S

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

======
LẠI THANH TÂM

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
GỐC PANi/ MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG
HẤP PHỤ DDT TÁCH CHIẾT
TỪ ĐẤT Ô NHIỄM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

HÀ NỘI - 2018



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

======
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
GỐC PANi/ MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG
HẤP PHỤ DDT TÁCH CHIẾT
TỪ ĐẤT Ô NHIỄM


công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện
có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội
đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình.
Hà Nội, tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Lại Thanh Tâm


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BVTV

Bảo vệ thực vật

MD

Mụn dừa

PANi hoặc PA

Polyaniline

PANi-MD/ PA-MD

Polyaniline- mụn dừa

VLHT

Vật liệu hấp thu


Persistent organic pollutans

SEM

Scanning Electron Microscope

VLHT

Vật liệu hấp thu

WE

Điện cực làm việc


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN ............................................................................ 3
1.1. Khái niệm về hóa chất BVTV .................................................................... 3
1.2. Phân loại hóa chất BVTV .......................................................................... 3
1.3. Khái niệm tổng quan về chất hữu cơ khó phân hủy ................................... 3
1.4. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nước ta .................................................. 5
1.6. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP ...................................................... 5
1.7. Tổng hợp và ứng dụng của Polyaniline ..................................................... 6
1.7.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi ..................................................................... 6
1.7.1.1. Phương pháp hóa học ........................................................................... 6
1.7.1.2. Phương pháp điện hóa .......................................................................... 9
1.7.1.3. Ứng dụng của Polyaniline trong xử lý ô nhiễm môi trường ............... 9
1.8. Mụn dừa ................................................................................................... 10

3.1.3. Phân tích ảnh SEM ...................................................................................28
3.2. Khả năng hấp phụ của vật liệu ................................................................. 30
3.2.1. Ảnh hưởng của bản chất vật liệu ........................................................... 30
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ....................................................................... 32
3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ....................................................... 34
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ ........................................................................ 34
3.3. Mô hình hấp phụ ...................................................................................... 37
3.3.1. Mô hình đẳng nhiệt Langmuir .............................................................. 37
3.3.2. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich ............................................................. 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 46
1. Kết luận ....................................................................................................... 46
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 47


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT ................................................................ 5
Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8 ................................... 8
Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................. 15
Hình 1.4. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C ................................................. 15
Hình 1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ............................................ 17
Hình 1.6. Đồ thi để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich .............. 17
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của Mụn dừa.......................................................... 26
Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của PANi ............................................................... 27
Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của PANi/MD ........................................................ 28
Hình 3.4. Ảnh SEM của mụn dừa ................................................................... 29
Hình 3.5. Ảnh SEM PANi............................................................................... 29
Hình 3.6. Ảnh SEM của PANi/Mụn dừa ........................................................ 29
Hình 3.7. Dung lượng hấp phụ o,p’ DDT của vật liệu .................................... 30

Hình 3.27. Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của DDT ban đầu ................... 43
Hình 3.28. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu hấp phụ đối với
chất o,p’ DDT ......................................................................................................44
Hình 3.29. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu hấp phụ đối với
chất p,p’ DDT ......................................................................................................44
Hình 3.30. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu hấp phụ đối với
chất DDT ......................................................................................................... 44


BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của mụn dừa .................................................. 10
Bảng 1.2. Mối tương quan của RL và dạng mô hình ....................................... 16
Bảng 3.1. Hiệu suất tổng hợp của vật liệu....................................................... 25
Bảng 3.2. Quy kết các nhóm chức của mụn dừa ............................................. 26
Bảng 3.3. Quy kết các nhóm chức của PANi .................................................. 27
Bảng 3.4. Quy kết các nhóm chức của PANi-mụn dừa .................................. 28
Bảng 3.5.Giá trị thông số phương trình đẳng nhiệt Langmuir ........................ 37
Bảng 3.6. Các thông sô của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật
liệu hấp phụ gốc PANi/ MD đối với o,p’ DDT .................................................38
Bảng 3.7. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật
liệu hấp phụ gốc PANi/ MD đối với p,p’ DDT .................................................40
Bảng 3.8. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật
liệu hấp phụ gốc PANi/ MD đối với DDT ...................................................... 43
Bảng 3.9. Giá trị thông số phương trình đẳng nhiệt Freundlich ..................... 44


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam là một quốc gia phát triển đi lên từ nông nghiệp. Và hoá chất
BVTV có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển nông nghiệp đối với nước

4. Đối tượng nghiên cứu
Thuốc BVTV, Polyaniline, mụn dừa
5. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, phân tích tài liệu, tiến hành
thí nghiệm so sánh…
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một
phương pháp xử lý mới chất ô nhiễm đơn giản, hiệu quả hơn.

2


Chương 1-TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm về hóa chất BVTV
Hóa chất BVTV hay còn gọi là thuốc BVTV là những loại hóa chất
bảo vệ cây trồng hoặc những sản phẩm bảo vệ mùa màng, là những chất được
tạo ra để chống lại và tiêu diệt loài gây hại hoặc các vật mang mầm bệnh.
Chúng cũng gồm các chất để đấu tranh với các loại sống cạnh tranh với cây
trồng cũng như nấm bệnh cây. Ngoài ra, các loại thuốc kích thích sinh trưởng,
giúp cây trồng đạt năng suất cao cũng là một dạng của hóa chất BVTV. Hóa
chất BVTV là những hóa chất độc, có khả năng phá hủy tế bào, tác động đến
cơ chế sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cả cây trồng, vì thế khi
các hợp chất này đi vào môi trường, chúng cũng có những tác động nguy
hiểm đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp.
Và đây cũng là lý do mà thuốc BVTV nằm trong số những hóa chất đầu tiên
được kiểm tra triệt để về bản chất, về tác dụng cũng như tác hại . [6]
1.2. Phân loại hóa chất BVTV
Hóa chất BVTV được phân loại như:
Thuốc trừ: sâu bệnh, cỏ dại, chuột, ốc sên, tuyến trùng, nhện hại cây,….
Trong đó nhóm hóa chất BVTV quen thuộc và được sử dụng rộng rãi nhất đó

bỏ Endosunfan

từ năm 2012. Như vậy, tính đến thời điểm hiện tại Công

ước Stockholm đã đưa vào danh sách quản lý 22 hóa chất/ nhóm hóa chất
POP [4,9].
* Cấu trúc của DDT
DDT là một trong các thuốc diệt côn trùng, chúng là một nhóm các
hợp chất hữu cơ có hai vòng thơm và có chứa clor, bao gồm 14 hợp chất
hữu cơ là các dạng tương đồng về tính chất, trong đó: 77,1% là p,p’-DDT;
14,9% là o,p’- DDT; 0,3% p,p’-DDD; 0,1% là o,p’-DDD; 4% là p,p’DDE; 0,1% là o,p’-DDE; sản phẩm khác là 3,5% [7,8], một số đặc tính cơ
bản của các hợp chất DDD, DDE, DDT được giới thiệu cụ thể trong bảng
1.1.
- Công thức hoá học của DDT: C14H9Cl5.

4


- Tên khoa học (IUPAC): diclor diphenyl triclorethan
- Cấu tạo phân tử của DDT:

-

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT
Độc tính: LD50 (chuột) = 113 mg/ kg, DDT có khả năng tích lũy
trong cơ thể người và động vật, nhất là các mô sữa, mô mỡ, đến khi đủ
lượng gây độc thì DDT sẽ gây ra một số bệnh hiểm nghèo như dị dạng,
quái thai, ung thư,… DDT gây độc mạnh với ong mật và cá nhưng lại rất an
toàn đối với cây trồng,trừ những cây thuộc họ bầu bí và hiện tại DDT đang
bị cấm sử dụng [7,8]

nay chưa có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu cầu thực
tế.[23]
1.6. Tổng hợp và ứng dụng của Polyaniline
1.6.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi
Đã có hàng ngàn báo cáo khoa học và bằng phát minh về những các
phương pháp tổng hợp của các loại polymer dẫn điện và phương pháp tổng
hợp có thể phân ra làm hai loại sau:
- Loại 1: Phương pháp hóa học
- Loại 2: Phương pháp điện hóa
Phương pháp điện hóa cho polymer ở dạng màng và phương pháp hóa
học cho polymer ở dạng bột. Những polymer dẫn điện thông dụng như
polypyrole (PPy), Polyaniline (PANi) và polythiophene (PT) có thể được
tổng hợp bằng cả hai phương pháp.
1.6.1.1. Phương pháp hóa học

6


Phương pháp polymer hóa aniline theo con đường hóa học đã được biết
từ lâu. Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra tính chất dẫn điện của PANi thì việc
nghiên cứu phương pháp tổng hợp được quan tâm nhiều hơn. Có

thể

polymer hóa aniline trong môi trường acid tạo thành Polyaniline có cấu tạo
cơ bản như sau:
H
N
N n
H

A-

reduction

N
H
Emeraldine salt
- HA

N

oxidation
n

N 2n
H
Leucoemeraldine salt

+ HA

H
N

H
N
A-

- HA

N

từ aniline, amoni persunfat, decylphosphonic acid hoặc
dodecylbenzensunfonic acid. Theo đó, hệ nhũ tương đảo được chuẩn
bị từ decylphosphonic acid hoặc dodecylbenzensunfonic acid, n-heptane,
amoni persunfat. Sau đó nhỏ từ từ dung dịch aniline trong n-heptane vào
hệ nhũ tương đảo. Kết quả là hỗn hợp chuyển từ màu trắng của hệ nhũ
tương sang màu vàng và cuối cùng là màu xanh lá cây. Sản phẩm thu được
là PANi đã được doping bởi acid và có cấu trúc hình ống. [1]

8


1.6.1.2. Phương pháp điện hóa
Ngoài phương pháp tổng hợp hóa học thông thường, do có tính chất
dẫn điện nên các polymer dẫn điện còn được tổng hợp bằng phương pháp
điện hóa. Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dùng dòng điện để tạo
nên sự phân cực với điện thế thích hợp, sao cho đủ năng lượng để oxi hóa
monome trên bề mặt điện cực, khơi mào cho polymer hóa điện hóa tạo
màng dẫn điện phủ trên bề mặt điện cực làm việc (WE). Điện cực làm việc
có thể là Au, Pt, thép CT3, thép 316L,... Đối với aniline, trước khi polymer
hóa điện hóa, aniline được hòa tan trong dung dịch acid như H 2SO4, HCl,
(COOH)2... Như vậy, có thể tạo trực tiếp PANi lên mẫu kim loại cần bảo
vệ; do đó việc chống ăn mòn và bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện
hóa có ưu việt hơn cả. Do thế oxi hoá của ANi khoảng 0,7V nên có thể sử
dụng phương pháp phân cực thế động trong khoảng thế từ -0,2 đến 1,2V
bằng thiết bị điện hoá potentiostat - là thiết bị tạo được điện thế hay dòng
điện theo yêu cầu để áp lên hệ điện cực, đồng thời cho phép ghi lại các tín
hiệu phản hồi (áp dòng ghi lại điện thế hoặc ngược lại). Từ các số liệu về
thế hoặc dòng phân cực tạo ra từ máy potentiostat và các số liệu phản hồi
ghi được đồ thị thế - dòng hay ngược lại là dòng - thế gọi là đường cong
phân cực. Qua các đặc trưng của đường cong phân cực có thể xác định


B

Độ ẩm

15,38

20,0

Tro

6,19

Cellulose

24,25

Pentosan (xylan-

27,31

C

D
25,5
9,0

40-50
10,4


0,5

K2O

0,9

10

35,5


Thành phần

% Chất khô

TOM (total

94-98

organic
matter)%
OC (organic

45-45

carbon) %
C:N

80:1


em đã chọn phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ khó phân hủy DDT bằng
vật liệu hấp phụ từ mụn dừa và PANi.
1.7.2.2. Ứng dụng của mụn dừa
Thực tế cho thấy, mụn dừa có rất nhiều ứng dụng trên mọi lĩnh vực
của cuộc sống, sau đây là một số ví dụ:
-Trong ngành hóa chất: Bột dính trong sản xuất gỗ ván, kết gắn các hạt
trong tấm vật liệu, công nghiệp nhựa, Than hoạt tính, Tar và pyroligneous,
Sản xuất K2O….
-Trong sản xuất vật liệu xây dựng: Vật liệu trần, sàn, mái, tường, thanh,
tấm, vật liệu cách nhiệt, cách âm, vật liệu bền trong nước,…
-Trong ngành nông nghiệp: Cocopeat, Phân bón, Giá thể trồng trọt, tác
nhân giữ nước, kích thích tăng trưởng, …
-Ưu điểm: Sản phẩm có 100% nguồn gốc thiên nhiên và có khả năng phân
hủy sinh học, thân thiện với môi trường và đặc biệt là tái tạo được.
-Nhược điểm: Độ dẫn điện cao ( hàm lượng muối cao) phải rửa bớt.
1.8. Lý thuyết về phương pháp hấp phụ
1.8.1. Phương pháp hấp phụ
1.8.1.1. Các khái niệm cơ bản
Hấp phụ là sự tích lũy hay tập trung các chất trên bề mặt phân cách
pha (khí - rắn, lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Chất có bề mặt trên

12


đó xảy ra sự

hấp phụ gọi là chất hấp phụ,

bề mặt chất hấp phụ gọi


13


hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [17,18, 21, 22].
Giải hấp phụ:
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ.
Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá
trình hấp phụ. Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang
đặc trưng về hiệu quả kinh tế. [17,18, 21, 22]
Dung lượng hấp phụ (q)
Dung lượng hấp phụ là lượng chất bị hấp phụ (độ hấp phụ) bởi 1 gam
chất hấp phụ rắn được tính theo công thức (1.1)

q=

(C0 - C).V
(1.1)
m

Trong đó:
q: lượng chất bị hấp phụ (mg/g).
C0, C: nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của
chất bị hấp phụ (mg/l).
V: thể tích dung dịch (l).
m: khối lượng chất hấp phụ (g). [17,18]
1.8.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
1.8.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Khi thiết lập phương trình hấp phụ, Langmuir đã xuất phát từ các giả
thuyết sau [17,18]:
- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác