Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Đánh giá khả năng keo tụ và làm mềm nước của vật liệu hạt chùm ngây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm đánh giá hiệu quả keo tụ của hạt chùm ngây trên một số nguồn nước tự nhiên, với mong muốn góp phần tìm ra giải pháp mới trong việc cung cấp nước sạch cho các vùng nông thôn Việt Nam theo định hướng phát triển bền vững. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Đánh giá khả năng keo tụ và làm mềm nước của vật liệu hạt chùm ngây

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ---------- HÀ VŨ HUY ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KEO TỤ VÀ LÀM MỀM NƯỚC CỦA VẬT LIỆU HẠT CHÙM NGÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ---------- HÀ VŨ HUY ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KEO TỤ VÀ LÀM MỀM NƯỚC CỦA VẬT LIỆU HẠT CHÙM NGÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH Chuyênngành: HÓA PHÂN TÍCH Ms: 60 44 01 18 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TẠ THỊ THẢO Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Phó giáo sư - Tiến sĩ Tạ Thị Thảo cùng toàn thể các quý thầy cô Bộ môn Hóa Phân tích trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nỗi đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm việc học tập và thu thập số liệu tại khoa để tôi có thể hoàn thành được luận văn. Xin chân thành cảm ơn các anh chị em và bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi học tập làm việc và hoàn thành luận văn. Học viên Hà Vũ Huy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mục lục Chương 1 : Tổng quan 1.1. Tổng quan về cây chùm ngây và các ứng dụng .............................................. 4 1.1.1. Tổng quan về cây chùm ngây (Moringa Oleifera) ....................................... 4 1.1.1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................ 4 1.1.1.2. Đặc điểm .................................................................................................... 5 1.1.1.3. Thành phần hóa học của cây chùm ngây ................................................... 5 1.1.1.4. Lợi ích và công dụng ................................................................................. 6 1.1.2. Các ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí môi trường.............................. 8 1.1.2.1. Loại bỏ độ đục............................................................................................. 8 1.1.2.2. Loại bỏ độ màu............................................................................................ 9 1.1.2.3. Loại bỏ độ cứng........................................................................................... 9 1.1.2.4. Chế biến than hoạt tính từ gỗ cây chùm ngây để loại bỏ Cu, Ni, Zn khỏi nước thải tổng hợp.................................................................................................. 10 1.1.2.5. Khả năng loại bỏ các kim loại nặng............................................................ 11 1.1.2.6. Loại bỏ vi khuẩn.......................................................................................... 11 1.2. Tổng quan về nước cấp và các phương pháp xử lí............................................ 12 1.2.1. Các thông số đánh giá chỉ tiêu chất lượng nước............................................. 12 1.2.1.1. Các chỉ tiêu vật lý 1.2.1.1.1. Độ pH....................................................................................................... 12 1.2.1.1.2. Nhiệt độ.................................................................................................... 12 1.2.1.1.3. Màu sắc..................................................................................................... 12 1.2.1.1.4. Độ đục....................................................................................................... 12 1.2.1.1.5. Tổng hàm lượng chất rắn.......................................................................... 12 1.2.1.1.6. Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng............................................................. 13 1.2.1.1.7. Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan............................................................. 13 1.2.1.1.8. Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi........................................................ 13 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.2.1.2. Các chỉ tiêu hóa học ................................................................................... 14 1.2.1.2.1. Độ kiềm toàn phần................................................................................. 14 1.2.1.2.2. Độ cứng của nước.................................................................................. 14 1.2.1.2.4. Nhu cầu oxy hóa học.............................................................................. 15 1.2.1.2.5. Nhu cầu oxy sinh hóa............................................................................. 15 1.2.1.2.6. Một số chỉ tiêu hóa học khác trong nước............................................... 15 1.2.1.3. Các chỉ tiêu vi sinh của nước.................................................................... 16 1. 2.1.3.1. Vi trùng gây bệnh.................................................................................. 16 1.2.1.3.2. Các loại rong tảo................................................................................... 17 1.2.1.4. Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống....................... 18 1.2.2. Các phương pháp và quá trình xử lí nước..................................................... 19 1.2.2.2. Quá trình lắng............................................................................................. 20 1.2.2.3. Quá trình lọc nước...................................................................................... 21 1.2.2.4. Làm mềm nước........................................................................................... 22 1.2.2.5. Khử trùng nước.......................................................................................... 24 1.2.2.6. Khử sắt và mangan..................................................................................... 25 Chương 2: Thực nghiệm 2.1. Hoá chất và dụng cụ thí nghiệm........................................................................ 26 2.1. 1. Pha chế và bảo quản các hóa chất dùng trong thí nghiệm............................. 26 2.1.1.1. Chỉ thị Phenolphtalein 0,1%........................................................................ 26 2.1.1.2. Chỉ thị Metyl da cam................................................................................... 26 2.1.1.3. Dung dịch chuẩn EDTA 0,01 M.................................................................. 26 2.1.1.2. Dung dịch chuẩn NaOH 0, 1M.................................................................... 26 2.1.1.3. Dung dịch đệm pH 10.................................................................................. 26 2.1.1.4. Chỉ thị Eriocrom đen T (ETOO).................................................................. 26 2.1.1.5. Dung dịch 1,10-phenanthroline....................................................................27 2.1.1.6. Dung dịch chuẩn Fe(II) 10 ppm ................................................................. 27 2.1.1.7. Dung dịch Natri axetat ............................................................................... 27 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.1.1.8. Dung dịch hydroxyl amoni clorua............................................................... 27 2.1.2. Các dụng cụ và thiết bị dùng trong thí nghiệm............................................... 27 2.2. Tiến hành thí nghiệm......................................................................................... 28 2.2.1. Chuẩn bị bột hạt chùm ngây........................................................................... 28 2.2.2. Chuẩn bị dung dịch gốc (chiết từ hạt chùm ngây).......................................... 