Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu oxit nano La2O3 để hấp phụ Asen

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu oxit nano La2O3 để hấp phụ Asen” nhằm đẩy mạnh hướng công nghệ chế tạo vật liệu kích thước nanomet và ứng dụng các loại sản phẩm đầy tiềm năng này vào cuộc sống, cũng như sử dụng có hiệu quả tài nguyên sẵn có ở trong nước. 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 Khoa học Hoá học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu oxit nano La2O3 để hấp phụ Asen

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM CAO THỊ HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU OXIT NANO La2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 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 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM CAO THỊ HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU OXIT NANO La2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Lƣu Minh Đại Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lƣu Minh Đại người hướng dẫn, giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Khoa Học Vật Liệu, các anh, chị em trong phòng Vật Liệu Vô Cơ – Viện Khoa Học Vật Liệu – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các thầy cô giáo trong trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả luận văn Cao Thị Hồng Phúc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Lưu Minh Đại. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Cao Thị Hồng Phúc Xác nhận Xác nhận của khoa chuyên môn của ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS.TS. Lƣu Minh Đại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn ........................................................................................................... i Lời cam đoan .......................................................................................................ii Mục lục ..............................................................................................................iii Danh mục các bảng ........................................................................................... iv Danh mục các hình ............................................................................................. v MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN .................................................................................. 2 1.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm môi trường nước ...................................... 2 1.1.1. Tài nguyên nước................................................................................... 2 1.1.2. Nguồn nước ngầm ................................................................................ 2 1.1.3. Sự ô nhiễm môi trường nước ............................................................... 4 1.1.4. Tác hại của asen đối với con người ..................................................... 6 1.2. Một số công nghệ xử lý nước nhiễm asen ................................................. 12 1.2.1. Phương pháp trao đổi ion ................................................................... 12 1.2.2. Phương pháp oxi hóa ......................................................................... 13 1.2.3. Phương pháp hấp phụ......................................................................... 14 1.2.3.1. Khái niệm ...................................................................................... 14 1.2.3.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ............................................... 14 1.2.3.4. Phương trình động học hấp phụ .................................................... 16 1.2.3.5. Một số công nghệ xử lý nước nhiễm Asen ................................... 17 1.3. Lựa chọn phương pháp loại bỏ asen.......................................................... 19 1.4. Công nghệ nano ......................................................................................... 22 1.4.1. Vật liệu nano ...................................................................................... 22 1.4.1.1. Giới thiệu về vật liệu nano ............................................................ 22 1.4.1.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano ............................................... 23 1.4.2. Một số phương pháp tổng hợp oxit nano ........................................... 23 1.4.2.1. Phương pháp gốm truyền thống .................................................... 23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.4.2.2. Phương pháp đồng tạo phức .......................................................... 24 1.4.2.3. Phương pháp đồng kết tủa ............................................................. 24 1.4.2.4. Phương pháp sol - gel .................................................................... 25 1.4.2.5. Tổng hợp đốt cháy gel polyme ...................................................... 25 Chƣơng 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM .................................................... 27 2.1. Thiết bị, hóa chất ....................................................................................... 27 2.1.1. Thiết bị ............................................................................................... 27 2.1.2. Hóa chất ............................................................................................. 27 2.2. Phương pháp chế tạo vật liệu ................................................................... 27 2.2.1. Phương pháp đốt cháy gel chế tạo oxit La2O3 kích thước nanomet .. 27 2.2.2. Chế tạo vật liệu oxit nano La2O3 trên cát thạch anh ......................... 28 2.3. Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu .................................... 28 2.3.1. Các phương pháp phân tích................................................................ 28 2.3.1.1. Phương pháp phân tích nhiệt ......................................................... 29 2.3.1.2. Phương pháp nhiễu xạ rơnghen ..................................................... 29 2.3.1.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM)................................................................................... 30 2.3.1.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt BET ......................................... 30 2.3.1.5. Phương pháp phổ hồng ngoại ........................................................ 31 2.3.1.6. Phương pháp xác định điểm điện tích không của vật liệu ............ 31 2.3.2. Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại asen trong nước .... 31 2.3.2.1. Phương pháp phát xạ nguyên tử ICP-AES.................................... 31 2.3.2.2. Phương pháp test xác định asen .................................................... 31 2.4. Nghiên cứu hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir.......................... 32 2.5. Quá trình hấp phụ tĩnh ............................................................................... 33 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 34 3.1. Vật liệu oxit La2O3 kích thước nanomet ................................................... 34 3.1.1. Tổng hợp vật liệu ............................................................................... 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.1.1.1. Kết quả phân tích nhiệt.................................................................. 34 3.1.1.2. Kết quả nhiễu xạ rơnghen ............................................................. 35 3.1.1.3. Kết quả dao động hồng ngoại ........................................................ 39 3.1.1.4. Hình thái học, diện tích bề mặt vật liệu La2O3 .............................. 41 3.1.2. Ứng dụng vật liệu oxit La2O3 kích thước nanomet để hấp phụ asen . 42 3.1.2.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ asen trên La2O3 ............ 42 3.1.2.2. Ảnh hưởng điều kiện tổng hợp La2O3 đến hiệu suất hấp phụ asen...... 44 3.1.2.3. Một số ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ asen trên nano oxit La2O3... 44 3.1.2.4. Xác định dung lượng hấp phụ asen trên La2O3 kích thước nanomet ... 48 3.2. Vật liệu oxit La2O3 trên nền chất mang ..................................................... 51 3.2.1. Chế tạo vật liệu La2O3 /CTA .............................................................. 51 3.2.2. Ứng dụng vật liệu La2O3/CTA hấp phụ asen ..................................... 52 3.2.2.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ asen trên La2O3/CTA ... 52 3.2.2.2. Dung lượng hấp phụ As (III) trên La2O3/CTA.............................. 53 3.2.2.3. Dung lượng hấp phụ As (V) trên La2O3/CTA............................... 55 KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 - Số liệu ô nhiễm asen của một số địa phương ................................... 11 Bảng 1.2: Sơ bộ đánh giá các công nghệ đã sử dụng trong xử lý nước nhiễm asen ........................................................................................ 17 Bảng 1.3: Đánh giá sơ bộ khả năng xử lý của các loại vật liệu đang được nghiên cứu và sử dụng ở Việt Nam. ................................................ 20 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát nồng độ As (III) sau hấp phụ theo thời gian trên La2O3 ................................................................................................. 43 Bảng 3.2. Kết quả hiệu suất hấp phụ asen của vật liệu ở các điều kiện chế tạo ..................................................................................................... 44 Bảng 3.3. Kết quả hiệu suất hấp phụ As (III) ở giá trị pH khác nhau ............... 45 Bảng 3.4. Kết quả các giá trị pH sau hấp phụ trên La2O3 .................................. 45 Bảng 3.5. Kết quả hiệu suất hấp phụ As (III) ở nhiệt độ khác nhau .................. 46 Bảng 3.6. Kết quả ảnh hưởng của cation đến hiệu suất hấp phụ asen ............... 47 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của anion đến hiệu suất hấp phụ asen ............................ 48 Bảng 3.8. Kết quả dung lượng hấp phụ As (III) trên La2O3 .............................. 49 Bảng 3.9. Kết quả dung lượng hấp phụ As (V) trên La2O3 ............................... 50 Bảng 3.10. Hiệu suất phủ và hàm lượng oxit lantan trên nền chất mang .......... 52 Bảng 3.11. Kết quả hiệu suất hấp phụ As (III) theo thời gian trên La2O3/C.T.A. ..................................................................................... 53 Bảng 3.12. Kết quả dung lượng hấp phụ của La2O3 đối với As (III)................. 54 Bảng 3.13. Kết quả dung lượng hấp phụ với As (V) trên La2O3/CTA .............. 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Các căn bệnh do Asen gây ra .............................................................7 Hình 1.2. Bản đồ điều tra về tình hình ô nhiễm asen của nước ngầm tại TP Hà Nội và một số khu vực ngoại thành – 1999. [8,9]. .......................9 Hình 1.3. Bản đồ các khu vực nhiễm Asen trên toàn quốc ..............................10 Hình 1.4. Bản đồ điều tra về tình hình ô nhiễm asen của nước ngầm tại một số tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long – 1999 [2], [12]. 10 Hình 1.5. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian và nồng độ chất bị hấp thụ (C1>C2). ....................................................................16 Hình 2.1. Đường hấp phụ Langmuir và sự phụ thuộc Cf/q vào Cf ..................33 Hình 3.1. Giản đồ TGA-DTA của mẫu gel La3+-PVA. ...................................35 Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu gel nung ở 400oC..........................36 Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu gel nung ở 500oC..........................36 Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu gel nung ở 600oC..........................37 Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu gel nung ở 700oC..........................37 Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu gel nung ở 800oC..........................38 Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu La 2O3 đã chuyển pha tại nhiệt độ phòng. ..........................................................................................38 Hình 3.8. Quang phổ FTIR mẫu nung ở 500oC. ..............................................40 Hình 3.9. Quang phổ FTIR mẫu nung ở 600oC. ..............................................40 Hình 3.10. Quang phổ FTIR mẫu nung ở 700oC .............................................41 Hình 3.11. Ảnh TEM của mẫu oxit La2O3 .......................................................42 Hình 3.12. Biểu diễn nồng độ của As (III) còn lại sau phản ứng theo thời gian...43 Hình 3.13. Đồ thị sự phụ thuộc của pHi và ∆pH ............................................46 Hình 3.14. Sự phụ thuộc LnKđ vào 10-3.1/T. ...................................................47 Hình 3.15. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với As (III) trên La2O3. .....49 Hình 3.16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với As (V) trên La 2O3. 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.17. Sơ đồ chế tạo mẫu oxit La2O3/ CTA bằng phương pháp đốt cháy gel PVA. .........................................................................................51 Hình 3.18. Sự phụ thuộc nồng độ As (III) sau hấp phụ theo thời gian. ...........53 Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuirđối với As (III) trên La2O3/CTA. .......................................................................................54 Hình 3.20. Đường đẳng nhiệt hấp phụ As (V) trên La2O3/CTA......................55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu được của mọi hoạt động trên Trái Đất. Nguồn nước chủ yếu được khai thác là nguồn nước ngầm. Nước ngầm thường có chứa các chất có hại cho sức khỏe con người như các kim loại, hợp chất lưu huỳnh, hợp chất nitơ, halogen và một số hợp chất khác… Đặc biệt asen là kim loại có hại cho sức khỏe con người gây bệnh hiểm nghèo như: viêm da, rối loạn tuần hoàn máu, ung thư da… Các phương pháp hóa học, hóa-lí để xử lý nước như: kết tủa, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, thẩm thấu ngược... Tùy theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp. Phương pháp hấp phụ là biện pháp phổ biến và có hiệu quả để loại bỏ asen, nhất là việc sử dụng vật liệu nano. Việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các vật liệu nano oxit kim loại để hấp phụ asen được nhiều nhà khoa học quan tâm do những đặc tính ưu việt của chúng. Có một số công trình đã sử dụng một số các vật liệu quặng sắt, quặng mangan để hấp phụ asen, sắt, mangan, ra khỏi nguồn nước ô nhiễm nhưng do diện tích bề mặt của các loại quặng trên là nhỏ nên hiệu suất xử lý thấp. Tuy nhiên, có rất ít công trình đề cập đến việc sử dụng các nguyên tố đất hiếm trong lĩnh vực hấp phụ Asen. Đặc biệt là vật liệu oxit nano La2O3. Do vậy, việc chế tạo vật liệu oxit La2O3 kích thước nanomet ứng dụng hấp phụ asen có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Dựa trên cơ sở phân tích tài liệu về công nghệ xử lý asen nhằm đẩy mạnh hướng công nghệ chế tạo vật liệu kích thước nanomet và ứng dụng các loại sản phẩm đầy tiềm năng này vào cuộc sống, cũng như sử dụng có hiệu quả tài nguyên sẵn có ở trong nước, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu chế tạo vật liệu oxit nano La2O3 để hấp phụ Asen ” Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Tài nguyên nƣớc và sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 1.1.1. Tài nguyên nƣớc Nước là thành phần của sinh quyển và đóng vai trò điều hòa các yếu tố của khí hậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình vận động của nó. Nước còn chứa đựng những tiềm năng khác, đáp ứng nhu cầu đa dạng của con người trong sinh hoạt hàng ngày, trong nông nghiệp và trong sản xuất công nghiệp như : tạo ra điện năng, nhiều thắng cảnh thiên nhiên hùng vĩ, nuôi trồng thủy sản, sản xuất lương thực… Trên thế giới, các đại dương chiếm diện tích khoảng 361 triệu km2 ( 71% diện tích bề mặt trái đất ). Trữ lượng của tài nguyên nước khoảng 1,5 tỉ km 3, trong đó gần 97% là nước Đại dương, khoảng 3,34% ( khoảng 28,25 triệu km3 ) ở dạng đóng băng. Trên thực tế lượng nước có thể sử dụng được chỉ khoảng 4,2 triệu km3 ( 0,28% thủy quyển ). Nước ao, hồ, sông và đại dương nhờ năng lượng mặt trời bốc hơi vào khí quyển, hơi nước ngưng tụ rồi theo mưa xuống bề mặt trái đất, nước chu chuyển trong phạm vi toàn cầu tạo nên sự cân bằng nước và tham gia vào quá trình điều hòa khí hậu trái đất. Hơi nước thoát ra từ các loài thực vật làm tăng độ ẩm của không khí, một phần mưa thấm qua thành nước ngầm, nước ngầm và nước mặt đều hướng ra biển để tuần hoàn trở lại, đó là một chu trình nước. Tuy nhiên lượng nước ngọt, nước mưa trên hành tinh phân bố không đều, nước tự nhiên tập trung phân bố ở biển và đại dương, sau đó đến khối băng ở các cực và nước ngầm. Nước ngọt tầng mặt chỉ chiếm tỉ lệ không đáng kể. 1.1.2. Nguồn nƣớc ngầm Nhu cầu của nước trong sinh hoạt và công nghiệp tồn tại song song với sự phát triển của con người, ở đâu có nước thì ở đó mới có sự sống. Để đáp ứng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhu cầu dùng nước con người không ngừng tìm các nguồn nước mới và cách xử lý nguồn nước. Nước khai thác gồm hai loại có nguồn gốc khác nhau là nước mặt và nước ngầm. Nước mặt là nước trong sông, hồ, ao, suối. Nước sông chảy qua nhiều vùng đất khác nhau vì thế lẫn nhiều tạp chất hàm lượng cặn cao (nhất là vào mùa lũ) có nhiều chất hữu cơ, rong tảo, vi trùng dễ bị ô nhiễm. Nước ao, hồ tuy có hàm lượng cặn thấp hơn nước sông nhưng độ màu và phù du rong tảo nhiều hơn. Nguồn nước ngầm có được là do sự thẩm thấu của nước mặt, nước mưa, nước trong không khí, qua các tầng vỉ đất đá tạo nên những túi nước trong lòng đất. Trong quá trình thẩm thấu một phần nước bị giữ lại ở các khe núi hay các lỗ xốp của các tầng đất đá tạo nên các tầng ngậm nước. Thông thường, nước ngầm di chuyển qua một số lớp như: sỏi, cát thô, cát trung, cát mịn và đá vôi, cho đến tầng không ngấm nước (đất sét và hoàng thổ). Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưa thích. Phần lớn nước khai thác sử dụng trong sinh hoạt và công nghiệp hiện nay là nước ngầm. Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chính ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phân bón hoá học…tất cả những loại chất thải đó theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ [5], [20]. Việt nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm ở Việt nam nói chung có hàm lượng muối cao, hàm lượng Fe, Mn, Mg cũng cao hơn so với trên thế giới [2], [12]. Việc chọn nguồn nước là một quá trình rất phức tạp, ngoài vấn đề kinh tế thì việc đánh giá chất lượng nước luôn được xem là quan trọng. Việc đánh giá thường được thực hiện thông qua một số chỉ tiêu của nước, qua đó có thể xác định công nghệ xử lý thích hợp tuỳ theo những khu vực nhất định có những điều kiện cụ thể mà cần đánh giá khảo sát cho phù hợp. 1.1.3. Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc Việc chuyển từ dùng nước mặt do bị nhiễm bẩn trầm trọng sang dùng nước ngầm đã tạo ra một sự cải thiện quan trọng về vệ sinh dịch tễ song chưa lường trước được sự ô nhiễm asen, các kim loại nặng và các hợp chất độc hại khác, chủ yếu do nguồn gốc tự nhiên. Nước tự nhiên là nước được hình thành dưới ảnh hưởng của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Do có tác động của nhân sinh, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nước. Các khuynh hướng làm thay đổi chất lượng của nước dưới ảnh hưởng hoạt động kinh tế của con người là [5], [20], [21]: - Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển, tăng hàm lượng SO42-, NO3- trong nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Tăng hàm lượng của các ion Ca, Mg, Si trong nước ngầm và nước sông do mưa hòa tan, phong hóa cacbonat. - Tăng hàm lượng của các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên như: Pb, Cd, Hg, As, Zn. - Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi từ khí quyển và từ các chất thải rắn vào môi trường nước cùng nước thải. - Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy bằng con đường sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu...). - Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxi hóa có liên quan tới quá trình sống của các vi sinh vật, các nguồn chứa nước và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ. Nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng cả về chất lượng và số lượng. Trong một vài năm tới chúng ta phải đảm bảo cho 80% dân số được sử dụng nước sạch. Nguồn nước chủ yếu được khai thác là nước ngầm. Nước ngầm thường chứa các chất có hại cho sức khỏe của con người như các kim loại, hợp chất lưu huỳnh, hợp chất nitơ, halogel và một số các hợp chất khác. Theo thống kê chưa đầy đủ cả nước hiện nay có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ asen, sắt, mangan, amoni cao hơn nhiều lần nồng độ cho phép [2], [12]. Các dạng As trong nước ngầm phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái và tính chất của nước. Dạng As tồn tại chủ yếu trong nước ngầm là H2AsO4- (trong môi trường pH đến gần trung tính), HAsO42- (trong môi trường kiềm). Hợp chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong môi trường oxi hóa khử yếu. Các hợp chất asen hữu cơ có độ hòa tan kém hơn, đặc biệt là phức asen-acid fulvic trong môi trường có pH trung tính và nghèo Ca. Tại những vùng trầm tích núi lửa, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
một số khu vực quặng phong hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu – khí, mỏ than thường giầu asen [30], [33] 1.1.4. Tác hại của asen đối với con ngƣời Asen (còn gọi là thạch tín) Asen là một nguyên tố phân tán trên trái đất, hầu như có mặt trong tất cả các mẫu đất đá, khoáng vật và trong các mẫu động thực vật. Asen tồn tại trong tự nhiên thường ở dạng As (III) và As (V) trong đó trạng thái As (III) thường độc hơn trạng thái As (V). Từ lâu con người đã biết đến ô nhiễm asen qua đường hô hấp và qua đường tiêu hóa. Về mặt sinh học, asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất ngăn cản quá trình trao đổi chất, làm giảm năng suất cây trồng, đặc biệt trong môi trường thiếu photpho. Đối với con người asen tích luỹ trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin và đặc biệt tụ tập trong não, xương, da, phổi và tóc [10], [35] (Hình 1.1). Người ta có thể dựa vào hàm lượng asen trong cơ thể con người để tìm hiểu hoàn cảnh và môi trường sống, nếu như hàm lượng asen trong tóc nhóm dân cư khu vực nông thôn trung bình là 0,4-1,7 ppm, thì ở khu vực thành phố công nghiệp là 0,4-2,1 ppm, còn ở khu vực ô nhiễm nặng 0,6-4,9 ppm [3]. Sự ô nhiễm asen xuất hiện như một thảm họa môi trường đối với sức khỏe con người. Điểm đặc biệt nguy hiểm là cả hai dạng As (III) và As (V) đều là các chất dễ hòa tan trong nước và không mầu, không vị do đó không thể phát hiện bằng trực giác. Chính vì thế mà các nhà khoa học gọi chúng là “sát thủ vô hình”. Đáng tiếc là mặc dù đã tốn rất nhiều đầu tư trong y học nhằm tìm kiếm thuốc và phác đồ điều trị các bệnh liên quan đến nhiễm độc asen nhưng cho đến nay cộng đồng y học thế giới vẫn chưa tìm ra một giải pháp hữu hiệu nào. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.1. Các căn bệnh do Asen gây ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Asen (III) thể hiện độc tính vì nó tấn công vào các nhóm hoat động –SH của enzym, làm đông tụ các protein, cản trở hoạt động của enzym [10], [12], [33]: AsO43- cã tÝnh chÊt t-¬ng tù PO43- sÏ thay thÕ ion PO43- g©y øc chÕ enzym, ng¨n c¶n t¹o ra ATP lµ chÊt s¶n sinh ra n¨ng l-îng NÕu cã mÆt AsO43- th× qu¸ tr×nh phô xÈy ra, t¹o thµnh 1-arseno, 3-photphat, glyxerat, nªn sù t¹o thµnh 1, 3-diphotphat glyxerat kh«ng xÈy ra, do ®ã kh«ng h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn ATP: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tóm lại, tác dụng hóa sinh chính của asen là: làm đông tụ protein, tạo phức với enzym và phá hủy quá trình photphat hóa tạo ra ATP. Các nhà khoa học thế giới đã nhận định tình hình ô nhiễm asen ngày càng gia tăng đặc biệt là ở các quốc gia như ấn Độ, Đài Loan, Arhentina, Trung Quốc, Mông Cổ, Mehico, Thái Lan, Bangladesh, Mỹ, Campuchia, Việt Nam [23], [24]. Ở Việt Nam asen trong nước ngầm đã phát hiện được đầu tiên vào năm 1993 và dựa trên cấu trúc địa chất của Việt Nam có những đặc thù tương tự như của Bangladesh. Theo các thông báo của Bộ tài nguyên và môi trường nguồn nước ngầm các tỉnh đồng bằng bắc bộ như Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Vĩnh Phúc đều bị nhiễm asen. Trên bản đồ điều tra về tình hình ô nhiễm asen của nước ngầm tại TP Hà Nội và một số khu vực ngoại thành ( hình 1.2, 1.3 ) cho chúng ta thấy sự báo động về tình hình ô nhiễm asen của nước ngầm và chỉ rất ít những khu vực có nồng độ asen ở mức an toàn còn lại chủ yếu nồng độ asen đều vượt nhưỡng cho phép, đặc biệt khu vực phía nam Hà Nội có những nơi nồng độ asen >0,3mg/l lớn hơn 30 lần tiêu chuẩn phép [3], [10]. Hình 1.2. Bản đồ điều tra về tình hình ô nhiễm asen của nƣớc ngầm tại TP Hà Nội và một số khu vực ngoại thành – 1999. [8,9]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.3. Bản đồ các khu vực nhiễm Asen trên toàn quốc Không chỉ ở đồng bằng Bắc bộ, khu vực miền Trung cũng có biểu hiện với mức độ khác nhau. Khu vực đồng bằng sông Cửu Long mức độ ô nhiễm asen trong các nguồn nước ngầm tương đối nghiêm trọng tại 4 tỉnh Long An, Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang ( Hình 1.4 ). Hình 1.4. Bản đồ điều tra về tình hình ô nhiễm asen của nƣớc ngầm tại một số tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long – 1999 [2], [12]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn