Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/bã chè hoạt hóa H3PO4 định hướng hấp phụ kim loại nặng Fe2+ trong xử lý môi trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm 2 mục tiêu: Tổng hợp PANi/bã chè bằng phương pháp hóa học; hấp phụ ion Fe2+ bằng PANi/bã chè hoạt hóa H3PO4 và nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng của quá trình hấp phụ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/bã chè hoạt hóa H3PO4 định hướng hấp phụ kim loại nặng Fe2+ trong xử lý môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ====== NGUYỄN THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANi/BÃ CHÈ HOẠT HÓA H3PO4 ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Fe2+ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ HÀ NỘI – 2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ====== NGUYỄN THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANi/BÃ CHÈ HOẠT HÓA H3PO4 ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Fe2+ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ Người hướng dẫn khoa học TS. DƯƠNG QUANG HUẤN HÀ NỘI – 2018
LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Dương Quang Huấn đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Em cũng xin cảm ơn TS. Nguyễn Quang Hợp, khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và ThS. NCS. Trần Thị Hà, Viện kĩ thuật Hóa học, Sinh học và các thầy, cô giáo trong khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu, hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng em xin cảm ơn sự trao đổi, đóng góp ý kiến nhiệt tình của các bạn sinh viên lớp K40A - Sư phạm Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và sự động viên, khích lệ của bạn bè, người thân đặc biệt là gia đình đã tạo động lực cho em phấn đấu học tập và hoàn thiện khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Nhung i
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của em, dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Quang Huấn. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Nhung ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ AAS Atomic Absorption Spectrophotometric ANi Aniline APS Ammonium persulfate BC Bã chè CV Vòng tuần hoàn đa chu kỳ IR Phổ hồng ngoại KLN Kim loại nặng PANi Polyaniline PANi/ BC; PANi/C6 Vật liệu tổng hợp Polyaniline trên chất mang bã chè tỉ lệ 1:1 PCB Polychlorinated Biphenyls PPNN Phụ phẩm nông nghiệp SEM Scanning Electron Microscope THT Than hoạt tính VLHP Vật liệu hấp phụ WE Điện cực làm việc iii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 2 3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2 4. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3 1.1. Các vấn đề ô nhiễm môi trường kim loại nặng hiện nay ........................... 3 1.1.1. Vài nét về kim loại nặng ......................................................................... 3 1.1.2. Tình trạng ô nhiễm KLN trên thế giới .................................................... 4 1.1.3. Tình trạng ô nhiễm KLN ở Việt Nam ..................................................... 5 1.1.4. Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với con người và môi trường ........... 6 1.1.5. Phương pháp xử lý KLN trong nước ...................................................... 8 1.2. Ô nhiễm môi trường kim loại iron (sắt) hiện nay ở Việt Nam .................. 8 1.3. Tổng hợp và ứng dụng của PANi ............................................................ 10 1.3.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi................................................................... 10 1.3.2. Phương pháp hóa học ............................................................................ 11 1.3.3. Phương pháp điện hóa ........................................................................... 12 1.3.4. Ứng dụng của polyaniline trong xử lý ô nhiễm môi trường ................. 13 1.4. Bã chè và ứng dụng của bã chè ................................................................ 14 1.4.1. Giới thiệu về cây chè ............................................................................. 14 1.4.2. Thành phần hóa học của bã chè ............................................................ 16 1.4.3. Cấu trúc và ứng dụng của bã chè .......................................................... 16 1.5. Phương pháp hấp phụ các chất ô nhiễm................................................... 16 1.5.1. Khái niệm ............................................................................................. 16 iv
1.5.2. Quy trình hấp phụ.................................................................................. 18 1.5.3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ......................................... 19 1.5.4. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich........................................ 21 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ........ 23 2.1. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 23 2.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR .......................................................... 23 2.1.2. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM............................................................... 23 2.1.3. Phương pháp AAS xác định hàm lượng kim loại nặng trong nước...... 24 2.1.4. Phần mềm xử lí số liệu Origin và Excel ............................................... 25 2.1.4.1. Phần mềm Origin ............................................................................... 25 2.1.4.2. Phần mềm Excel ................................................................................. 25 2.2. Thực nghiệm ............................................................................................ 26 2.2.1. Dụng cụ và hóa chất .............................................................................. 26 2.2.2. Máy móc và thiết bị............................................................................... 26 2.2.3. Tiến hành thí nghiệm ............................................................................ 26 2.2.3.1. Tổng hợp và chế tạo vật liệu hấp phụ ................................................ 26 2.2.3.2. Thí nghiệm hấp phụ ........................................................................... 28 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 31 3.1. Đặc trưng vật liệu tổng hợp...................................................................... 31 3.1.1. Hiệu suất tổng hợp VLHP ..................................................................... 31 3.1.2. Phổ hồng ngoại của các vật liệu ............................................................ 31 3.1.3. Đặc trưng ảnh quét SEM của bã chè và PANi/ bã chè ......................... 35 3.2. Khả năng hấp phụ của vật liệu ................................................................. 37 3.2.1. Ảnh hưởng của bản chất vật liệu hấp phụ ............................................. 37 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ....................................................................... 37 3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng ................................................................... 38 3.2.4. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 39 v
3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .......................................................... 40 3.3. Mô hình hấp phụ ...................................................................................... 41 3.3.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir................................................. 41 3.3.2. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich ............................................................. 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 44 1. Kết luận ....................................................................................................... 44 2. Kiến nghị ..................................................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 45 vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8 ................................. 12 Hình 1.2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir ..................................... 20 Hình 1.3. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C ............................................... 20 Hình 1.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich . ......................................... 21 Hình 1.5. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich . ............ 21 Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp bã chè hoạt hóa H3PO4 .......................................... 26 Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp vật liệu PANi/bã chè.............................................. 28 Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của bã chè hoạt hoá H3PO4 ................................... 32 Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của PANi ............................................................... 33 Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của PANi-bã chè ................................................... 34 Hình 3.4: Ảnh SEM của bã chè....................................................................... 35 Hình 3.5. Ảnh SEM của PANi ........................................................................ 35 Hình 3.6. Ảnh SEM của PANi/bã chè ............................................................ 36 Hình 3.7. Biểu đồ hiệu suất hấp phụ Fe2+ theo vật liệu .................................. 37 Hình 3.8. Biểu đồ dung lượng hấp phụ Fe2+ theo vật liệu .............................. 37 Hình 3.9: Biểu đồ dung lượng hấp phụ Fe2+ theo thời gian của từng vật liệu 38 Hình 3.10: Biểu đồ hiệu suất hấp phụ Fe2+ theo thời gian của từng vật liệu .. 38 Hình 3.11. Biểu đồ hiệu suất và dung lượng hấp phụ Fe2+ theo khối lượng .. 38 Hình 3.12. Biểu đồ hiệu suất và dung lượng hấp phụ Fe2+ theo pH ............... 39 Hình 3.13. Biểu đồ hiệu suất và dung lượng hấp phụ Fe2+ theo nồng độ ban đầu ................................................................................................................... 40 Hình 3.14. Đường đẳng nhiệt hấp phụ sự phụ thuộc q vào C của vật liệu PANi/BC hấp phụ Fe2+ .................................................................................... 41 Hình 3.15. Đồ thị hấp phụ Langmuir sự phụ thuộc C/q vào C của vật liệu PANi/BC hấp phụ Fe2+ .................................................................................... 41 vii
Hình 3.16. Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của Fe2+ ban đầu Co ................ 42 Hình 3.17. Đồ thị hấp phụ Freundlich sự phụ thuộc C/q vào C của vật liệu PANi/BC hấp phụ Fe2+ .................................................................................... 43 viii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng ô nhiễm KLN ở một số nơi trên thế giới ....................... 4 Bảng 1.2. Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước thải của một số làng nghề tái chế kim loại (mg/l) .............................................................................. 6 Bảng 1.3. Diện tích trồng chè ở một số nước ................................................. 14 Bảng 1.4. Mối tương quan RL và dạng mô hình ............................................ 20 Bảng 3.1. Quy kết các nhóm chức của bã chè hoạt hoá H3PO4 ...................... 32 Bảng 3.2. Quy kết các nhóm chức của PANi.................................................. 33 Bảng 3.3. Quy kết các nhóm chức của PANi-bã chè ...................................... 35 Bảng 3.4. Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Langmuir ............... 41 Bảng 3.5. Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Freundlich ............. 43 ix
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài “Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế cũng như sự tăng dân số một cách nhanh chóng đã tạo ra nhiều sức ép lên môi trường sống của chúng ta, một trong số đó là vấn đề ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong nước. Từ các hoạt động công nghiệp hay các hoạt động sinh hoạt của con người đã phát thải ra một số lượng lớn kim loại độc hại vào môi trường đất và nước, qua các quá trình nó tích lũy trong chuỗi thức ăn và cuối cùng tác động đến con người [1].” “Trong thời gian qua, những nghiên cứu về sử dụng phụ phẩm nông nghiệp (PPNN) để xử lý KLN trong nước đang được rất nhiều quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả mà nó mang lại. Từ những nghiên cứu tiến hành biến tính một số vật liệu từ phụ phẩm nông nghiệp bằng acid H3PO4, nhận thấy vật liệu sau biến tính có khả năng hấp phụ xanh methylene tương đối cao, cao hơn so với vật liệu gốc từ 2 đến 5 lần [2]. Các nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam về khả năng hấp phụ của một số vật liệu từ PPNN tự nhiên như vỏ lạc, xơ dừa và vỏ trấu [3,4,5],... trong việc xử lý KLN và bước đầu cũng đã có những kết quả khả quan.” “Với mục tiêu là tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp mà có khả năng xử lý hiệu quả KLN Fe2+, trong nghiên cứu ban đầu này em chọn sản phẩm là bã chè đã hoạt hóa H3PO4 để tổng hợp PANi/BC khảo sát khả năng hấp phụ Fe2+ trong nước.” Từ những lý do khách quan trên em chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/bã chè hoạt hóa H3PO4 định hướng hấp phụ kim loại nặng Fe2+ trong xử lý môi trường”. 1
2. Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp tổng hợp hóa học PANi/bã chè đã hoạt hóa H3PO4. - Nghiên cứu hấp phụ ion Fe2+ bằng PANi/bã chè đã hoạt hóa H3PO4 ở các điều kiện khác nhau như: thời gian, khối lượng vật liệu, nồng độ ion Fe2+ và các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt. - Phân tích, đánh giá kết quả mẫu nước có chứa ion kim loại Fe2+ đã được hấp phụ.” 3. Phương pháp nghiên cứu - Đọc và tìm hiểu tài liệu có liên quan tới PANi, bã chè và ion Fe2+, phương pháp hấp phụ chất gây ô nhiễm môi trường. - Sử dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại để đánh giá PANi/bã chè (IR, SEM, …). - Sử dụng phương pháp phân tích hàm lượng ion kim loại Fe2+ (AAS). - Đánh giá, phân tích và xử lý số liệu thu được bằng các phần mềm thông dụng. 4. Mục tiêu của đề tài -“Tổng hợp PANi/bã chè bằng phương pháp hóa học.” -“Hấp phụ ion Fe2+ bằng PANi/bã chè hoạt hóa H3PO4 và nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng của quá trình hấp phụ.” 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn “Kết quả nghiên cứu của đề tài là một nguồn tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về xử lý ô nhiễm KLN Fe2+ trong nước ở hiện tại và tương lai. Đồng thời góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phương pháp xử lí ô nhiễm KLN Fe2+ để giảm thiểu sự ô nhiễm kim loại trong môi trường nước.” 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Các vấn đề ô nhiễm môi trường kim loại nặng hiện nay 1.1.1. Vài nét về kim loại nặng “Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3. Những kim loại có ảnh hưởng lớn đến môi trường và con người cần được xử lý trong nước như là Zn, Pb, Cu, Ni, Cd, Hg, Cr, As…Trong đó, một vài kim loại như Zn, Cu, Fe…[6,7] có thể cần thiết cho cơ thể sống khi chúng ở một hàm lượng nhất định, nhưng khi ở một lượng lớn hơn hàm lượng cho phép chúng sẽ trở nên độc hại. Những nguyên tố như Pb, Cd, Ni thì không có lợi ích nào cho cơ thể sống, chúng có thể gây độc ngay cả khi ở dạng vết [6,7].” “Trong tự nhiên KLN tồn tại ở 3 môi trường là đất, nước và không khí. Trong đó môi trường nước là môi trường mà có khả năng phát tán KLN đi xa nhất và rộng nhất, chúng thường tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất…. Khi ở trong những điều kiện thích hợp KLN trong môi trường nước có thể phát tán vào trong các môi trường như môi trường đất hoặc môi trường khí. KLN trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn hoặc uống [6,7].” Trong môi trường nhân tạo, các quá trình sản xuất công nghiệp, khai khoáng, tinh chế quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm… cũng là các nguồn chính gây nên ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước. Thêm vào đó, trong quá trình tạo màu và nhuộm ở các sản phẩm của thuộc da, cao su, giấy, dệt, luyện kim, mạ điện và nhiều ngành khác,… các hợp chất của kim loại nặng được sử dụng rộng rãi cũng là nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại nặng. Ngoài ra, khác biệt so với nước thải ngành công nghiệp thì nước thải sinh hoạt thường có chứa trong đó một lượng kim loại nhất định bởi quá trình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn hoặc Pb trong các đường ống hoặc các bể chứa cũng gây nên ô nhiễm KLN [6,7]. 3
1.1.2. Tình trạng ô nhiễm KLN trên thế giới Trên thế giới tại các vùng cửa sông, vùng ven biển và biển thì tình trạng ô nhiễm KLN ở tại các nơi này là vấn đề được rất nhiều quan tâm. Sự phát triển kinh tế kéo theo đó là các hệ lụy về môi trường. Theo nghiên cứu thì hàm lượng KLN từ các ngành công nghiệp thải ra tồn tại trong môi trường nước theo dòng chảy lắng đọng ở các vùng cửa sông, vùng ven biển và biển là rất cao (bảng 1.1). Bảng 1.1. Hàm lượng ô nhiễm KLN ở một số nơi trên thế giới KLN có Hàm lượng Tài liệu tham STT Nơi bị ô nhiễm trong khảo nước 1 Các cửa sông ở Úc Pb, Zn 1000 µg. g-1 Pb, (Irvine & (có thể tìm thấy trong 2000 µg. g-1 Zn Birch, 1998 các trầm tích bị ô trích trong nhiễm) McFarlane & Burchett, 2002) [8] 2 Trong trầm tích cửa chì vô biến động từ 25 Bryan et al. sông ở Anh và trong cơ µg. g-1 đến hơn (1985) trích cửa sông Gannel nơi 2700 µg. g-1 trong Bryan nhận chất thải từ việc & Langston khai thác mỏ chì (1992) [9] 3 Cửa sông Axe và As xác định từ 5 Langstone, trong các cửa sông µg. g-1 đến lớn hơn 1985 trích Restronguet Creek, 1000 µg. g-1 trong Bryan Cornwall nơi nhận & Langston, 4
KLN có Hàm lượng Tài liệu tham STT Nơi bị ô nhiễm trong khảo nước nước thải từ các khu 1992) [9] vực khai thác quặng mỏ kim loại 4 Ở Anh tại các cửa Cd 10 µg. g-1 (Bryan & sông bị ô nhiễm Langston, 1992) [9] 5 Sông Deule ở Pháp KLN do 480 mg. kg-1 (Neda et al, chất thải 2006) [10] từ nhà máy 1.1.3. Tình trạng ô nhiễm KLN ở Việt Nam “Hiện nay ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm KLN cũng là một vấn đề cấp thiết cần được quan tâm và nghiên cứu xử lí nhằm giảm thiểu hậu quả do ô nhiễm KLN mang lại. Ở các thành phố lớn, sự phát triển kinh tế với sự hội nhập các nước hiện nay tạo cơ hội cho nhiều công ty nhà máy, xí nghiệp phát triển. Chính vì vậy mà một lượng lớn KLN được thải ra môi trường gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước do không có hoặc còn yếu kém chưa có đầy đủ công trình và thiết bị xử lý. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu, hầu hết các sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn như Bình Dương nồng độ kim loại nặng của các sông ở các khu vực này đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần, có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô Lịch, sông Nhuệ (nơi tập trung nhiều nhà máy, khu công 5
nghiệp), ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn,... [11,12] làm ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe con người.” Ngoài ra khi xét mẫu nước lấy ở một số tỉnh thành của một số làng nghề tái chế kim loại ở Việt Nam đem phân tích ta thu được số liệu như bảng 1.2 [13]. Bảng 1.2. Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước thải của một số làng nghề tái chế kim loại (mg/l) STT Nơi lấy mẫu Cr2+ Fe Pb2+ Cu2+ Zn2+ Al3+ 1 Chỉ Đạo - Bắc Ninh 0,04 0,4 0,35 0,1 0,6 - 2 Vân Chàng - Nam Định 63 12 0,9 1,5 8,7 10,4 3 Phước Kiều - Quảng Ninh 0,2 7,6 0,6 1,5 1,8 2,1 4 Xuân Tiến - Nam Định 0,8 0,3 0,44 3,1 2,15 0,32 TCVN 5845 - 1995 1 5 0,1 3,25 2 - Từ những thực trạng nghiên cứu về KLN mà chúng ta có thể thấy được việc xử lý nước thải ngay tại các nhà máy, các khu công nghiệp là vô cùng cần thiết để giảm thiểu ảnh hưởng của nó đến môi trường cũng như đối với con người và động thực vật xung quanh. 1.1.4. Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với con người và môi trường “Một số kim loại nặng khi ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển bình thường của con người và động, thực vật. Tuy nhiên nếu như nồng độ của chúng vượt quá hàm lượng cho phép thì chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới sức khỏe con người và môi trường sống.” “Các KLN khi xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa làm thay đổi các quá trình, 6
sự phát triển không còn bình thường và trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng về mặt sinh hóa. Theo một số nghiên cứu thì các KLN có ái lực lớn với các nhóm - SH, - SCH3 của các nhóm enzyme trong cơ thể. Chính vì vậy mà các enzyme bị mất hoạt tính, làm cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [14].” Lịch sử đã cho chúng ta thấy những thảm họa môi trường do sự ô nhiễm môi trường gây ra đặc biệt là bởi KLN. Những thảm họa ấy đã để lại hậu quả vô cùng nghiêm trọng đối với con người, sinh vật và môi trường xung quanh. Ví dụ như ở Nhật Bản, một đất nước cũng đã phải gánh chịu hậu quả rất nặng nề từ việc ô nhiễm môi trường KLN như là: Ở vùng Minatama (một thị trấn nhỏ nằm ở ven biển Shirami) người dân ở nơi đây mắc một chứng bệnh lạ về thần kinh. Và sau nhiều nghiên cứu thì nguyên nhân của bệnh này là do bị nhiễm độc thủy ngân từ thực phẩm biển và do nhà máy hóa chất Chisso thải ra (1953), hay như bệnh Itai Itai mà người dân sống ở lưu vực sông Tisu (1912 - 1926) mắc phải nguyên nhân là do bị nhiễm độc Cd. Ngoài ra thì ở Bangladesh người dân ở nơi đây cũng đang bị đe dọa bởi nguồn nước của họ bị nhiễm arsenic nặng. Hay ô nhiễm ở sông The Severn Estuary là một trong những con sông lớn nhất ở Anh là nơi ở và sinh sản của nhiều loài cá. Nhiều thập kỉ qua, sông này đã phải hứng chịu nhiều ô nhiễm kim loại nặng như plumbum, cadmium và nhiều nguyên tố khác từ nhiều nguồn khác nhau (Owens, 1984 trích trong WHO, 1992). Những ảnh hưởng của ô nhiễm này có thể là một trong những nguyên nhân gây suy giảm quần thể cá. Nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng ô nhiễm kim loại trong vùng phụ cận của nơi tinh luyện chì lớn nhất thế giới tại Port Pirie nước Úc đã cho thấy rằng 20 loài cá và giáp xác đã bị biến mất hoặc giảm số lượng (Ward & Young, 1982 trích trong Bryan & Langston, 1992),… 7
1.1.5. Phương pháp xử lý KLN trong nước “Trên thực tế đã có rất nhiều phương pháp để làm giảm hàm lượng các kim loại trong nước thải, nước ngầm như: phương pháp hóa học, phương pháp kết tủa, phương pháp điện hóa, phương pháp nhiệt, phương pháp trao đổi, phương pháp sinh học. Tùy vào đặc điểm tính chất của từng kim loại và hàm lượng mà chúng ta có thể được phép sử dụng, chúng ta sẽ có các phương pháp xử lí làm giảm hàm lượng kim loại nặng khác nhau hoặc kết hợp các phương pháp với nhau sao cho đạt hiệu quả cao nhất. Hiện nay phương pháp sử dụng vật liệu PANi để hấp phụ KLN cũng đang được nghiên cứu ứng dụng và quan tâm, phát triển. Phương pháp này cũng thu được nhiều kết quả cao trong hấp phụ KLN.” 1.2. Ô nhiễm môi trường kim loại iron (sắt) hiện nay ở Việt Nam Vấn đề ô nhiễm nguồn nước hiện nay đang là vấn đề cấp thiết và nhận được nhiều quan tâm, gây nên bởi các tác nhân tự nhiên hoặc do hoạt động của con người gây ảnh hưởng to lớn đến đời sống và sức khỏe của con người cũng như môi trường xung quanh. Một trong các ô nhiễm thường gặp phải kể đến đó là hiện trạng nước sông ngòi và nước giếng khoan bị nhiễm phèn iron với hàm lượng iron trong nước vượt nhiều lần so với quy chuẩn hiện hành. Ô nhiễm môi trường nước bởi iron tìm thấy ở rất nhiều nơi. Ví dụ như ở các khu vực như Hà Đông, Thanh Trì, Hoài Đức với hàm lượng iron gấp từ 2-13 lần so với quy chuẩn cho phép dành cho nước ăn uống và nước sinh hoạt. Theo như kết quả xét nghiệm một số mẫu nước giếng khoan ở khu vực Ba La - Hà Đông cho thấy hàm lượng iron vượt quá 10 lần so với quy chuẩn cho phép. Với mẫu nước giếng ở Hoài Đức, hàm lượng iron gấp 7 lần so với quy chuẩn cho phép và amoni gấp 2 lần. Đáng quan tâm nhất là nước giếng ở Thanh Trì bởi nước ở đây có chất lượng kém nhất, không chỉ nhiễm iron với hàm lượng 8
gấp 13 lần mà chỉ tiêu amoni và nitrat cũng bị nhiễm với hàm lượng gấp 2 đến 3 lần cho phép [15]. a) Ảnh hưởng của nguồn nước bị nhiễm iron (sắt) đến sức khỏe và đời sống sinh hoạt của con người Iron hòa tan trong nước là iron II (Fe2+) sẽ gây cho nước có mùi tanh rất khó chịu. Khi mà tiếp xúc với không khí thì iron II (Fe2+) sẽ chuyển hóa thành iron III (Fe3+) kết tủa tạo màu đỏ nâu gây mất thẩm mĩ cho nước [16,17]. Trong nước sự có mặt của iron làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm công nghiệp và sinh hoạt. Trong công nghiệp giấy sự có mặt của iron cũng sẽ làm giảm chất lượng giấy. Trong công nghiệp dệt, iron ảnh hưởng đến khâu nhuộm và ăn màu. Trong công nghiệp thực phẩm (bia, rượu, nước khoáng, nước ngọt, …) gây ra màu, mùi lạ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, hương vị của sản phẩm. Trong sinh hoạt, sự có mặt của iron làm giảm tác dụng của xà phòng, làm cho quần áo bị ố vàng, sàn nhà, dụng cụ bị ố màu nâu đỏ.… và khi nước chảy qua đường ống, iron sẽ lắng cặn gây gỉ sét, tắc nghẽn trong đường ống. Hơn nữa, khi trong nước uống nếu hàm lượng iron lớn có thể gây ngộ độc. Chính vì thế chúng ta cần làm giảm hàm lượng của chúng trong nước xuống dưới mức cho phép nhằm mang lại lợi ích cho con người cũng như các sinh vật khác [16, 17]. b) Dấu hiệu nhận biết nước bị nhiễm iron (sắt) - Màu sắc: Nước nhiễm iron thường trong, khi hứng trong vật chứa 1 thời gian, lúc này iron tiếp xúc với không khí thì iron II (Fe2+) sẽ chuyển hóa thành iron III (Fe3+) kết tủa tạo màu đỏ nâu. - Mùi vị: Nước nhiễm iron có thành phần iron II (Fe2+) cao gây cho nước có mùi tanh rất khó chịu. - Có thể nhận biết nước có màu hay mùi, tuy nhiên không thể đánh giá nguồn nước đang sử dụng có đạt chất lượng hay không với các thành phần cảm 9