua Q., Lin Z. (2012), "Preconcentration and speciation of ultra-trace Se [4] Bleiman N., Mishael Y.G (2010), (IV) and Se (VI) in environmental water samples "Selenium removal from drinking water by with nano-sized TiO2 colloid and determination adsorption to chitosan-clay composites and by HG-AFS", Talanta 94, pp. 167-171. oxides: Batch and columns tests", J. Hazard. Mater. 183, pp. 590-595. [10] Cao A.M., Monnell J.D., Matranga C., Wu J.M., Cao L.L., Gao D. (2007), "Hierarchical [5] Xiong C., He M., Hu B. (2008), "On-line nanostructured copper oxide and its application in separation and preconcentration of inorganic arsenic removal", Journal of Physical Chemistry arsenic and selenium species in natural water C111, pp. 18624-18628. samples with CTAB-modified alkyl silica microcolumn and determination by inductively [11] Ferguson J.F., Gavis J. (1972), "A review coupled plasma-optical emission spectrometry", of arsenic cycle in natural waters", Water Res. 6, Talanta 76, pp. 772-779. pp. 1259-1274. ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2020 28