28 2.2.3. Thí nghiệm keo tụ........................................................................................... 28 2.2.4. Thí nghiệm đo độ axit của mẫu nước............................................................. 29 2.2.4.1. Nguyên tắc................................................................................................... 29 2.2.4.2. Tiến hành thí nghiệm................................................................................... 29 2.2.5. Đo độ cứng tổng số của mẫu nước ................................................................ 29 2.2.5.1. Nguyên tắc .................................................................................................. 29 2.2.5.2. Tiến hành thí nghiệm .................................................................................. 29 2.2.6. Xác định tổng hàm lượng Fe trong nước bằng phương pháp phenantrolin 30 2.2.6.1. Chuẩn bị dãy các dung dịch để dựng đường chuẩn .................................. 30 Chương 3: Kết quả và thảo luận 3.1. Kết quả xử lí độ đục ......................................................................................... 32 3.1.1. Mẫu nước sông Hồng lấy tại chân cầu Vĩnh Tuy – tháng 12/2012 3.1.1.1. Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm ............................................................ 32 3.1.1.2. Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm ............................................................ 34 3.1.2. Mẫu nước sông Hồng lấy tại chân cầu Thăng Long – tháng 12/2012 3.1.2.1. Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm ............................................................ 36 3.1.2.2. Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm ............................................................ 38 3.1.3. Mẫu nước đục nhân tạo ................................................................................. 39 3.1.3.1. Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm ............................................................ 39 3.1.3.2. Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm ............................................................ 41 3.2. Kết quả xử lí độ màu ........................................................................................ 43 3.2.1. Dung dịch gốc có nồng độ NaCl 0,25M ....................................................... 43 3.2.2. Dung dịch gốc nồng độ NaCl 1 M ................................................................ 45 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu trữ dung dịch gốc đến hiệu quả xử lí ............. 45 3.3. Kết quả loại bỏ độ cứng ................................................................................... 47 Chương 4: Kết luận và kiến nghị 4.1. Kết luận ............................................................................................................ 50 4.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 50 Tài liệu tham khảo 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT - TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam - SS (Suspended solid) : Hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l) - TSS (Total suspended solid) : Tổng hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l) - COD (Chemical Oxugen Demand): Nhu cầu oxy hoá học - M.O (Moringa Oleifera) : Cây chùm ngây - WHO : Tổ chức Y tế thế giới - FAO : Tổ chức lương thực Liên hợp quốc 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Bảng 3.1. Kết quả loại bỏ độ đục của nước bằng chiết xuất hạt chùm ngây với kích thước hạt 1,2 mm ................................................................................................... 41 Bảng 3.2. Kết quả loại bỏ độ đục của nước bằng chiết xuất hạt chùm ngây với kích thước hạt 0,8 mm ................................................................................................... 43 Bảng 3.3. Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 100 mg/l ........................................................................................... 44 Bảng 3.4. Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 200 mg/l ........................................................................................... 45 Bảng 3.5. Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 300 mg/l .......................................................................................... 45 Bảng 3.6. Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 400 mg/l ........................................................................................... 45 Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý độ đục nước ứng với các khoảng giá trị của độ đục và ngưỡng hàm lượng chất keo tụ có thể áp dụng ...................................................... 47 Bảng 3.8. Hiệu quả xử lý độ màu của nước ứng với các giá trị khác nhau của nồng độ hạt chùm ngây trong dung dịch chiết xuất NaCl 0,25M .................................. 48 Bảng 3.9. Hiệu quả xử lý độ màu của nước ứng với các giá trị khác nhau của nồng độ hạt chùm ngây trong dung dịch chiết xuất NaCl 1M ....................................... 49 Bảng 3.10. Hiệu quả xử lí độ màu của dung dịch gốc từ bột hạt chùm ngây ở các nồng độ muối 0,25M và 1M qua các ngày lưu trữ .............................................. 49 Bảng 3.11. Hiệu quả xử lí độ cứng của dung dịch gốc từ bột hạt chùm ngây trên mẫu nước cứng nhân tạo .................................................................................... 51 Hình 1.1. Lá và quả cây chùm ngây .................................................................. 10 Hình 1.2. Hạt chùm ngây trước và sau khi xử lí ................................................ 12 Hình 1.3. Cơ chế keo tụ tạo bông ............................................................ 24 Hình 2.2. Hệ thống tỉ lệ quang học của máy đo độ đục .............................. 36 Hình 2.3. Máy đo quang phổ UV-1650PC ................................................ 37 Hình 3.1. Chất lượng nước trước và sau khi keo tụ bằng vật liệu từ hạt 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
chùm ngây ................................................................................... 47 Hình 3.2. So sánh % hiệu quả keo tụ của dung dịch gốc qua các ngày lưu trữ. (Hàm lượng dd gốc 60ml/l mẫu, nồng độ NaCl 0,25 M và 1M) ..................... 49 Hình 3.3. So sánh % hiệu quả xử lí độ cứng của dung dịch chiết từ hạt chùm ngây trên các mẫu nước cứng nhân tạo ............................................................ 52 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mở đầu Nước sạch và vệ sinh môi trường là nhu cầu thiết yếu của cuộc sống. Sự cạn kiệt nguồn nước, sự gia tăng về nhu cầu nước sạch, sự suy giảm về chất lượng nguồn nước đang là những thách thức toàn cầu mà nhân loại phải đối mặt, đồng thời cũng là vấn đề cấp thiết của nước ta. Việt Nam hiện có hơn 10 triệu hộ gia đình sống phân tán trong các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng mưa bão, lũ lụt…từ nhiều năm nay đang phải sử dụng nước uống và sinh hoạt từ nguồn nước mưa, giếng, sông, suối, ao, hồ…với mức độ ô nhiễm tổng hợp ngày càng tăng. Theo báo cáo của Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, trong năm 2011 có 22% người dân sống ở vùng nông thôn (tương đương 13,3 triệu người) không thể tiếp cận với nguồn nước sạch. Việc sử dụng thiết bị lọc nước cho các vùng này không khả thi do hầu hết đều dựa vào những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, vì thế giá thành khá cao, phức tạp, dễ hỏng hóc. Trong khi các bình lọc nước cấu tạo đơn sơ khác không đủ hiệu năng lọc độc và diệt khuẩn nước sạch. Phương pháp được cho là rẻ nhất được sử dụng ở vùng nông thôn hiện nay là sử dụng hóa chất keo tụ như phèn nhôm, và một số hóa chất khác như clo để diệt khuẩn; vôi để hiệu chỉnh độ pH; polyacrylat để hoàn thiện quá trình lắng trong nước,... Tuy nhiên khi quy mô xử lí nước là cả một vùng dân cư rộng lớn hoặc các tuyến dân cư chịu bão lũ thì việc dùng các hoá chất này thật khó đáp ứng nổi, gây nhiều tốn kém và ảnh hưởng với môi trường. Mặt khác, việc sử dụng hóa chất tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sức khỏe con người như: dư lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 với hàm lượng đủ cao sẽ gây hại cho các tế bào bạch huyết và được cho là nguyên nhân dẫn tới các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer ở người cao tuổi, bệnh Parkinson (hội chứng liệt rung) và một số loại bệnh khác [13]. Trong khi đó nguồn nước tiềm ẩn ô nhiễm rất phức tạp của nông thôn Việt Nam đang khiến nhiều người dân khát nước sạch và hàng ngày ít nhiều đều bị nhiễm độc, nhiễm khuẩn. 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế (hoặc thay thế một phần) cho hóa chất keo tụ trong xử lí nước đang trở nên cấp thiết với các quốc gia đang phát triển trong đó có Việt Nam. Các chiết xuất có nguồn gốc từ thực vật như cây chùm ngây (Moringa Oleifera), cây dầu mè (Jatropha curcas), cây bụt giấm (Hibiscus sabdariffa),... đã được biết đến và sử dụng để làm sạch nước từ nhiều thế kỷ trước. Trong số đó, chiết xuất từ hạt cây chùm ngây được đánh giá là một trong những chiết xuất đạt hiệu quả cao nhất trong xử lí nước. Các kết quả nghiên cứu cho thấy dịch chiết từ hạt chùm ngây cho hiệu quả làm sạch nước đạt hơn 80% đối với hầu hết các mẫu nước ô nhiễm ở các mức độ nặng nhẹ khác nhau. Trong một số nghiên cứu thử nghiệm so sánh khả năng keo tụ của chiết xuất từ hạt chùm ngây so với phèn nhôm trên mẫu nước tự nhiên có độ đục 45 NTU và hàm lượng khuẩn E.coli là 2650 cfu/100ml, hạt chùm ngây loại bỏ được 86% độ đục và 93% khuẩn E.coli, với phèn nhôm tương ứng là 91% và 98%. Khi tiến hành thí nghiệm trên mẫu nước có độ đục cao hơn là 146 NTU, vật liệu hạt chùm ngây cho kết quả loại bỏ độ đục là 84% và 88% khuẩn E.coli, trong khi tỉ lệ này ở phèn nhôm là hơn 97% [1] Mặc dù hiệu quả keo tụ chưa cao bằng phèn nhôm và một số hóa chất khác, nhưng chiết xuất từ hạt chùm ngây đã cho thấy nó có hiệu quả keo tụ và làm sạch vi khuẩn khá cao, đủ để khuyến khích sử dụng trong xử lí nước ở các quốc gia đang phát triển. Ngoài khả năng làm sạch nước, cây chùm ngây còn là nguồn dược liệu quí hiếm. Lá, hoa, quả, thân , vỏ, rễ của cây chứa nhiều khoáng chất, chất đạm, vitamins và nhiều họp chất khác. Các bộ phận của cây có những hoạt tính trong điều trị y học như dùng để trị các bệnh u xơ tiền liệt tuyến, suy nhược cơ thể, thần kinh, giúp ổn định huyết áp, đường huyết, chữa tăng cholesterol,… cây đã được dùng để trị nhiều bệnh trong y học dân gian tại nhiều nước trong vùng Nam Á. Tại các quốc gia đang phát triển, cây chùm ngây được coi như nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Ở Ấn Độ, quả chùm ngây được sử dụng khá rộng rãi, nhiều đồn điền trồng cây chùm ngây để cung cấp quả phục vụ cho nhu cầu thực phẩm tươi, thực phẩm đóng hộp và xuất khẩu ra thị trường thế giới. Ở Tây Phi, lá 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
chùm ngây được dùng làm nước sốt và gia vị thức ăn. Ở tỉnh Konso thuộc Ethiopia, lá chùm ngây là lương thực chủ yếu của người dân,... Trên thế giới, chùm ngây được xem là một cây đa dụng, được hai tổ chức thế giới WHO và FAO xem như là giải pháp lương thực cho các nước thuộc “Thế giới thứ ba”. Nhiều nghiên cứu đều cho thấy lá chùm ngây rất giàu vitamin, khoáng chất và protein: có lẽ nhiều hơn bất kỳ loại rau nhiệt đới nào khác. Nhiều chương trình đã sử dụng lá chùm ngây để phòng chống suy dinh dưỡng và các bệnh liên quan (mù lòa,..) Các nghiên cứu về cây chùm ngây và công dụng của nó đã được thực hiện từ những năm 70 của thế kỉ trước. Tuy nhiên, đa phần được thực hiện tại Ấn Độ, Philippines, và Phi Châu... Ở Việt Nam các dữ liệu về các tác dụng, giá trị dinh dưỡng và công nghiệp của cây vẫn còn rất khan hiếm. Đề tài này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả keo tụ của hạt chùm ngây trên một số nguồn nước tự nhiên, với mong muốn góp phần tìm ra giải pháp mới trong việc cung cấp nước sạch cho các vùng nông thôn Việt Nam theo định hướng phát triển bền vững. 