nghiên cứu sử dụng polyanilin xơ dừa hấp thu thuốc bảo vệ thực vật

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐỖ MINH HẰNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG

POLYANILIN - XƠ DỪA
HẤP THU THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

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

HÀ NỘI, 2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐỖ MINH HẰNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG
POLYANILIN - XƠ DỪA
HẤP THU THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

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

|Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

ThS. Nguyễn Quang Hợp

HÀ NỘI, 2016


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến PGS.TS. Lê Xuân Quế và thầy giáo ThS. Nguyễn Quang Hợp đã tận
tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình thực nghiệm.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa Học, Trƣờng Đại
học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức và hƣớng dẫn em
trong suốt quá trình học tập. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu đƣợc trong suốt
quá trình học tập bốn năm qua không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu
khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bƣớc vào đời một cách vững
chắc và tự tin.
Trân trọng!


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ
từ giáo viên hƣớng dẫn là PGS. TS. Lê Xuân Quế và thầy giáo ThS. Nguyễn
Quang Hợp. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung
thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào
trƣớc đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm trƣớc Hội đồng, cũng nhƣ kết quả khóa luận của mình.

Hà Nội, tháng 05 năm 2016
Sinh viên

Đỗ Minh Hằng

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 2
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2
4. Đối tƣợng nghiên cứu .............................................................................. 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3
1.1. Định nghĩa thuốc BVTV ........................................................................ 3
1.2. Phân loại thuốc BVTV ............................................................................ 3
1.3. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta ............................................. 4
1.4. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP ................................................... 6
1.4.1 Các biện pháp xử lý trên thế giới ..................................................... 6
1.4.2 Các biện pháp xử lý tại Việt Nam .................................................... 7
1.5. Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin .................................................... 8
1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi ................................................................. 8
1.5.1.1 Phương pháp hóa học................................................................... 8
1.5.1.2 Phương pháp điện hóa................................................................ 10
1.5.1.3 Ứng dụng của polyanilin trong xử lý ô nhiễm môi trường ............. 12
1.5.2 Xơ dừa và ứng dụng của xơ dừa ......................................................... 12
1.5.2.1 Thành phần hóa học của xơ dừa ................................................ 12
1.5.2.2 Cấu trúc và ứng dụng của xơ dừa .............................................. 13
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ........ 14
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 14
2.1.1 Phương pháp chiết rửa thuốc BVTV ra khỏi đất ô nhiễm............... 14

2.1.2 Phương pháp hấp phụ các chất ô nhiễm ........................................ 14
2.1.3 Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS .................................................. 15
2.1.4 Phần mềm xử lý số liệu Origin và Excel ........................................ 16
2.2.Thực nghiệm .......................................................................................... 17
2.2.1 Máy móc và thiết bị ....................................................................... 17
2.2.2 Dụng cụ và hóa chất ...................................................................... 17
2.2.3 Tiến hành thí nghiệm ..................................................................... 17
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 20
3.1. Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp thu ...................................................... 20
3.2. Đặc trƣng của xơ dừa và PANi-XD ........................................................ 20
3.3. Khả năng hấp thu thuốc BVTV của vật liệu ......................................... 24
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8
Hình 2.1: Thí nghiệm hấp phụ thuốc BVTV
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của xơ dừa, PANi và PANi-xơ dừa
Hình 3.2: Ảnh SEM của xơ dừa (a), PANi (b) và PANi-XD (c)
Hình 3.3. Sắc kí đồ phân tích thuốc BVTV của một số mẫu hấp thu
Hình 3.4: Nồng độ thuốc BVTV sau khi hấp thu còn lại trong các mẫu
Hình 3.5: Nồng độ thuốc BVTV đã hấp thu đƣợc bằng các vật liệu
Hình 3.6: Tổng nồng độ thuốc BVTV đã hấp thu đƣợc bằng các vật liệu
Hình 3.7: Hiệu suất hấp thu
Hình 3.8: Dung lƣợng các chất thuốc BVTV hấp thu đƣợc bằng các vật liệu
Hình 3.9: Tổng dung lƣợng các chất thuốc BVTV hấp thu đƣợc bằng các vật liệu

BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Quy kết các nhóm chức của xơ dừa
Bảng 3.2. . Quy kết các nhóm chức của PANi
Bảng 3.3. . Quy kết các nhóm chức của PANi-xơ dừa
Bảng 3.4: Nồng độ thuốc BVTV sau khi hấp thu còn lại trong các mẫu
Bảng 3.5: Nồng độ thuốc BVTV đã hấp thu đƣợc bằng các vật liệu
Bảng 3.5: Nồng độ thuốc BVTV đã hấp thu đƣợc bằng các vật liệu
Bảng 3.6: Dung lƣợng thuốc BVTV đƣợc hấp thu cho từng chất


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BVTV

Bảo vệ thực vật

XD

Xơ dừa

PANi hoặc PA

Polyanilin

PANi-XD/ PA-XD

Polyanilin-xơ dừa

VLHT

Vật liệu hấp thu

APS

Amoni pesunfat

CV

Vòng tuần hoàn đa chu kỳ

DDD

Dichlorodiphenyldichloroethan

DDE

Dichlorodiphenyldichloroethylen

DDT

1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethan

GCMS

Gas Chromatography Mass Spectometry

IR

Phổ hồng ngoại

PCB

Polychlorinated Biphenyls

POP

Persistent organic pollutans

SEM

Scanning Electron Microscope

VLHT

Vật liệu hấp thu

WE

Điện cực làm việc


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đã có rất nhiều các nhà khoa học đã nghiên cứu xử lý đất bị ô nhiễm
hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP có trong thuốc BVTV mà chúng ta đã sử
dụng bằng các hợp chất nhƣ than hoạt tính, sắt nano, mùn cƣa, hay một số vật
liệu compozit bằng các phƣơng pháp khác nhau nhƣ: phƣơng pháp điện hóa,
phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp trắc quang….Nhƣng hầu hết các phƣơng
pháp này đƣợc tiến hành đều rất tốn kém, hiệu quả thấp và cần những trang

thiết bị hiện đại tính khả thi không cao, khó có khả năng áp dụng vào thực tế
đời sống sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất.
Các phụ phẩm nông nghiệp cũng đƣợc nghiên cứu để sử dụng trong
việc xử lý thuốc BVTV trong đất vì chúng có ƣu điểm là giá thành rẻ là vật
liệu có thể tái tạo đƣợc và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ
biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao.
Các vật liệu lignocelluloses nhƣ mùn cƣa, xơ dừa, trấu, đã đƣợc nghiên
cứu cho thấy khả năng tách các kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ khó phân
hủy nhờ vào thành phần cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer
nhƣ cellulose, pectin, lignin các polymer này có thể hấp phụ đƣợc nhiều ion
kim loại.
Với mục tiêu tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp có khả năng xử
lý hiệu quả POP trong nghiên cứu ban đầu này tôi chọn sản phẩm là xơ dừa
để khảo sát khả năng tách POP của chúng trong môi trƣờng đất. Quá trình
biến tính xơ dừa bằng axit clohidric cũng đƣợc áp dụng để xem xét hiệu quả
của nó đối với việc tách POP trong đất.
Từ những lý do khách quan đó tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp
PANi - xơ dừa hấp thu thuốc bảo vệ thực vật”.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1


2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu hiệu suất hấp thu thuốc BVTV bằng VLHT PANi – xơ dừa.
POP là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy tồn dƣ trong môi trƣờng đất
thông qua quá trình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông
nghiệp. Khi nghiên cứu đƣợc quá trình phân hủy của POP bằng VLHP PANi xơ dừa ta có thể áp dụng phân hủy các hợp chất kém bền hơn nhƣ: Phenol,
clobenzen (dẫn xuất halogen), ancol, các loại amin, các hợp chất dị vòng…

Từ đó có thể tìm ra phƣơng pháp đơn giản hơn để xử lí chất ô nhiễm bảo vệ
môi trƣờng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu về vấn đề ô nhiễm thuốc BVTV và các phƣơng
pháp xử lý thuốc BVTV tồn dƣ trong đất và các môi trƣờng khác.
Dự tính, lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm.
Tiến hành lấy mẫu, làm thí nghiêm. Ghi kết quả thu đƣợc.
Phân tích, đánh giá kết quả mẫu sau khi làm thí nghiệm bằng máy phân
tích…
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Thuốc bảo vệ thực vật, polyanilin, xơ dừa.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài hình thành dựa trên phƣơng pháp thu thập tài liệu, phân tích, tiến
hành thực nghiệm so sánh…
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của báo cáo góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra
một phƣơng pháp mới xử lí chất ô nhiễm một cách đơn giản và hiệu quả hơn.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Định nghĩa thuốc BVTV [14]
Thuốc BVTV là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm
sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng, …),
những chất có nguồn gốc thực vật, động vật, đƣợc sử dụng để bảo vệ cây
trồng và nông sản, chống lại sự phá hại của những sinh vật gây hại (côn trùng,

nhện, tuyến trùng, chuột, chim, thú rừng, nấm, vi khuẩn, rong rêu, cỏ dại, …).
Ngoài tác dụng phòng trừ sinh vật gây hại tài nguyên thực vật, thuốc BVTV
còn bao gồm cả những chế phẩm có tác dụng điều hoà sinh trƣởng thực vật,
các chất làm rụng lá, làm khô cây, giúp cho việc thu hoạch mùa màng bằng cơ
giới đƣợc thuận tiện (thu hoạch bông vải, khoai tây bằng máy móc, …).
Những chế phẩm có tác dụng xua đuổi hoặc thu hút các loài sinh vật gây hại
tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt.
1.2. Phân loại thuốc BVTV [14]
Thuốc BVTV đƣợc chia thành từng nhóm tuỳ theo công dụng của chúng:
1. Thuốc trừ sâu
2. Thuốc trừ bệnh
3. Thuốc trừ cỏ dại
4. Thuốc trừ ốc sên
5. Thuốc trừ chuột
6. Thuốc trừ nhện hại cây
7. Thuốc trừ tuyến trùng
8. Thuốc trừ động vật hoang dã hại mùa màng
9. Thuốc trừ cỏ hại mùa màng
10.Thuốc xông trừ sâu bệnh hại nông sản trong kho

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

3


11.Thuốc trừ thân cây mộc
12.Thuốc làm rụng lá cây
13. Thuốc làm khô cây
14.Thuốc điều hoà sinh trƣởng cây
15.Thuốc trừ chim hại mùa màng

1.3. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta [15]
Thuốc BVTV bắt đầu sử dụng ở miền Bắc vào những năm 1955 và
cho đến nay việc sử dung thuốc BVTV ở nƣớc ta tăng nhanh. Theo cục
BVTV, trong giai đoạn 1981-1986, số lƣợng thuốc sử dụng là 6,5-9 nghìn tấn
thƣơng phẩm, tăng lên 20-30 nghìn tấn trong giai đoạn 1991-2000 và từ 3675,8 nghìn tấn trong giai đoạn 2001-2010. Lƣợng hoạt chất tính theo đầu diện
tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3 kg (1981-1986) và lên 1,24-2,54 (20012010). Chính việc sử dụng thuốc BVTV tăng nhanh là nguyên nhân gây lên ô
nhiễm môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng đất ở nƣớc ta. Theo thống kê, hiện
nay nƣớc ta có khoảng trên 1153 khu vực ô nhiễm nặng thuốc bảo vệ thực vật
dạng POP.
Theo khảo sát cho thấy tại tỉnh Nghệ An có hàng trăm điểm bị nhiễm,
điển hình là Hòn Trơ, Diễn Châu, Kim Liên, Nam Đàn. Đặc biệt là kho thuốc
bảo vệ thực vật tại xã Diễn Yên, huyện Diễn Châu và địa điểm Hòn Trơ là
một trong 913 điểm tồn lƣu thuốc bảo vệ thực vật trên địa bàn tỉnh tồn tại
hàng chục năm nay, kho thuốc đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ảnh
hƣởng đời sống dân sinh của ngƣời dân.
Qua nghiên cứu đƣợc tiến hành vào năm 2006 (Vũ Đức Toàn thuộc
Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Thủy Lợi), với 60 mẫu tại các xã thị trấn,
thuộc 5 huyện ngoại thành Sóc Sơn, Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm, Thanh
Trì và nội thành Hà Nội. Các mẫu đƣợc lấy ở những khu vực nông nghiệp
đồng thời đƣợc lấy ngẫu nhiên tại các khu vực có hoạt động đô thị và hoạt

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

4


động công nghiệp. Kết quả phân tích cho thấy DDT tổng nằm trong khoảng từ
ND đến 171,83 ng/g (trung bình 56,68 ng/g). Tuy nhiên, vẫn còn một số mẫu
có DDT tổng vƣợt quá ngƣỡng trên. Kết quả phân tích cho thấy trong 8 mẫu
thuộc khu vực có hoạt động nông nghiệp của huyện Sóc Sơn, Từ Liêm và

Thanh Trì, hàm lƣợng DDT tổng lần lƣợt là 161,84; 163,75; 102,25; 106,76;
164,27, 164,38 và 171,83 ng/g. Tại các khu vực khác nhƣ khu công nghiệp,
trung tâm Hà Nội và các khu trung tâm của năm huyện ngoại thành, DDT
tổng cũng đƣợc tìm thấy và nằm trong khoảng từ ND đến 67,82 ng/g (trung
bình 21,22 ng/g). Nhƣ vậy, tồn dƣ của DDT trong đất vẫn ở mức độ đáng kể,
ngoài ra DDT còn đƣợc phát hiện thấy tại mặt nƣớc một số hồ, kênh và tại
bệnh viện hoặc khu vực dân cƣ trong nội thành Hà Nội là khá cao cụ thể là
theo kết quả phân tích năm 1997 của Đặng Đức Nhận và các cộng sự, hàm
lƣợng DDT tổng trong trầm tích tại các kênh trong khu vực trung tâm và
ngoại thành Hà Nội vào mùa khô, nằm trong khoảng từ 7- 80 ng/g. Đến năm
2000, tiếp tục xác định đƣợc tổng hàm lƣợng POP trung bình trong các mẫu
bùn ở Hà Nội vào mùa mƣa là 583 ng/g và giảm đi một nửa vào mùa khô.
Đặc biệt hàm lƣợng trung bình của DDT tổng của các mẫy bùn lấy từ kênh
rạch gần khu bệnh viện Bạch Mai và Đại La có giá trị 1.300 ng/g.
Tại Vĩnh Phúc, theo kết quả nghiên cứu thống kê đã công bố, tình trạng ô
nhiễm thuốc bảo vệ thực vật xảy ra khá phức tạp ở nhiều vùng trong tỉnh. Kết
quả phân tích cho thấy: trong đất trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc nói chung đều dƣ
lƣợng thuốc BVTV vƣợt quá mức cho phép từ 10-15%; trong đó huyện Mê Linh
vƣợt trên 18%, Yên Lạc, Vĩnh Tƣờng vƣợt trên 20% đặc biệt là thuốc BVTV họ
clo là loại thuốc khó phân hủy, tồn tại rất lâu trong môi trƣờng đất nhƣng đã phát
hiện có trong 10 mẫu, chiếm 23,03%...
Nhƣ vậy tình trạng đất ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật nói chung và
thuốc BVTV khó phân hủy nói riêng ngày càng là một vấn đề cấp bách ở

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

5


nƣớc ta. Nó ảnh hƣởng và tác động nghiêm trọng đến việc sản xuất nông

nghiệp cũng nhƣ môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời
1.4. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP[15]
1.4.1 Các biện pháp xử lý trên thế giới
1) Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời).
2) Phá hủy bằng vi sóng Plasma.
3) Oxy hóa bằng không khí ƣớt.
4) Oxy hóa bằng nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy).
5) Phân hủy bằng công nghệ sinh học.
Quá trình này dựa trên sự hoạt động của các sinh vật sống (vi khuẩn và
nấm) để phân hủy những chất ô nhiễm tới nồng độ thấp hơn ngƣỡng cho
phép. Phƣơng pháp này thể hiện những ƣu điểm so với các phƣơng pháp
trên là chi phí cho quá trình xử lý thấp hơn và có khả năng phân hủy hoàn
toàn chất gây ô nhiễm mà không làm thay đổi kết cấu của môi trƣờng
xung quanh. Tuy nhiên điểm hạn chế tƣơng đối lớn của phƣơng pháp này
là ngƣỡng nồng độ xử lý đƣợc tƣơng đối thấp so với các phƣơng pháp
khác và thời gian xử lý tƣơng đối dài.
6) Khử bằng hóa chất pha hơi.
Bản chất của phản ứng này là tiến hành khử DDT bằng hidro ở nhiệt độ
hoặc cao hơn. Nguồn sản sinh hidro ở đây là nƣớc. Sản phẩm cuối
cùng của quá tỉnh xử lý là metan sau đó sẽ chuyển thành

và HCl. Khí

thải sau quá trình xử lí xẽ đƣợc tách bụi và axit.
7) Khử bằng chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian.
8) Oxy hóa muối nóng chảy.
9) Oxy hóa siêu tới hạn và plasma.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

6


Quá trình oxy hóa đƣợc tiến hành ở áp xuất 250 atm. Nhiệt độ dao động
từ 400 –

sản phẩm chính là

, nƣớc, axit hữu cơ và muối.

Phƣơng pháp này đã đƣợc cấp phép tại Nhật và Mỹ
10) Sử dụng lò đốt đặc chủng.
11) Lò đốt xi măng.
1.4.2 Các biện pháp xử lý tại Việt Nam
Hiện nay ở nƣớc ta chƣa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dƣ thuốc
bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy trên.
Cho đến nay vẫn sử dụng các công nghệ
- Sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi trƣờng –
Bộ tƣ lênh Hoá học).
- Sử dụng lò đốt xi măng nhiệt độ cao (Công ty Holchim thí điểm tại Hòn
Chông).
- Sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh cƣỡng bức (Công ty Môi trƣờng
Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp).
- Công nghệ phân huỷ sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số
đơn vị khác thực hiện). Tuy nhiên các phƣơng pháp trên có nhiều hạn chế:
 Phải đào xúc vận chuyển khối lƣợng lớn đất tồn dƣ
 Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn
 Việc nung đốt trong lò xi măng chƣa khẳng định đã phân hủy hoàn toàn
chất độc hại, mà không phát sinh dioxin thải ra môi trƣờng
 Chi phí đốt quá lớn

Yêu cầu công nghệ phù hợp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam
vừa có thể triển khai rộng, phù hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trình độ
kỹ thuật và quản lý ở trong nƣớc, mà vẫn giữ đƣợc yêu cầu tối quan trọng là
không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp nhƣ đioxin,

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

7


furan hay các chất độc hại khác ra môi trƣờng. Tuy nhiên, cho đến nay chƣa
có phƣơng pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế.
1.5. Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin
1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi [16]
Trải qua ba thập niên kể từ lúc phát hiện vào năm 1977, đã có hàng ngàn
báo cáo khoa học và bằng phát minh mô tả về những các phƣơng pháp tổng
hợp của các loại polyme dẫn điện. Phƣơng cách tổng hợp có thể phân ra làm
hai loại:
- Phƣơng pháp điện hóa
- Phƣơng pháp hóa học.
Phƣơng pháp điện hóa cho polyme ở dạng màng và phƣơng pháp hóa
học cho polyme ở dạng bột. Những polyme dẫn điện thông dụng nhƣ
polypyrol (PPy), polyanilin (PANi) và polythiophen (PT) có thể đƣợc tổng
hợp bằng cả hai phƣơng pháp.
1.5.1.1 Phương pháp hóa học
Phƣơng pháp polyme hóa anilin theo con đƣờng hóa học đã đƣợc biết
đến từ lâu. Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra tính chất dẫn điện của PANi thì
việc nghiên cứu các phƣơng pháp tổng hợp đƣợc quan tâm nhiều hơn. Có thể
polyme hóa anilin trong môi trƣờng axit tạo thành polyanilin có cấu tạo cơ
bản nhƣ sau:

H
N
N n
H
polyanilin (PANi)

Nguyên tắc của việc tổng hợp PANi theo phƣơng pháp hoá học là sử
dụng các chất oxi hoá nhƣ (NH4)2S2O8, Na2S2O8, K2Cr2O7, KMnO4, FeCl3,

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

8


H2O2... trong môi trƣờng axit. Thế oxi hoá ANi khoảng 0,7V. Vì vậy, chỉ cần
dùng các chất oxi hoá có thế oxi hoá trong khoảng này là có thể oxi hoá đƣợc
ANi. Các chất này vừa oxi hoá ANi, PANi, vừa đóng vai trò là chất doping
PANi. Trong các chất nói trên thì (NH4)2S2O8 đƣợc quan tâm nhiều hơn vì thế
oxi hoá - khử của nó cao, khoảng 2,01V và PANi tổng hợp bằng chất này có
khả năng dẫn điện cao. PANi đƣợc tổng hợp bằng (NH4)2S2O8 có thể thực
hiện trong môi trƣờng axit nhƣ HCl, H2SO4.
PANi đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp hóa học từ anilin bằng cách sử
dụng amoni persunfat và axit dodecylbenzensunfonic nhƣ một chất oxi hóa và
dopant. Quá trình hóa học xảy ra nhƣ sau (hình 1):
NH2
+ (NH4)2S2O8, HA, H2O
H
N

N

A-

AN
H

reduction

N

oxidation

Leucoemeraldine salt

+ HA

H
N

- HA

N
N
H
Emeraldine base

N 2n
H

n

Emeraldine salt
- HA

H
N
A-

reductquá trình hấp phụ xảy ra qua ba giai đoạn
+ Di chuyển các chất cần hấp phụ từ chất thải tới bề mặt hạt hấp phụ
+ Thực hiện quá trình hấp phụ.
+ Di chuyển các chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch
tán trong). Ngƣời ta thƣờng dùng than hoạt tính các chất tổng hợp hoặc một
số chất thải của sản xuất nhƣ xơ dừa biến tính, mùn cƣa biến tính, xỉ than để
loại bỏ các chất ô nhiễm nhƣ: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dẫn
xuất clo hóa, chất hữu cơ khó phân hủy.
2.1.3 Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS
GCMS là công cụ đƣợc lựa chọn để phát hiện các hợp chất hữu cơ ô
nhiễm trong môi trƣờng. Chi phí cho thiết bị GCMS đã giảm đáng kể và đồng
thời độ tin cậy cũng tăng cho nên việc sử dụng GCMS cho các nghiên cứu về
môi trƣờng ngày càng nhiều. Có một số hợp chất nhƣ (thuốc diệt cỏ, thuốc trừ
sâu) không nhạy với GCMS nhƣng rất nhạy và hiệu quả với các hợp chất hữu
cơ, bao gồm các loại thuốc trừ sâu chính.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

15


Phƣơng pháp này đã đƣợc cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (EPA) sử

dụng để phân tích hơn 100 hợp chất hữu cơ trong các mẫu nƣớc sinh hoạt,
nƣớc đầu nguồn hoặc nƣớc ở các bƣớc xử lý. Các hợp chất này bao gồm: các
loại thuốc bảo vệ thực vật, thuốc diệt cỏ, nhựa, hợp chất thơm đa vòng (PAH),
PCB và các hóa chất công nghiệp khác.
Các phòng thí nghiệm ở Hoa Kỳ ứng dụng phƣơng pháp này để kiểm tra
chất lƣợng nguồn nƣớc cung cấp cho công cộng đảm bảo đáp ứng các tiêu
chuẩn an toàn. Phƣơng pháp sử dụng hệ thống sắc ký khí ghép nối khối phổ
(GC-MS) nhìn chung, phƣơng pháp này có thể làm sạch hoàn toàn các nguồn
nƣớc ngầm và nƣớc mặt. Tuy nhiên, các nguồn nƣớc mặt chứa các loại axit
humic/fulvic hoặc các tạp chất hữu cơ tự nhiên các hợp chất này làm nhiễu
đƣờng nền trong sắc ký đồ GCMS, làm ảnh hƣởng đến kết quả xác định các
chất cần phân tích khi sử dụng chế độ quét toàn dải truyền thống (full-scan)
hoặc chế độ kiểm soát ion chọn lọc (SIM).
2.1.4 Phần mềm xử lý số liệu Origin và Excel
2.1.4.1 Phần mềm origin
Khái niệm
Phần mềm origin là phần mềm hỗ trợ cho các kỹ sƣ và các nhà khoa
học để phân tích dữ liệu bằng cách thể hiện trên các dạng đồ thị.
Ưu điểm
a. Sử dụng một cách dễ dàng với giao diện đồ họa và các kiểu cửa sổ con
b. Trao đổi dữ liệu dễ dàng với nhiều phần mềm xử lý dữ liệu khác nhƣ
Excel, Matlab…
c. Hiển thị giữ liệu cần phân tích dƣới dạng đồ thì khác nhau một cách
linh hoạt mềm dẻo, các dữ liệu này có thể lấy từ nhiều nguồn dữ liệu
khác nhau.
d. Tự động cập nhật các giá trị

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

16

e. Hỗ trợ lập trình trên ngôn ngữ C chuẩn
f. Hỗ trợ truyền thông qua cổng COM
Hiện nay, có khoảng trên 500 công ty trên toàn cầu sử dụng phần mềm
này trên rất nhiều các lĩnh vực khác nhau.
2.1.4.2 Phần mềm excel
Phần mềm excel là một ứng dụng của Microsoft office giúp tạo ra các
bảng tính cùng với những tính năng công cụ công thức giúp cho việc tính toán
dữ liệu nhanh, chính xác và số lƣợng dữ liệu lên tới hàng triệu ô.
2.2.Thực nghiệm
2.2.1 Máy móc và thiết bị
Tủ sấy, máy khuấy từ, cân phân tích, máy bơm hút chân không,...
2.2.2 Dụng cụ và hóa chất
Dụng cụ:
Bình tam giác, pipet, chậu thủy tinh, hộp nhựa, công tơ hút, cốc thủy tinh,
phễu lọc, giấy lọc, quỳ tím
Hóa chất
Xơ dừa, aninlin, dung dịch axit HCl 5% và HCl 1M, amoni pesunfat (APS),
axeton, nƣớc cất,...
2.2.3 Tiến hành thí nghiệm
2.2.3.1. Tổng hợp và chế tạo các vật liệu hấp thu:


Mẫu xơ dừa

Trộn 9 gam xơ dừa đã đƣợc phơi khô và nghiền nhỏ với 300ml axit HCl (5%)
để trong 12h. Sau đó đem lọc rửa tới pH trung tính. Đem sấy trong tủ sấy ở
nhiệt độ khoảng

trong khoảng 20h đem nghiền nhỏ cân rồi cho vào hộp

nhựa.


Tổng hợp polyanilin, kí hiệu PANi

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

17


Bước 1: Cho dung dịch 200 ml axit HCl 1M vào bình tam giác khuấy đều
bằng máy khuấy từ và đặt trong chậu nƣớc đá. Sau đó, cho từ từ từng giọt 4,9
ml (≈5 gam) ANi vào dung dịch axit HCl khuấy đều cho tan hết ANi đến
dung dịch đồng nhất.
Bước 2: Cho từ từ dung dịch amoni pesunfat (12,54 gam + 31 ml nƣớc cất)
khuấy đều cho đồng nhất. Phản ứng trùng hợp đƣợc tiến hành trong thời gian
15 giờ.
Bước 3: Kết thúc phản ứng lọc tách và rửa PANi bằng nƣớc cất nhiều lần đến
khi đạt pH trung tính. Sau đó, rửa bằng dung dịch axeton để loại bỏ hết ANi
dƣ. Cuối cùng, sấy khô PANi ở nhiệt độ 70oC trong tủ sấy. Cân, tính hiệu suất
của quá trình tổng hợp và bảo quản PANi trong lọ nhựa đậy kín.


Tổng hợp PANi-xơ dừa theo tỉ lệ khác nhau
Sau bƣớc 1 ở trên, cho xơ dừa vào dung dịch và khuấy đều trong thời gian

15 phút. Và tiếp tục thực hiện tiếp các bƣớc 2 và bƣớc 3 nhƣ ở trên.
Tổng hợp 3 loại PANi-XD theo tỉ lệ khối lƣợng khác nhau của ANi/ XD là

1/1, 1/2 và 2/1 theo quy trình nhƣ trên. Kí hiệu là PA-XD11, PA-XD12 và
PA-XD21


Mẫu PANi+XD
Polyanilin trộn với xơ dừa theo tỉ lệ khối lƣợng 1/1.

2.2.3.4 Sử dụng VLHP PANi – xơ dừa hấp thu thuốc BVTV
Bƣớc 1: Chuẩn bị dụng cụ
- Đem rửa sạch sấy khô 6 bình tam giác 100ml
- Pipet 10ml và 5ml
- Giấy bạc, giấy lọc,….
Bƣớc 2:
- Cân 6 mẫu VLHT mỗi mẫu 0,5g
- Pha dung môi chuẩn ban đầu với C0 = 1546,3 ppm

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

18


Bƣớc 3: Tiến hành thí nghiệm hấp thu
- Cho vào các bình tam giác 100 ml mỗi bình 20 ml dung dịch chuẩn
POP có C0 = 1546,3 ppm, đặt lên máy khuấy từ và khuấy trong thời
gian 10 phút, sau đó cho vào mỗi bình 0,5 gam các chất lần lƣợt là XD,
PA, PA-XD11, PA-XD12 và PA-XD21, PA+XD.
Bƣớc 4:
Dùng nilong và giấy bạc bịt kín miệng các bình tam giác lại và đặt lên
máy khuấy từ. Tiến hành khuấy từ trong khoảng 1 giờ.
Sau khi kết thúc thí nghiệm, quay ly tâm để tách riêng phần chất rắn và

dung dịch, sau đó lấy 1ml phần dung dịch đã hấp thu mang đi phân tích hàm
lƣợng POP còn lại chƣa bị hấp thu bằng phƣơng pháp GCMS.
Chất rắn còn lại đƣợc bảo quản trong lọ thủy tinh nhỏ, dùng nilong và
giấy bạc bịt kín để tránh sự tiếp xúc của không khí.

Hình 2.1: Thí nghiệm hấp phụ thuốc BVTV

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

19


CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp thu
Hiệu suất đƣợc theo công thức: % H 
Trong đó:

m1  m2
100%
m3

m1là khối lƣợng PANi-XD
m2 là khối lƣợng xơ dừa.
m3 là khối lƣơng ANi.

Từ biểu thức trên ta dễ dàng tính đƣợc hiệu suất cho từng mẫu PANiXD với tỷ lệ khối lƣợng khác nhau nhƣ sau:
mPANi-XD11 = 9,3 gam (m2 = 5 gam, m3 = 5gam)
%H PANi-XD11 = 86%

mPANi-XD12 = 13,34 gam (m2 = 10 gam, m3 = 5gam)
%H PANi/XD12 = 66,8%
mPANi-XD21 = 13,99 gam (m2 = 5 gam, m3 = 10gam)
%H PANi-XD21 = 89,9%
3.2. Đặc trƣng của xơ dừa và PANi-XD

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

20


Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của xơ dừa(a), PANi (b) và PANi-xơ dừa (c)
Bảng 3.1. Quy kết các nhóm chức của xơ dừa
Số sóng ν (cm–1)

Nhóm chức

3419; 3332
2924
1653
1056

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

21


Bảng 3.2. . Quy kết các nhóm chức của PANi
Số sóng ν (cm–1)

Nhóm chức

3431, 3302
3057, 2933

vòng thơm

1566

Benzoid

1489

Quinoid

1296

-N=quinoid=N-

1138

Nhóm C – N+

Bảng 3.3. . Quy kết các nhóm chức của PANi-xơ dừa
Số sóng ν (cm–1)

Nhóm chức

3429, 3358
1695

1575, 1560

Benzoid

1481

Quinoid

1294

-N=quinoid=N-

1107

Nhóm C – N+

Kết quả phân tích ảnh SEM cho thấy sự khác biệt giữa PANi (c) với
mẫu xơ dừa (a) và vật liệu PANi-XD (b). Đƣờng kính sợi PANi nhỏ nhất đạt
đƣợc cỡ 55- 60 nm, trong khi mẫu xơ dừa lớn nhất cỡ 0,7 – 0,8 µm và
PANi/XD có kích thƣớc cỡ 0,5-0,6 µm. Sự khác biệt này là do sự tƣơng tác
giữa PANi bám dính vào xơ dừa trong quá trình hình thành chuỗi sợi của
phản ứng tổng hợp vật liệu PANi. Tuy nhiên, cấu trúc của PANi tổng hợp
đƣợc phụ thuộc vào cấu trúc của xơ dừa đƣa vào trong quá trình tổng hợp.
Nhìn vào cấu trúc SEM của vật liệu xơ dừa và compozit cho thấy sự tƣơng tự

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

22

về mặt cấu trúc xốp của vật liệu tổng hợp. Tuy nhiên, kích thƣớc xốp của vật
liệu tổng hợp đƣợc sẽ ảnh hƣởng tới khả năng hấp thu các hóa chất BVTV và
đƣợc thể hiện ở phần dƣới.

a)

b)

Hình 3.2: Ảnh SEM của xơ dừa
(a), PANi (b) và PANi-XD (c)

c)
Sau khi thực hiện các thí nghiệm hấp thu bằng 06 vật liệu ở trên, mang
dung dịch đƣợc hấp thu đi phân tích bằng phƣơng pháp sắc kí khí ghép khối
phổ - GCMS và thu đƣợc kết quả nồng độ POP còn lại trong dung dịch.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

23