Nghiên cứu điều chế vật liệu nano lưỡng kim feni và ứng dụng nó vào việc xử lý cloroform trong nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA

Nguyễn Thị Phương Thảo
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO LƯỠNG KIM Fe/Ni
VÀ ỨNG DỤNG NÓ VÀO VIỆC XỬ LÝ CLOROFORM
TRONG NƯỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

ĐÀ NẴNG, 5/2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO LƯỠNG KIM Fe/Ni
VÀ ỨNG DỤNG NÓ VÀO VIỆC XỬ LÝ CLOROFORM
TRONG NƯỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Phương Thảo

Lớp

: 13 CHP

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Bùi Xuân Vững

ĐÀ NẴNG, 5/2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

-------------------------

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHỆP
1.

Họ và tên:

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO

2.

Lớp:

13CHP

3.

Tên đề tài:

“Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Ni và ứng

dụng nó vào việc xử lý Cloroform trong nước”
4.

Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

4.1 Hóa chất
-

Tinh thể NaCl

-

Thủy ngân (II) thiocianua

-

Dung dịch Cloroform 99.9%

-

Tinh thể FeSO4.7H2O

-

Tinh thể NiSO4.5H2O

-

NaBH4 rắn.

-

Hồ tinh bột

-

Cồn tuyệt đối

4.2 Dụng cụ, thiết bị
-

Máy khuấy từ

-

-

Cân phân tích Adventurer

tinh, bình tam giác, bình định mức,

-

Tủ sấy

pipet…)

-

Máy ly tâm

-

Máy đo pH ION+PH31, Hach

-

Máy chụp nhiễu xạ tia X (XRD)

-

Máy quang phổ hấp thụ phân tử

UV-Vis Lambda – 25
-

Bình khí Ar

Các dụng cụ thủy tinh (cốc thủy

5.

Nội dung nghiên cứu

-

Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Ni và các đặc trưng của sản

phẩm điều chế.
-

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý Cloroform của Nano lưỡng

kim Fe/Ni.
-

Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ Cloroform ban đầu đến hiệu suất xử lý

Cloroform bằng Nano lưỡng kim Fe/Ni.
-

Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian khuấy (thời gian phản ứng) đến hiệu suất xử

lý Cloroform-của Nano lưỡng kim Fe/Ni.
-

Khảo sát sự ảnh hưởng của lượng vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Ni đến hiệu suất xử

lý Cloroform của Nano lưỡng kim Fe/Ni.
-

Xử lý số liệu và đánh giá sai số.

6.

Giảng viên hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Vững

7.

Ngày giao đề tài: Ngày 30 tháng 8 năm 2016

8.

Ngày hoàn thành: Ngày 25 tháng 4 năm 2017
Chủ nhiệm khoa

Giảng viên hướng dẫn

(Kí và ghi rõ họ tên)

(Kí và ghi rõ họ tên)

PGS.TS Lê Tự Hải

TS. Bùi Xuân Vững

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày

tháng

năm 2017.

Kết quả điểm đánh giá:
Ngày

tháng năm 2017

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Kí và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc của mình đến TS.Bùi Xuân Vững,
thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ em trong suốt q trình nghiên cứu
và thực hiện khóa luận này.
Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo tại Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đã
cung cấp những kiến thức chuyên môn trong suốt 4 năm ngồi trên ghế nhà trường;
thầy cô đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện nghiên cứu đề tài khóa
luận tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cám ơn!

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2015
Tác giả
Nguyễn Thị Phương Thảo


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
3.1. Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................3
4.1. Nghiên cứu lý thuyết ............................................................................................3
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ......................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...............................................................3
Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................4
1.1. Giới thiệu về các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi .....................................................4
1.2. Giới thiệu về các hợp chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi ....................................5
1.2. Tổng quan về Cloroform ......................................................................................6
1.2.1. Đặc tính hóa lý ..................................................................................................6
1.2.2.Ứng dụng của cloroform ....................................................................................7
1.3. Khái quát về nano.................................................................................................8
1.3.1. Công nghê nano.................................................................................................8
1.3.2. Vật liệu nano .....................................................................................................8
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................................................15
2.1. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................15
2.1.1.Hóa chất ...........................................................................................................15
2.1.2.Thiết bị .............................................................................................................15
2.2. Pha chế dung dịch chuẩn ....................................................................................15
2.3. Điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/Ni ............................................................16
2.3.1.Ngun tắc .......................................................................................................16
2.3.2.Quy trình tổng hợp ...........................................................................................16
2.3.3.Phân tích đặc tính của vật liệu..........................................................................17
2.4. Bước sóng tối ưu và xây dựng phương pháp .....................................................17

2.4.1.Bước sóng tối ưu ..............................................................................................17
2.4.2.Xây dựng phương pháp ....................................................................................17
2.5.1.Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Chloroform bằng
nano lưỡng kim Fe/Ni ...............................................................................................19
2.5.2.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý Chloroform bằng nano
lưỡng kim Fe/Ni ........................................................................................................19
2.5.3.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Chloroform đến hiệu suất xử lý Chloroform
bằng nano lưỡng kim Fe/Ni ......................................................................................19
2.5.4.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến hiệu suất xử lý chloroform
bằng nano Fe/Ni ........................................................................................................20
2.6. Tính toán kết quả ................................................................................................20
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................21
3.1. Kết quả điều chế nano lưỡng kim Sắt/Niken .....................................................21
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới q trình xử lí Cloroform trong nước
bằng nano lưỡng kim Fe-Ni ......................................................................................23
3.2.1.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Cloroform
24
3.2.2.Kết quả thí khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu suất xử lí
Cloroform ..................................................................................................................26
3.2.3.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cloroform ban đầu đến hiệu suất xử
lí Cloroform ...............................................................................................................27
KẾT LUẬN ...............................................................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................31
PHỤ LỤC ..................................................................................................................33
Phụ lục 1 Vật liệu nano .............................................................................................33
Phụ lục 2 Một số hình ảnh thí nghiệm định tính nano Fe/Ni ....................................34
Phụ lục 3 Một số hóa chất trong q trình nghiên cứu .............................................35
Phụ lục 4 Một số hình ảnh trong quá trình nghiên cứu .............................................36

Danh mục các bảng
Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu quy định về nồng độ các chất hữu cơ clo mạch
ngắn dễ bay hơi trong nước ăn, uống ............................................................6
Bảng 1.2 Các chất và hợp chất có thể xử lý bằng nano lưỡng kim Fe/ Ni .12
Bảng 2.1 Các số liệu để lập đường chuẩn ...................................................18
Bảng 2.2 Số liệu về nồng độ và mật độ quang D của dãy chuẩn Cl-...........18
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lí Cloroform......24
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lí Cloroform .............26
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ Cloroform ban đầu đến hiệu suất xử lí
Cloroform ....................................................................................................27
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của lượng vật liệu sủ dụng đến hiệu suất xử lí
Cloroform ....................................................................................................28


Danh mục các hình
Hình 1.1 Sơ đồ sự lưu chuyển các chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi trong
môi trường. ........................................................................................................5
Hình 1.2 Ứng dụng của sắt nano trong mơi trường. .......................................11
Hình 2.1 Đường chuẩn của phương pháp .......................................................18
Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu nano lưỡng kim Fe-Ni ........................21
Hình 3.2 Ảnh nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim Fe-Ni được chế tạo bởi N.
Boudinar và cộng sự ......................................................................................21
Hình 3.3 Cơ chế khử Cloroform của nano Fe-Ni ..........................................23
Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Cloroform.........24
Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý Cloroform. ..............26
Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ Cloroform ban đầu đến hiệu suất xử lý
Cloroform. .......................................................................................................27


Danh mục chữ viết tắt

nZVI ( Nano Zerovalent Iron): Nano kim loại Sắt
XRD ( X-rau Diffraction): Phổ nhiễu xạ tia X
VOCs (Volatile organic compounds): Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
USEPA: Tiêu chuẩn về nồng độ các chất cơ clo dễ bay hơi trong nước ăn uống do
cơ quan môi trường của Mỹ ban hành
WHO: Tiêu chuẩn về nồng độ các chất chữu cơ clo dễ bay hơi trong môi trường
nước ăn uống do Tổ chức y tế thế giới ban hành.
TCVN: Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống do Bộ Y tế Việt Nam ban hành. (QCVN
01 -2009/BYT)
LD50 (Medium Letalisdosi): Liều lượng gây chết trung bình
BXĐS: Bức xạ đơn sắc


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền cơng nghiệp nước
ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của
nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên
nhân khác như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp cịn khó khăn, hoặc do chi phí
xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của nhiều nhà
máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Mặt khác nước ta là nước đông
dân, có mật độ dân cư cao, nhưng trình độ nhận thức của con người về mơi trường
cịn khá thấp, nên lượng chất thải sinh hoạt đưa ra môi trường ngày càng nhiều.
Điều đó dẫn đến sự ơ nhiễm trầm trọng của mơi trường sống, ảnh hưởng đến sự
phát triển tồn diện của đất nước, sức khỏe, đời sống của nhân dân. Trong đó, ơ
nhiễm nguồn nước là một trong những thực trạng đáng lo ngại nhất của sự hủy hoại

môi trường tự nhiên. Ngày nay, vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch đang là
một mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân
mỗi cộng đồng dân cư. Và đây cũng là một vấn đề cấp bách cần giải quyết của nước
ta trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đât nước.
Hằng ngày, mỗi người cần ít nhất 20 lit nước ngọt để ăn, uống. Ngoài ra cần
từ 50 đến 150 lít nước sinh hoạt. Dân số ngày càng tăng, nơng nghiệp ngày một
phát triển vì thế tài ngun nước ngày càng khan hiếm, ngày càng bị ô nhiễm nặng
nề hơn. Hậu quả đối với sức khỏe con người là gây hại đến hệ thống tiêu hóa, bênh
đường ruột. Theo số liệu của Tổ chức Y tế thể giới (WHO) thì ơ nhiễm nước là một
trong các ngun nhân chính gây tử vong từ yếu tố mơi trường. Xuất phát từ những
yêu cầu thực tế cần phải nghiên cứu, phân tích và đưa ra các giải quyết xử lý các
chất nguy hiểm trong nước mà điển hình ở đây là Cloroform.
Cloroform là một hợp chất thuộc nhóm các hợp chất halogen hóa, chúng
được sử dụng làm dung mơi cơng nghiệp trong sản xuất và giặt khô. Ở nồng độ cao,
những hợp chất này có thể gây ung thư cho con người. Nhưng các cơ quan y tế lo
ngại rằng, nồng độ cloroform trong nước sinh ngầm thấp cũng vẫn có thể ảnh
hưởng đến sức khỏe của con người, vì các dung môi công nghiệp khác, các chất làm
SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

lạnh và các chất gây ơ nhiễm khác có thể cũng có nồng độ ở khoảng đó. Vì vậy, một
số nước đưa ra giới hạn nồng độ cloroform trong nước ngầm sử dụng làm nước sinh
hoạt rất thấp. Do đó, yêu cầu cần thiết lúc này chính là xây dựng một biện pháp xử
lí để làm giảm thiểu lượng Cloroform trong nước. Một trong các hướng nghiên cứu

mới hiện nay đang được nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm
đó là cơng nghệ sử dụng vật liệu nano lưỡng kim Sắt/ Niken để xử lí Cloroform.
Ứng dụng vật liệu Nano Fe/Ni (nZVI) trong xử lý ô nhiễm môi trường nước
là hướng quan tâm mới của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Báo cáo này nghiên
cứu ứng dụng vật liệu nano Fe/Ni được tạo ra bằng phương pháp khử pha lỏng bởi
NaBH4 để xử lý Cloroform và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý
như thời gian, pH, nồng độ Cloroform ban đầu, lượng nano Fe/Ni dùng để xử lý.
Qua nhiều phương pháp kiểm tra cho thấy phương pháp này có nhiều ưu điểm như
làm giảm đi năng lượng kích hoạt các chất ơ nhiễm, tăng tốc độ phản ứng, giảm sự
hình thành các sản phẩm phụ; đặc biệt được chế tạo bằng hóa chất đơn giản, rẻ tiền.
Vì vậy, đây là phương pháp phù hợp và mang lại hiểu quả cao.
Từ những lý do trên, đề tài được tiến hành và nghiên cứu ở đây là:
“Nghiên cứu điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/Ni và ứng dụng nó vào
việc xử lý Cloroform trong nước”
2. Mục đích nghiên cứu
 Nghiên cứu điều chế nano Fe/Ni.
 Tìm ra những thơng số tối ưu của q trình xử lý Cloroform bằng vật liệu nano
Fe/Ni.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
 Vật liệu sắt nano và nano lưỡng kim được điều chế trong phịng thí nghiệm –
Khoa Hóa – Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng.
 Mẫu nước Cloroform với các nồng độ khác nhau được pha chế trong phòng thí
nghiệm.
3.2. Phạm vi nghiên cứu

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 2

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

 Nghiên cứu điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/Ni và kiểm tra sự có mặt của nó
bằng phương pháp đo nhiễu xạ tia X (XRD)
 Nghiên cứu quá trình phân hủy của Cloroform với Fe0 trong vật liệu nano lưỡng
kim Fe/Ni
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Cloroform bằng vật liệu nano
Fe/Ni, từ đó đưa ra các thông số tối ưu nhất cho phương pháp này.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
 Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.
 Nghiên cứu tính chất và tác hại của Cloroform trong nước.
 Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp.
 Phương pháp oxy hóa khử xử lý Cloroform.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
 Sử dụng phương pháp đo quang phổ UV-Vis để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
đến hiệu quả xử lý Cloroform bằng vật liệu nano Fe/Ni.
 Xác định thành phần hóa học của vật liệu nano Fe/Ni bằng phương pháp XRD.
 Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý số liệu kết quả thu được, tính
được hiệu quả xử lý của vật liệu nano.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình với các thông số như ảnh hưởng
thời gian, ảnh hưởng pH, ảnh hưởng của lượng vật liệu, ảnh hưởng của nồng độ
Cloroform.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Nghiên cứu điều chế vật liệu nano Fe/Ni.
 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình nhằm đứa đến một phương án xử
lý xanh methylen trong nước thải: đơn giản, rẻ tiền, thân thiện môi trường.

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs, Volatile organic compounds) là các
chất hữu cơ dễ bay hơi ở nhiệt độ khơng khí bình thưởng. Có hàng nghìn sản phẩm
khác nhau chứa VOCs được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày như: các sản phẩm
công nghiệp, thương mại, đồ dùng gia đình,... Sự ơ nhiễm VOCs trong mơi trường
chủ yếu do hoạt động xả thải công nghiệp, sản xuất và sử dụng sản phẩm có chứa
dung mơi như: sơn, hóa chất làm sạch, xăng, dung mơi, mỹ phẩm, chất dính cơng
nghiệp... VOCs thường khơng hấp phụ vào đất ở nồng độ thấp và dễ bay hơi vào
khơng khí, và từ nước đi vào đất (khi nước được sử dụng cho mục đích tưới tiêu).
VOCs đơi lúc được phát thải ngẫu nhiên vào môi trường và trở thành một
trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường đất, không khí và nước (nước ngầm
hoặc nước mặt). Các VOCs là một trong các tác nhân chính liên quan đến sự hình
thành của ozon mặt đất. Một số VOCs phản ứng với NOx trong khơng khí khi có
ánh sáng mặt trời tạo ra ozon. Ở khí quyển tầng cao, ozon hấp thụ các tia UV do đó
bảo vệ con người, động vật khỏi tiếp xúc với bức xạ mặt trời nguy hiểm. Nhưng ở
tần khí quyển thấp hơn chúng lại gây mối đe dọa tới sức khỏe con người bằng việc
gây ra các vấn đề hơ hấp. Thêm vào đó, nồng độ cao của ozon ở khí quyển tầng
thấp có thể hủy hoại mùa màng, cây trồng.
Các VOCs có thể thâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường hô hấp,

qua tiếp xúc với da, qua thực phẩm và các nguồn nước uống. Chúng có thể gây ra
những ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người như: đau mắt, viêm họng,
đau đầu, gây ung thư, ảnh hưởng đến gan, thận...
Một số VOCs được sử dụng phổ biễn cho mục đích cơng nghiệp và dân dụng
như: axeton, diclometan, cloroform, toluen, benzen, etylbenzen, xylen, styren,
naphtalen... Trong bài khóa luận này chỉ tâm trung vào nghiên cứu một trong các
hợp chất clo mạch ngắn dễ bay hơi (các dẫn xuất clo chứa 1 đến 2 cacbon), đó là
Cloroform [2].

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

1.2. Giới thiệu về các hợp chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi
Các chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi là một nhóm chất thc các hợp chất
hữu cơ dễ bay hơi. Do độc tính và tác hại đối với mơi trường mà người ta đặc biệt
chú ý đến các hợp chất này. Một số chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi thường gặp
như: diclometan; cloroform; 1,1,1-tricloetan; 1,1,2-tricloetan;...
Các chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi chủ yếu được dùng trong công nghiệp
và một số sản phẩm dùng trong gia đình. Do đó, nguồn thải chứa các chất này chủ
yếu từ nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp; hoạt động phân tích hóa học
và sử dụng hóa chất trong phịng thí nghiệm; cơ sở sản xuất các chi tiết kim loại,
điện tử; khu vực hoạt động thương mại, dịch vụ, y tế,...
Với các chất hữu cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi nói riêng và các VOCx
nói chung, hô hấp là con đường chủ yếu để chúng xâm nhập vào cơ thể con người

cũng như động vật, sau đó xâm nhập qua da và qua đường tiêu hóa. Sự lưu chuyển
các chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi dễ bay hơi trong môi trường và tác động đến
hệ sinh thái của con người được chỉ ra trong hình 1.1.

Hình 1.1 Sơ đồ sự lưu chuyển các chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi trong
môi trường.
Một số tiêu chuẩn cho phép các chất cơ clo mạch ngắn dễ bay hơi trong môi
trường nước được nêu trong bảng 1.1 [2].

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu quy định về nồng độ các chất hữu cơ clo mạch
ngắn dễ bay hơi trong nước ăn, uống
STT

Tên chất

CTPT

USEPA

WHO

TCVN

(mg/L)

(mg/L)

(mg/L)

1

Diclometan

CH2Cl2

0.005

0.02

0.02

2

Tricloetylen

C2HCl3

0.005

0.03

0.03

3

Tetracloetylen C2Cl4

0.005

0.01

0.02

4

Triclometan

0.008

0.06

0.02

CHCl3

1.2. Tổng quan về Cloroform
1.2.1. Đặc tính hóa lý
 Tên gọi: triclometan; tên thương mại là Cloroform. Các tên gọi khác như:
metan triclo, metyl triclo[2].
 Công thức phân tử: CHCl3
 Công thức cấu tạo:

 Khối lượng phân tử: M = 110.38 đvC
 Nhiệt độ sôi ở 1Pa: 61.1oC
 Nhiệt độ nóng chảy: -63.6oC
 Tỷ trọng ở 20oC: d = 1.48g/cm3
 Hằng số dung môi ở 20oC: ε = 4.81
 Độ nhớt ở 50oC: η = 0.427 mPa*s
 Áp suất hơi ở 100oC: P = 208 kPa.
 Dạng dung dịch: dung môi triclometan là một chất lỏng không màu, dễ bay
hơi, khơng dễ cháy, có mùi đặc trưng. Nó có thể bị oxi hóa bới các tác nhân oxi hóa
mạnh tạo thành photgen và khí clo.
 Độ hịa tan: tan ít trong nước ( độ tan ở 20oC là 0.8g/100ml nước); tan trong
axeton; tan hoàn toàn tron etanol, etylete, ete dầu hỏa, benzen, tetraclorua carbon,...
 Độ tinh khiết: 99.9%.

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

1.2.2. Ứng dụng của cloroform
Cloroform được dùng làm dung môi và thường được dùng làm nguyên liệu
cho các ngành công nghiệp sản xuất thuốc trừ sâu, sản xuất thuốc và dược phẩm,
trong sản xuất các loại hương liệu và mỹ phẩm. Trong y học, nó được sử dụng làm
chất gây mê. Trong nơng nghiệp, CHCl3 được dùng làm thuốc bảo quản lương thực,
diệt nấm mốc cho các khi chứa nơng sản. Cịn trong phịng thí nghiệm, nó được

dùng làm dung mơi và bảo quản mẫu nước.
1.2.3. Độc tính của cloroform
Cloroform là một dẫn xuất thế halogen của metan-trihalogen, là một trong
những sản phẩm phụ của quá trình khử trùng nước bằng clo. Cloroform là hợp chất
bền, có mặt trong nước sơng, nước ngầm do ô nhiễm công nghiệp, nông nghiệp,
xuất hiện trong nước máy do phản ứng clo hóa những hợp chất hữu cơ có trong
nước tự nhiên. Cloroform ra khơng những được sinh trong q trình xử lý nước mà
cịn tiếp tục hình thành trong hệ thống phân phối nước dưới tác dụng của clo dư.
Nồng độ cloroform trong nước uống đôi khi lên đến vài trăm µg/L. Trong mơi
trường khơng khí, nồng độ của nó thường rất thấp, cịn trong một số thực phẩm
người ta phát hiện được Cloroform ở nồng độ từ 1-30µg/kg.
Cloroform được hấp thụ qua đường hơ hấp và qua da, sau đó có thể tạo thành
nhiều chất chuyển hóa trung gian có hoạt tính với lượng tùy thuộc vào lồi và giới
tính. Khi tiếp xúc lâu dài với Cloroform ở mức độ lớn hơn 15mg/kg thể trọng/ ngày
có thể gây ra những thay đổi ở thận, gan tuyến giáp.
Cloroform xâm nhập vào cơ thể nhanh chóng đi vào máu và vận chuyển tới
các tế bào. Quá trình trao đổi chất của cloroform diễn ra trong gan. Cloroform làm
suy yếu hệ thần kinh trung ương, gây ảnh hưởng xấu đến gan và thận. Ảnh hưởng
độc tức thời của cloroform là mất ý thức, có thể dẫn tới hơn mê rồi chết. Thận bị
nguy hiểm sau 24-48 giờ, gan tổn thương sau 2-5 ngày nhiễm độc.
 LD50 của cloroform đổi với người: 630 mg/kg khối lượng cơ thể.
 LD50 của cloroform đôi với chuột: 1120mg/kg khối lượng cơ thể.
Khả năng gây ung thư: Các thí nghiệm đã chứng minh khả năng gây u gan
của Cloroform đối với động vật gặm nhấm ở liều cao. Đối với người, đã có nhiều

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 7

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

khảo sát dịch tễ học cho thấy có mỗi liên hệ giữa nồng độ cloroform trong nước
uống và một số trường hợp tử vong do ung thư bàng quang, gan, ruột. Nếu nồng độ
cloroform trong nước là 0.03mg/L, mỗi ngày uống 2L nước, thì rủi ro mắc bệnh ung
thư là 1/100.000 trong suốt thời gian sống.
1.3. Khái quát về nano
1.3.1. Công nghê nano
Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc
thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc
điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mơ nanơmét (nm, 1 nm = 10-9 m). Ranh
giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng
đều có chung đối tượng là vật liệu nano [1][4][6].
1.3.2. Vật liệu nano
1.3.2.1. Khái niệm
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét.
Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí.
Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó
mới đến chất lỏng và khí [1].
1.3.2.2. Tính chất của vật liệu nano
Một đặc điểm vơ cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thước chỉ ở cấp
độ nano mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề mặt vật liệu
nano và tổng diện tích bề mặt của bề mặt của vật liệu lớn hơn rất nhiều so với vật
liệu thông thường. Điều này đã làm xuất hiện ở vật liệu nano nhiều đặc tính dị
thường, đặc biệt là khả năng xúc tác hấp phụ. Với kích thước nhỏ ở cấp độ phân tử,
vật liệu nano xuất hiện ba hiệu ứng chính : hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng bề mặt và
hiệu ứng kích thước.
a. Hiệu ứng lượng tử

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được
trung bình hóa với rất nhiều ngun tử (1µm3 có khoảng 1012 ngun tử) và có thể
bỏ qua những khác biệt ngẫu nhiên của từng nguyên tử mà chỉ xét giá trị trung bình
của chúng. Nhưng đối với vật liệu có cấu trúc nano, do kích thước của vật liệu nhỏ,

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

hệ có rất nhiều ngun tử thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn và khơng
thể bỏ qua. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có
các mức năng lượng giống như một nguyên tử [1][4].
b. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, tỷ số các ngun tử nằm trên bề mặt trên tổng
số các nguyên tử của vật liệu sẽ chiếm tỉ lệ lớn hơn nhiều so với các vật liệu dạng
khối. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt như: khả năng hấp phụ, độ
hoạt động bề mặt của vật liệu nano sẽ lớn hơn nhiều. Điều đó mở ra những ứng
dụng mới trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và nhiều hiệu ứng khác mà các nhà khoa
học đang quan tâm, nghiên cứu.
c. Hiệu ứng kích thước
Các vật liệu truyền thống thường được đặc trưng bởi một số các đại lượng
vật lý, hóa học khơng đổi như độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt
độ sơi, tính axit….Tuy nhiên, các đại lượng vật lý và hóa học này chỉ bất biến nếu
kích thước của vật liệu đủ lớn (thường là lớn hơn 100nm). Khi giảm kích thước của
vật liệu xuống cấp độ nano mét (nhỏ hơn 100nm) thì các đại lượng lý, hóa ở trên

khơng cịn là bất biến nữa, ngược lại chúng sẽ thay đổi. Hiện tượng này gọi là hiệu
ứng kích thước. Kích thước mà ở đó vật liệu bắt đầu có sự thay đổi các tính chất
được gọi là kích thước tới hạn. Ví dụ như: Điện trở của một kim loại ở kích thước vĩ
mơ mà ta thấy hằng ngày sẽ tuân theo định luật Ohm. Nếu ta giảm kích thước của
vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại
(thường là vài nm đến vài trăm nm) thì định luật Ohm sẽ khơng cịn đúng nữa. Lúc
đó điện trở của vật liệu có kích thước nano sẽ tuân theo quy tắc lượng tử.
Các nghiên cứu cho thấy các tính chất điện, từ, quang, hóa học….của các vật
liệu đều có kích thước tới hạn trong khoảng từ 1nm đến 100nm, nên ở vật liệu nano
các tính chất này đều có biểu hiện khác thường so với vật liệu truyền thống.
1.3.2.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano
 Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại
thành kim loại. Thơng thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên còn

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

gọi là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có
chứa các muối của các kim loại như HAuCl4, H2PtCl6, AgNO3. Tác nhân khử ion
kim loại Ag+, Au+ thành Ag0, Au0 ở đây là các chất hóa học như Citric axit, vitamin
C, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol (cồn), Ethylene Glycol, (phương pháp sử
dụng các nhóm rượu đa chức như thế này cịn có một cái tên khác là phương pháp
polyol). Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám,

người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng
điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt.
Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử. Phương
pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm
cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng. Các hạt nano Ag,
Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100nm có thể được chế tạo từ phương pháp
này [1][4].
 Phương pháp điện hóa
 Phương pháp vi nhũ tương (RM)
 Phương pháp đồng kết tủa
 Khử pha khí
1.3.2.3. Một số ứng dụng của vật liệu nano
So với hạt có kích thước micro, hạt sắt nano có tốc độ phản ứng lớn hơn do
diện tích bề mặt riêng và diện tích bề mặt hoạt động lớn hơn. Hơn thế nữa, do có
khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng, sắt nano có thể đi vào trong đất bị ơ nhiễm, trầm
tích và tầng ngậm nước. Tuy nhiên, do sự kết đám của các hạt nano, chúng rất khó
tồn tại lâu dài ở dạng lơ lửng. Schrick và các cộng sự đã chứng minh rằng nguồn
cacbon hạn chế đáng kể sự kết tụ và tăng sự vận chuyển hạt sắt nano.
Người ta thấy rằng sắt nano có thể phản ứng một cách hiệu quả với nhiều
loại đất ô nhiễm khác nhau trong môi trường, bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa
clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác [1].

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xn Vững

Hình 1.2 Ứng dụng của sắt nano trong mơi trường.
Ví dụ: Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa clo
Sắt nano có thể khử hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa clo thành các hợp chất
không độc như hydrocacbon, clo và nước.
Lowry đã đánh giá hiệu quả loại bỏ clo của PCBs hịa tan trong dung dịch
nước- metanol bằng sắt có kích thước mico và nano. Với vật liệu sắt micro ngồi thị
trường khơng quan sát thấy bất kỳ sự loại bỏ clo nào sau 180 ngày, cịn thí nghiệm
sau 45 ngày với sắt nano cho thấy sắt nano có khả năng khử clo của PCBs trong hỗn
hợp nước –metanol ở điều kiện thường.
Theo Xiao-qin Li, Daniel W.Elliott, và Wei-xian Zhang [11], sắt nano có khả
năng xử lý các hợp chất hữu cơ và các chất vơ cơ có tên ở bảng 3.

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Bảng 1.2 Các chất và hợp chất có thể xử lý bằng nano lưỡng kim Fe/ Ni

TT

1

Tên nhóm các chất và hợp chất

Các hợp chất Clo metan

Tên các chất và hợp chất
1.1.

Cacbontetraclorua (CCl4)

1.2.

Cloroform (CHCl3)

1.3.

Diclorometan (CH2Cl2)

1.4.

Clorometan (CH3Cl)

2.1. Bromoform (CHBr3)
2

Các hợp chất Trihalo metan

2.2. Dibromoclorometan (CHBr2Cl)
2.3. Diclorobromometan (CHBrCl2)
3.1. Hexanclorobenzen (C6Cl6)
3.2. Pentaclorobenzen (C6HCl5)
3.3. Tetraclorobenzen (C6H2Cl4)

3

Các hợp chất clo benzen

3.4. Triclorobenzen (C6H3Cl3)
3.5. Diclorobenzen (C6H4Cl2)
3.6. Clorobenzen (C6H5Cl)
4.1. Tetracloroeten (C2Cl4)
4.2. Tricloroeten (C2HCl3)
4.3. Cis-Dicloroeten (C2H2Cl2)
4.4. Trans-Dicloroeten (C2H2Cl2)

4

Các hợp chất clo eten

4.5. 1,1- Dicloroeten (C2H2Cl2)
4.6. Vinylclorua (C2H3Cl)
5.1. DDT (C4H9Cl5)

5

Thuốc bảo vệ thực vật

5.2. Lindan (C6H6Cl6)
6.1. Các hợp chất hydrocacbon
6.2. PCBs

6
Các hợp chất polycloro khác

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

6.3. Pentaclorophenol

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

7.1. Thuỷ ngân (Hg2+)
7.2. Niken (Ni2+)
7.3. Cadimi (Cd2+)
7

Các kim loại nặng

7.4. Chì (Pb2+)
7.5. Crơm (Cr6+)
8.1. Perclorat (ClO4-)

8

Các anion vơ cơ

8.2.Nitrat (NO3-)

1.3.2.4. Tính chất của hạt nano lưỡng kim

Do kích thước siêu nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn, hạt Sắt nano rất dễ bị
oxy hóa trong khơng khí. Chính vì vậy mà nhiều nhà nghiên cứu đã phủ một lớp
mỏng chứa oxit hoặc lớp vỏ kim loại quý lên bề mặt vật liệu để tránh sự oxy hóa
sắt.
Để nâng cao hiệu quả của phản ứng oxi-hóa khử, giảm bớt những tác động
ảnh hưởng đến kết quả, bổ sung một lượng nhỏ kim loại xúc tác thứ 2 như Pd, Pt,
Ag, Cu, Ni vào bề mặt để tăng tốc độ khử của Fe0 nano. Kim loại hóa trị 2 phủ trên
bề mặt sắt giống như một lớp bảo vệ để chống ăn mòn bề mặt, đồng thời tạo chất
xúc tác kim loại đôi, có hiệu quả hơn trong xử lý chất ơ nhiễm bởi tốc độ phản ứng
nhanh hơn so với nano Fe. Ưu điểm khi sử dụng nano lưỡng kim:
+ Làm giảm năng lượng kích hoạt các chất ơ nhiễm, tăng tốc độ phản ứng
khử Clo và làm giảm sự hình thành các sản phẩm phụ;
+ Giảm các vấn đề hình thành các oxit trên bề mặt hạt sắt;
+ Nhanh chóng giải phóng electron từ Fe0 của Fe0 nano kim loại.
Dung dịch hồ tinh bột được sử dụng để ổn định vật liệu nano lưỡng kim. Vật
liệu nano đã được bọc tinh bột là những hạt riêng rẽ và ít bị kết dính hơn nhiều. Kết
quả của họ cũng cho thấy vật liệu nano bọc tinh bột có hoạt tính mạnh hơn.
Trong đề tài này, em lựa chọn Ni làm nguyên tố kim loại thứ hai bởi:
Niken có tính khử nhỏ hơn Sắt, khi niken đi vào bề mặt hạt Fe0, sự khác nhau
này giữa hai kim loại là nguyên nhân của sự giải phóng điện tử để làm tăng sự ăn
mịn và khả năng phản ứng của hạt Fe0 nano.
SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Lắng đọng của Ni trên bề mặt sắt sẽ tạo ra nhiều tế bào điện gốc, thúc đẩy ăn
mòn sắt để tạo điều kiện giải phóng các điện tử và thuận lợi cho việc phản ứng nhiệt
động lực học.
Động học của quá trình khử phụ thuộc vào một số yếu tố như nồng độ chất ơ
nhiễm, pH dung dịch, diện tích bề mặt (hàm lượng Fe cho vào), thời gian tiếp xúc
với chất ô nhiễm.

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và thiết bị
2.1.1. Hóa chất
 Muối sắt (II): FeSO4.7H2O;
 Natri Borohidrit NaBH4;
 Hồ tinh bột;
 Cồn 95%;
 Muối NiSO4.6H2O;
 Muối NaCl tinh khiết;
 Dung dịch cloroform 99,9%;
 Khí Ar
Các hóa chất chủ yếu có độ tinh khiết hóa học và tinh khiết phân tích, chủ yếu
có nguồn gốc từ Trung Quốc. Các dung dịch đều được pha chế bằng nước cất 2 lần.
2.1.2. Thiết bị

 Dụng cụ thủy tinh: Cốc, pipet, ống li tâm, bình định mức;
 Máy rung siêu âm;
 Máy khuấy từ;
 Máy đo pH,senION+PH31,Hach (Mỹ);
 Máy ly tâm;
 Máy chụp X – ray;
 Cân phân tích Adventurer ( Độ chính xác đến±0.001g)
 Bình hút ẩm;
 Máy UV-Vis Lambda – 25;
Tất cả các dụng cụ thủy tinh đều phải được rửa sạch và tráng bằng nước cất, sấy
khô trước khi sử dụng
2.2. Pha chế dung dịch chuẩn
 Dung dịch chuẩn gơc Cl- 1000mg/L
Hịa tan 1.6482g NaCl ( khô ở 105oC trong 1h) trong nước và pha lỗng đến
1000mL trong bình định mức, lắc đều.

SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo

Trang 15