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về cây chùm ngây và các ứng dụng 1.1. 1. Tổng quan về cây chùm ngây (Moringa Oleifera) 1.1.1.1. Giới thiệu chung • Tên thông dụng: Chùm ngây (Việt Nam), Moringa (international), Drumstick tree (US), Horseradish tree, Behen, Drumstick Tree,... • Tên Khoa học: Moringa oleifera hay M. pterygosperma thuộc họ Moringaceae • Nhà Phật gọi là cây Độ Sinh (Tree of Life ) Các nhà dược học, các nhà khoa học nghiên cứu thực vật học, dựa vào hàm lượng dinh dưỡng và nguồn dược liệu quí hiếm được kiểm nghiệm, đã không ngần ngại đặt tên cho nó là cây Thần Diệu ( Miracle Tree) . Nguồn gốc : Cây xuất xứ từ vùng Nam Á, có lịch sử hơn 4 ngàn năm, nhưng phổ biến rất nhiều ở cả Châu Á và Châu Phi. Cây Chùm Ngây rất phổ thông ở Ấn Độ và được dân tộc Ấn trân trọng đặt tên là cây Độ Sinh. Trong hầu hết các bộ phận của cây đều chứa các chất mà con người cần như: Khoáng chất, vitamin, các axit amin, bêta-caroten, phenolics... Ở Việt Nam, cây chùm ngây đã có trong tự nhiên từ lâu đời. Tuy nhiên công dụng của nó thì còn ít người biết đến. Cây được phát hiện mọc hoang từ lâu đời tại nhiều nơi như Thanh Hóa, Bình Thuận, Ninh Thuận, vùng Bảy Núi ở An Giang, đảo Phú Quốc,... Tại vùng núi ở Tịnh Biên, Tri Tôn (An Giang) có nhà chỉ trồng nó làm hàng rào. Sau khi biết tác dụng của cây chùm ngây, huyện Tri Tôn đã xây dựng một dự án để bảo tồn và phát triển và dành tới 3.000m2 để làm vườn nhân giống. [19] 1.1.1.2. Đặc điểm Chùm ngây là loại cây thân gỗ. Cây có thể cao tới 5 - 6m, rất dễ trồng, dễ sống. Việc trồng cây không kén đất, ít tốn công chăm sóc. Có thể trồng quanh hàng rào, 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trồng ở những bãi đất trống, trồng dọc đường đi... Cây trồng khoảng 4-5 tháng là bắt đầu có thể thu hoạch lá. Hầu như chưa thấy loài sâu bọ nào phá hoại được cây. Khả năng chống chịu hạn hán của cây cũng rất tốt, có thể trồng trên cả các gò, đồi, các vùng đất xấu. Tuy nhiên, khả năng chịu úng lại kém. Sau 8 tháng cây bắt đầu cho hoa. Hoa có màu trắng, có hương thơm. Quả dài 25-30cm và có hình dáng giống với quả đậu cô ve. [19] Hình 1.1. Lá và quả cây chùm ngây 1.1.1.3. Thành phần hóa học của cây chùm ngây [14] Rễ cây Chùm ngây: Chứa hợp chất glucosinolates: như 4-(alpha-L-rhamnosyloxy) benzyl glucosinolate (khoảng 1%), sau khi chịu tác động của enzyme myrosinase sẽ cho 4- 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(alpha-L-rhamnosyloxy) benzylisot hiocyanate, glucotropaeolin (khoảng 0.05%) và benzylisothiocyanate. Hạt cây Chùm ngây: Hạt chứa glucosinolate như trong rễ, có thể lên đến 9% sau khi hột đã được khử chất béo. Các axit loại phenol carboxylic như 1 beta- D -glucose l 2, 6 - dimethyl benzoate. Ngoài ra hạt còn chứa chất béo 33-38% được dùng trong dầu ăn và kỹ nghệ hương liệu, thành phần chính gồm các axit béo như oleic axit (60-70%), palmitic axit (3-12%), stearic axit ( 3-12%) và các axit béo khác như behenic axit, eicosanoic và lignoceric axit. Lá cây Chùm ngây: Chứa các hợp chất thuộc nhóm flavonoids và phenolic như kaempferol 3-O- alpha-rhamnoside, kaempferol, syringic acid , gallic acid, rutin, quercetin 3-O-beta- glucoside. Các flavonol glycosides được xác định đều thuộc nhóm kaempferide nối kết với các rhamnoside hay glucoside. 1.1.1.4. Lợi ích và công dụng Những nghiên cứu về chùm ngây đa số được thực hiện ở Ấn Độ, Philippines và Châu Phi. Cây được biết đến và sử dụng từ hàng ngàn năm ở các nước có nền văn minh cổ như Hy Lạp, Ý, Ấn Độ. Do có nhiều công dụng hữu ích nên cây hiện đang được khuyến khích trồng ở hơn 80 quốc gia trên thế giới đặc biệt là những nước nghèo. Hiện nay chùm ngây được những quốc gia tiên tiến sử dụng rộng rãi và đa dạng trong công nghệ dược phẩm, mỹ phẩm, nước giải khát dinh dưỡng và thực phẩm chức năng. Các quốc gia đang phát triển sử dụng Moringa như dược liệu kỳ diệu kết hợp chữa những bệnh hiểm nghèo, bệnh thông thường và thực phẩm dinh dưỡng. Công dụng điều trị bệnh: cây có những hoạt tính như kích thích hoạt động của tim và hệ tuần hoàn, hoạt tính chống u-bướu, hạ nhiệt, chống kinh phong, chống sưng viêm, trị ung loét, chống co giật, lợi tiểu, hạ huyết áp, hạ cholesterol, chống oxy hóa, trị tiểu đường, bảo vệ gan, kháng sinh và chống nấm.. Cây đã được dùng để trị nhiều bệnh trong Y-học dân gian tại nhiều nước trong vùng Nam Á. 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Giá trị dinh dưỡng: Hiện nay chùm ngây được hai tổ chức thế giới WHO và FAO xem như là giải pháp ưu việt cho các bà mẹ thiếu sữa và trẻ em suy dinh dưỡng, và là giải pháp lương thực cho thế giới thứ ba. Các bộ phận của cây chứa nhiều khoáng chất quan trọng, giàu chất đạm, vitamin, betacaroten, acid amin và nhiều hợp chất phenol. Cây chùm ngây cung cấp hỗn hợp gồm nhiều hợp chất quý hiếm như zeatin, quercetin, alpha-sitosterol, caffeoylquinic acid và kaempferol. Như vậy cây chùm ngây là nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Công dụng lọc nước: nếu phần thân và lá chùm ngây có tác dụng điều trị bệnh và giá trị dinh dưỡng cao, thì hạt của nó có thể sử dụng để lọc nước uống rất hiệu quả mà hầu như không mất nhiều chi phí. Quá trình tinh lọc khá đơn giản, bao gồm các công đoạn: xay nhuyễn hạt thành bột, trộn bột này với nước chưa được xử lý rồi đợi các hạt bột kết dính với tạp chất và lắng xuống dưới. Sau đó, chúng ta có thể gạn hoặc hút phần nước tinh khiết ở bên trên. a) b) c) Hình 1.2. Hạt chùm ngây trước và sau khi xử lí a) Hạt chùm ngây b) Hạt nhân sau khi tách vỏ c) Bột nghiền từ hạt chùm ngây 1.2. 1. Các ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí môi trường Đã có rất nhiều nước trên Thế giới nghiên cứu về khả năng xử lý môi trường của hạt cây chùm ngây và được áp dụng khá phổ biến cho những vùng nông thôn. Theo nghiên cứu của ông Michael Lea, chuyên gia thuộc Clearinghouse - tổ chức Canada 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
chuyên nghiên cứu công nghệ lọc nước chi phí thấp – và các cộng sự, hạt chùm ngây có thể giảm đến 99,99% vi khuẩn trong nước chưa được xử lý. Ngoài ra, phương pháp xử lý nước bằng hạt cây chùm ngây đang được áp dụng rất phổ biến ở những vùng nông thôn của một số quốc gia ở Châu Phi. Ở Sudan, hạt chùm ngây được những người phụ nữ sử dụng để thay thế phèn nhôm khi lọc nước đục lấy từ sông Nile. 1.2.1.1. Loại bỏ độ đục Từ những năm 1970, hạt chùm ngây đã được quan tâm nghiên cứu ở các mức độ khác nhau và được đánh giá cao trong quá trình xử lí nước. Tuy nhiên, các nghiên cứu ban đầu chỉ dùng hạt chùm ngây như một chất hỗ trợ keo tụ sử dụng cùng với phèn nhôm. Kết quả cho thấy khi hạt chùm ngây được thêm vào quá trình xử lí nước, khả năng loại bỏ độ đục ở mức cao hơn hẳn so với chỉ sử dụng phèn nhôm. Theo nghiên cứu của Surtheland -1990, khi dử dụng đồng thời hạt chùm ngây và phèn nhôm với hàm lượng phèn nhôm là 15mg/l và chùm ngây là 25 mg/l cho kết quả loại bỏ độ đục từ 150 NTU xuống còn 10 NTU. Sau đó, người ta mới đưa ra nhiều dự án nghiên cứu để so sánh hiệu quả xử lí độ đục của hạt chùm ngây như một chất keo tụ chính so với phèn nhôm và phèn sắt. [1] 1.2.1.2. Loại bỏ độ màu Theo nghiên cứu của R. Krishna Prasad cho thấy chiết xuất từ hạt chùm ngây có thể loại bỏ được 56% (dùng dung dịch NaCl) và 67% (KCl) độ màu của nước thải từ các nhà máy chưng cất rượu. Nghiên cứu trên các mẫu nước mặt tự nhiên bị ô nhiễm, hạt chùm ngây có khả năng loại bỏ độ màu tới 83%. [2] 1.2.1.3. Loại bỏ độ cứng Thí nghiệm trên mô hình Jar-test với chất keo tụ chính là hạt chùm ngây trên 4 nguồn nước mặt tự nhiên với độ cứng CaCO3 từ 180mg/l đến 300mg/l. Kết quả cho thấy độ cứng của nước giảm khoảng 60 - 70% với thời gian chờ lắng 2h sau khi keo tụ. [3] 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khả năng loại bỏ độ cứng tăng lên khi tăng hàm lượng của hạt chùm ngây. Với các mẫu nước có cùng độ cứng, số lượng các thành phần gây nên độ cứng càng nhiều thì càng yêu cầu hàm lượng chất keo tụ cao hơn để xử lí. 1.2.1.4. Khả năng hấp thụ của quả chùm ngây trong loại bỏ chất thải hữu cơ Ô nhiễm nguồn nước ngầm bởi các chất thải hữu cơ đã trở thành mối quan tâm lớn đối với môi trường. Trong số đó, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như benzen, toluene, ethylbenzene, xylene và cumene,.. là những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do chúng có độc tính cao và ô nhiễm xảy ra trên diện rộng. Có nhiều kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ từ nguồn nước mặt và nước ngầm như hấp phụ trên than hoạt tính rồi phân hủy quang hóa chúng bởi bức xạ tia cực tím,... Tất cả các quá trình này đều rất tốn kém khi áp dụng trong thực tế. Việc sử dụng các chất keo tụ tổng hợp, như phèn nhôm, polyaluminum clorua, clorua sắt, hydroxit sắt,... cũng không được đánh giá cao do những ảnh hưởng tới sức khỏe của con người. Theo nghiên cứu năm 2006 của Mubeena Akhtar (Pakistan) đã cho thấy khả năng của vật liệu làm từ quả chùm ngây trong hấp phụ các chất thải hữu cơ bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ các chất thải hữu cơ vào vật liệu theo thứ tự: Cumene> ethylbenzene> toluen> benzen. Lượng benzen, toluene, ethylbenzene và Cumene được thu hồi có thể tái sử dụng như một nguyên liệu thô trong các ngành công nghiệp khác nhau. [5] 1.2.1.5. Loại bỏ các kim loại nặng Nghiên cứu của Helen Kalavathy và Lima Rose Miranda tận dụng gỗ cây chùm ngây – vốn được coi như một phế thải rắn để chế tạo vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng. Gỗ cây chùm ngây sau khi thu hoạch được rửa sạch nhiều lần qua nước sôi sau đó nung ở nhiệt độ cao, rồi nghiền nhỏ và sàng thành hạt với kích thước hạt khoảng 1 mm. Vật liệu thu được sau khi xử lí và loại bỏ hoàn toàn độ axit được dùng để hấp phụ kim loại nặng. 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Than hoạt tính làm từ gỗ chùm ngây có thể được tái tạo và sử dụng với số chu kì hấp phụ và giải hấp vào khoảng 6 lần cho Cu, 7 lần đối với Ni và Zn với sự sụt giảm khả năng hấp phụ không đáng kể sau mỗi quá trình giải hấp. Hạt chùm ngây còn được sử dụng làm chất hấp phụ lượng vết bạc có trong nước. Nghiên cứu này đưa ra phương pháp xác định lượng vết bạc trong nước bằng cách sử dụng chiết xuất pha rắn và xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS). Phương pháp đã tìm ra được giới hạn xác định và định lượng tương ứng là 0,22 và 0,73 µg.L-1 [6] Một số các nghiên cứu khác cũng đã sử dụng hạt chùm ngây để hấp thụ và loại bỏ Cd hoặc loại bỏ As ra khỏi dung dịch nước. Nghiên cứu của Parul Sharma thực hiện ở Ấn Độ năm 2006 cho thấy khả năng loại bỏ Cd bằng vật liệu từ hạt chùm ngây đạt 85,1% [7]. Kết quả nghiên cứu chỉ ra các điều kiện ảnh hưởng và thông số tối ưu của chúng để vật liệu hấp phụ Cd có hiệu quả cao nhất: Liều lượng sinh khối (4,0 g), hàm lượng kim loại (25 µg/ml), thời gian tiếp xúc (40 phút) và khối lượng của dung dịch thử (200 ml) ở pH 6,5. Nghiên cứu sử dụng quang phổ biến đổi tia hồng ngoại nhấn mạnh các tương tác của amino axit-Cd ảnh hưởng tới hiện tượng hấp phụ. Phát hiện này mở ra con đường mới trong việc loại bỏ các kim loại độc hại từ nguồn nước bằng hạt nhân chùm ngây đã tách vỏ (SMOS) với chi phí thấp, độ an toàn với nguồn nước và thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu ở Ấn Độ năm 2005 cho thấy điều kiện tối ưu để loại bỏ được 60,21% As (III) và 85,60% As (V) như sau: liều lượng sinh khối (2,0 g), hàm lượng kim loại (25 µg /L), thời gian tiếp xúc (60 phút) và khối lượng của dung dịch thử (200 ml) ở các trị pH tương ứng là 7.5 và 2.5. Các dữ liệu hấp phụ đều phù hợp với đường đẳng nhiệt Langmuir. [8] 1.2.1.6. Loại bỏ vi khuẩn Các nghiên cứu về độc tính cho đến nay ghi nhận hạt chùm ngây không gây ảnh hưởng nghiêm trọng nào tới sức khỏe con người. Nghiên cứu của Eilert – 1981 chỉ ra trong hạt chùm ngây có chứa 4µm – 4-rhamnosyloxy-benzyl isothiocynate là một 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn