Thạc Sĩ Nghiên cứu phương pháp phân tích và xử lý axit 2,4-điclophenoxyaxetic (2,4-D)và 2,4-đinitrophenol (D

MỞ ĐẦU

Sự thay đổi khí hậu hiện nay trở thành hiểm họa trên toàn cầu, vì vậy xử lý ô nhiễm môi trường đã và đang là vấn đề được cả thế giới quan tâm nghiên cứu.Trong đó, mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia là nghiên cứu để xây dựng quy trình công nghệ xử lý một cách hữu hiệu nguồn nước thải công nghiệp chứa các hợp chất khó bị phân hủy bằng những phương pháp đơn giản.Đặc biệt là các nguồn nước thải chứa các hợp chất vòng thơm được sinh ra từ các nhà máy sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ, thuốc nhuộm, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV).Những năm gần đây, nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ xử lý các hợp chất vòng thơm đã đề xuất một số giải pháp công nghệ đạt hiệu quả cao dựa trên các phương pháp: quang hóa và quang xúc tác, điện hóa, ozon hóa, sử dụng vi sinh vật - thực vật, hấp phụ và các phản ứng oxi hóa nâng cao.
Nhiều công trình khẳng định rằng, quá trình oxi hóa nâng cao có thể ứng dụng để xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ khó phân hủy trong nguồn nước thải từ các nhà máy sản xuất hóa chất, nhà máy lọc dầu và khí đốt, nhà máy chế hóa nhiên liệu, làm sạch động cơ và kim loại.Đặc biệt, quá trình oxi hóa nâng cao được ứng dụng để phân hủy chất thải độc hại, các chất thải không thể phân huỷ bởi vi sinh vật – thực vật.
Hiện nay, việc sử dụng kim loại để khử các hợp chất có tính nổ đã và đang ngày được chú trọng. Ngoài ưu điểm khả năng phân hủy chất cao còn do việc dễ dàng áp dụng, công nghệ đơn giản, giá thành thấp.Tuy nhiên, phương pháp này còn hạn chế là quá trình phân hủy không triệt để, chỉ tạo ra những sản phẩm ít độc hơn với môi trường chứ không thể chuyển hóa hoàn toàn chúng. Một số thử nghiệm cho thấy phản ứng phân hủy các hợp chất hữu cơ bền vững bằng kim loại kết hợp với muối peoxiđisunfat (S[SUB]2[/SUB]O[SUB]8[/SUB][SUP]2-[/SUP]) thì có thể đạt hiệu quả xử lý rất cao. Lúc này, trong hệ phản ứng không chỉ có quá trình khử hóa các hợp chất nitro mà còn xảy ra quá trình oxi hóa nâng cao.
Nhiều nghiên cứu dựa trên phương pháp Fenton: dùng gốc hydroxyl tự do. Hydroxyl là tác nhân oxi hóa rất mạnh có khả năng chuyển hóa hoàn toàn chất hữu cơ khó phân hủy.Song thời gian tồn tại rất ngắn và có thể bị mất hoạt tính khi có mặt ion CO­[SUB]3[/SUB][SUP]2-[/SUP] và PO[SUB]4[/SUB][SUP]2-[/SUP]. Nhưng phản ứng oxi hóa nâng cao bằng kim loại sắt hóa trị không kết hợp với muối peoxiđisunfat(S[SUB]2[/SUB]O[SUB]8[/SUB][SUP]2-[/SUP]) sinh ra tác nhân oxi hóa mạnh SO[SUB]4[/SUB][SUP]*-[/SUP] có thời gian tồn tại lâu hơn so với hệ Fenton. Từ những yêu cầu thực tế, lý do nêu trên và dựa vào cơ sở trang thiết bị của Bộ môn Hóa Phân Tích - Khoa Hóa học - Trường Đại học sư phạm Hà Nội, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu phương pháp phân tích và xử lýaxit 2,4-điclophenoxyaxetic (2,4-D)và 2,4-đinitrophenol (DNP) trong nước thải bằng sắt kim loại kết hợp muối amoni pesunfat ” .
v MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-Nghiên cứu xác định2,4-D và DNP bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan anot (DPASV).
- Ứng dụng phương pháp DPASV để theo dõi quá trình chuyển hóa2,4-D và DNPbằng sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat.
- Ứng dụng phương pháp DPASV để theo dõi quá trình chuyển hóa 2,4-D và DNP bằng sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat để xử lý nước thải nhà máy.
v ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu phương pháp Von-Ampe hòa tan anotđể phân tích nồng độ 2,4-D và DNP trong nước thải công nghiệp.
- Ứng dụngsắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat để xử lý nước thải nhà máy.
v NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Xác định được điều kiện tối ưu để đưa ra quá trình phân tích bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan anot.
- Nghiên cứu sự chuyển hóa hóa của sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfatvới 2,4-D và DNP.
- Xây dựng phương trình đường chuẩn để xác định nồng độ 2,4-D và DNP trong nước thải nhà máy.
- Ứng dụngsắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat để xử lý nước thải nhà máy.
v PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-Sử dụng máy cực phổ để xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng 2,4-D và DNP.
- Xác định hàm lượng 2,4-D và DNP trong nước thải nhà máy bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan.
- Sử dụng quá trình oxi hóa nâng cao cụ thể là: phản ứng oxi hóa nâng cao bằng kim loại sắt hóa trị không kết hợp với muối amoni pesunfatđể xử lý nước thải chứa 2,4-D và DNP.
v PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
-Sử dụng phương pháp Von-Ampe hòa tan anot.
- Sử dụng phản ứng oxi hóa nâng cao bằng kim loại sắt hóa trị không kết hợp với muối (NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2[/SUB]S[SUB]2[/SUB]O[SUB]8[/SUB].
v Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
- Về mặt lý thuyết: Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao pic dòng hòa tan anot.
- Về mặt thực tế: Ứng dụng quy trình phân tích để xác định và theo dõi hàm lượng 2,4-D và DNP trong nước thải.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10
1.1. TỔNG QUAN VỂ HỢP CHẤT VÒNG THƠM 10
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo và các tính chất vật lý cơ bản của hợp chất vòng thơm 10
1.1.1.1. Đặc điểm cấu tạo 10
1.1.1.2. Tính chất vật lý 11
1.1.2. Khái quát về đặc điểm, tính chất của DNP và 2,4-D 11
1.1.2.1. DNP 11
1.1.2.2. 2,4-D 13
1.2. HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM CÁC HỢP CHẤT VÒNG THƠM 15
1.2.1. Phương pháp xử lý bằng vật lý, cơ học 15
1.2.2. Phương pháp ozon hoá 16
1.2.3. Phương pháp điện hóa 17
1.2.4. Hấp phụ bằng than hoạt tính 18
1.2.5. Phương pháp sử dụng vi sinh vật và thực vật 20
1.2.6. Phương pháp Fenton 22
1.3. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HỢP CHẤT VÒNG THƠM BẰNG TÁC NHÂN SẮT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI MUỐI AMONI PESUNFAT 24
1.3.1. Sơ lược về sắt kim loại 24
1.3.2. Muối amoni pesunfat 24
1.3.3. Ứng dụng sắt kim loại để phân hủy các hợp chất nitro vòng 26
1.3.4. Xử lý hợp chất vòng thơm có chứa nitro và clo bằng hệ thống sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat 27
1.4. SƠ LƯỢC VỀ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE 28
1.4.1. Thiết bị phân tích 28
1.4.2. Nguyên tắc của phương pháp Von-Ampe hòa tan 29
1.4.3. Kỹ thuật xung vi phân (DP) 32
CHƯƠNG 2 : THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33
2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ 33
2.1.1. Máy cực phổ đa năng 757 VA Computrace 33
2.1.2. Các thiết bị và dụng cụ khác 34
2.2. HÓA CHẤT 34
2.2.1. Các hóa chất dùng 34
2.2.2. Pha hóa chất 34
2.3. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 35
2.3.1. Nghiên cứu tìm pH tối ưu 35
2.3.2. Khảo sát thông số máy đo 35
2.3.3. Nghiên cứu chuyển hóa 2,4-D và DNP bằng tác nhân sắt kim loại và hệ sắt kim loại kết hợp muối amoni pesunfat 36
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 37
2.4.1. Xây dựng đường chuẩn và thêm chuẩn 37
2.4.2. Nghiên cứu, khảo sát độ lặp kết quả đo trong phương pháp von-ampe hòa tan 40
2.4.3. Giới hạn định lượng và giới hạn phát hiện 40
2.4.4. Xử lý kết quả thực nghiệm 43
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. NGHIÊN CỨU TÌM ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CỦA PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 2,4-D và DNP BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN ANOT XUNG VI PHÂN 44
3.1.1. Nghiên cứu chọn nền và khoảng quét thế 44
3.1.2. Nghiên cứu tìm pH tối ưu 44
3.1.3. Khảo sát thế làm giàu 46
3.1.4. Khảo sát thời gian làm giàu 47
3.1.5. Khảo sát biên độ xung 47
3.1.6. Khảo sát thời gian đặt một xung 48
3.1.7. Khảo sát bước nhảy thế 50
3.1.8. Khảo sát thời gian cho 1 bước nhảy thế 51
3.1.9. Kích thước giọt thủy ngân (Hg) 52
3.1.10. Thời gian đuổi khí 52
3.1.11. Các điều kiện tối ưu để xác định 2,4-D và DNP 53
3.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH 2,4-D VÀ DNP BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN ANOT 54
3.3. GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG 57
3.4. NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC CHO PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CHUẨN CỦA 2,4-D VÀ DNP 57
3.5. NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA 2,4-D VÀ DNP BẰNG TÁC NHÂN SẮT KIM LOẠI 60
3.5.1. Ảnh hưởng của sự khuấy trộn 60
3.5.2. Ảnh hưởng của thời gian 61
3.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng Fe 63
3.6. NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA 2,4-D và DNP BẰNG TÁC NHÂN SẮT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI MUỐI AMONI PESUNFAT 64
3.6.1. Khảo sát sự khuấy trộn tới quá trình chuyển hóa 2,4-D và DNP 64
3.6.2. Ảnh hưởng của thời gian 65
3.6.3. Ảnh hưởng của khối lượng Fe 67
3.6.3. Khảo sát khối lượng muối (NH4)2S2O8 68
3.7. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN ANOT XÁC ĐỊNH VÀ XỬ LÝ 2,4-D VÀ DNPTRONG MẪU NƯỚC THẢI CHƯA QUA XỬ LÝ CỦA NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP 70
3.7.1. Xác định hàm lượng 2,4-D và DNP trong mẫu nước thải 70
3.7.1.1. Xử lý mẫu 70
3.7.1.2. Xác định nồng độ 2,4-D và DNP trong mẫu nước thải bằng phương pháp thêm chuẩn 70
3.7.2. Xử lý 2,4-D và DNP trong mẫu nước thải 73
3.7.2.1. Xử lý 2,4-D và DNP bằng sắt kim loại 73
3.7.2.2. Xử lý 2,4-D và DNP bằng Fe kết hợp muối (NH4)2S2O8 74
3.8. TỔNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TỐI ƯU KHI XỬ LÝ BẰNG Fe KẾT HỢP (NH4)2S2O8 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
PHỤ LỤC 85