Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xử lý Asen trong nước bằng vật liệu Biocomposite được điều chế từ gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ

Chia sẻ: Matroinho | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn "Nghiên cứu xử lý Asen trong nước bằng vật liệu Biocomposite được điều chế từ gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ" nhằm khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu nano oxit sắt từ đối với Asen trong nước. Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu Biocomposite được điều chế bằng gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và nano oxit sắt từ đối với Asen trong nước.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xử lý Asen trong nước bằng vật liệu Biocomposite được điều chế từ gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ

UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG TRƢỜNG I HỌC THỦ DẦU M T NGUYỄN TRÀ PHƢƠNG NHUNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC BẰNG VẬT LIỆU BIOCOMPOSITE ƢỢC IỀU CHẾ TỪ GUM TRÍCH LY H T MUỒNG HOÀNG YẾN VÀ NANO OXIT SẮT TỪ CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 8440301 LUẬN VĂN TH C SỸ BÌNH DƢƠNG – 2019
UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG TRƢỜNG I HỌC THỦ DẦU M T NGUYỄN TRÀ PHƢƠNG NHUNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC BẰNG VẬT LIỆU BIOCOMPOSITE ƢỢC IỀU CHẾ TỪ GUM TRÍCH LY H T MUỒNG HOÀNG YẾN VÀ NANO OXIT SẮT TỪ CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 8440301 LUẬN VĂN TH C SỸ GVHD: PGS. TS NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN BÌNH DƢƠNG - 2019
CAM OAN THỰC HIỆN Tôi xin cam đoan đây là nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, dữ liệu trong bài đều đƣợc trích dẫn rõ ràng, trung thực. Kết quả của nghiên cứu cũng chƣa từng công bố trong bất cứ nghiên cứu cùng cấp nào khác. Học viên thực hiện NGUYỄN TRÀ PHƢƠNG NHUNG
LỜI CẢM ƠN Trong suốt qu tr nh học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học tôi đ nhận đƣợc sự hƣớng dẫn gi p đ qu b u từ rất nhiều ngƣời. Với lòng biết ơn sâu sắc, lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các toàn thể các giảng viên của Khoa Khoa học môi trƣờng trƣờng Đại học Thủ Dầu Một. Đặc biệt là PGs. Ts. Nguyễn Võ Châu Ngân - cán bộ trực tiếp hƣớng dẫn tôi hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp cao học này. Ngƣời đ luôn hết l ng gi p đ dạy bảo thƣờng xuyên quan tâm động viên và ịp thời chia sẻ những khó hăn vƣớng mắc cho tôi trong suốt qu tr nh học tập làm thí nghiệm và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn Ban l nh đạo Khoa Khoa học tự nhiên, ngành Khoa học môi trƣờng và các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đ luôn hỗ trợ, tạo môi trƣờng làm việc với đầy đủ các trang thiết bị, dụng cụ cần thiết cũng nhƣ mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt báo cáo tốt nghiệp của mình. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực hiện NGUYỄN TRÀ PHƢƠNG NHUNG
TÓM TẮT Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu sinh học thân thiện với môi trƣờng để xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc đ đạt đƣợc các kết quả tốt. Trong nghiên cứu này sử dụng vật liệu Biocomposite đƣợc tổng hợp bằng phƣơng ph p trộn trực tiếp vật liệu Nano CoFe2O4 (tổng hợp theo phƣơng ph p đồng kết tủa) kết hợp Biogum (trích ly từ hạt Muồng Hoàng Yến) xử l Asen (As) trong nƣớc. Vật liệu sau hi điều chế đƣợc bao phủ hoàn toàn bởi các hạt nano oxit sắt từ có ích thƣớc nano đạt 70 - 100 nm (SEM). Kết quả nghiên cứu cho thấy ở điều kiện khảo sát tối ƣu với pH = 7, liều lƣợng vật liệu Biocomposite sử dụng 1 g/L, thời gian 30 phút dung lƣợng hấp phụ 0,059 mgAs/g cho hiệu suất loại bỏ As đạt đƣợc 59,33% với nồng độ As ban đầu 100 ppb. Điều đó cho thấy, vật liệu Biocomposite mang từ tính nano oxit sắt có khả năng hấp phụ Asen trong nƣớc, sau khi sử dụng có thể thu hồi đƣợc vật liệu bằng nam châm. Ngoài ra, vật liệu có sự kết hợp của Biogum nên thân thiện môi trƣờng do đó cần nghiên cứu mở rộng ứng dụng vật liệu sinh học để xử l As trong nƣớc. Từ khóa: thân thiện môi trƣờng, vật liệu Biocomposite, xử lý Asen trong nƣớc
MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ iv DANH MỤC BẢNG .......................................................................................v DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... vi PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................4 1.1.1 Tính chất và c c dạng tồn tại của Asen trong nƣớc .........................4 1.1.2 T nh h nh ô nhiễm As .....................................................................6 1.1.2.1 Ô nhiễm Asen trên thế giới ......................................................6 1.1.2.2. Ô nhiễm Asen ở Việt Nam .....................................................6 1.1.3 Ứng dụng của Asen ........................................................................8 1.1.4 Tính độc của Asen ..........................................................................8 1.1.5 Cơ chế gây độc của Asen ...............................................................9 1.1.5.1 Nhiễm độc cấp tính ............................................................... 11 1.1.5.2 Nhiễm độc m n tính .............................................................. 11 1.2.1 Phƣơng ph p vật l - màng lọc ..................................................... 12 1.2.2 Phƣơng ph p hóa học - Oxy hóa với ozone ..................................13 1.2.3 Phƣơng ph p hóa l ......................................................................13 1.2.3.1 Keo tụ - tạo bông...................................................................13 1.2.3.2 Kết tủa phèn .......................................................................... 14 1.2.3.3 Kết tủa sắt ............................................................................. 14 1.2.3.4 Hấp phụ và trao đổi ion ......................................................... 14 1.3.1 Tổng quan vật liệu Gum hạt Muồng Hoàng Yến .......................... 17 1.3.2 Tổng quan vật liệu Nano Coban ferrit (CoFe2O4) ......................... 17 1.3.3 Tổng quan vật liệu Biocomposite ................................................. 18 1.4.1 T nh h nh nghiên cứu trong nƣớc.................................................. 18 1.4.2 T nh h nh nghiên cứu ngoài nƣớc ................................................. 20 Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 22 i
2.1.1 Hóa chất ....................................................................................... 22 2.1.2 Dụng cụ và thiết bị .......................................................................22 2.2.1 Nội dung 1: điều chế vật liệu xử l Asen trong nƣớc (gum Muồng Hoàng yến Nano oxit sắt từ Biocomposite) ......................................... 28 2.2.1.1 Thí nghiệm 1: điều chế Gum Muồng Hoàng Yến .................. 28 2.2.1.2 Thí nghiệm 2: điều chế Nano oxit Sắt từ (CoFe2O4) .............. 29 2.2.1.3 Thí nghiệm 3: điều chế Biocomposite ...................................30 2.2.2 Nội dung 2: Đ nh gi sơ bộ hiệu quả xử l của c c loại vật liệu ở những điều iện h c nhau ....................................................................31 2.2.2.1 Thí nghiệm 4: x c định thời gian cân bằng ion đồng nhất mẫu ......................................................................................................... 31 2.2.2.2 Thí nghiệm 5: hảo s t hả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit bazo và trung tính .......................................................... 32 2.2.2.3 Thí nghiệm 6: hảo s t ảnh hƣởng của liều lƣợng vật liệu đến hả năng xử l Asen ......................................................................... 33 2.2.3 Nội dung 3: x c định c c thông số động học xử l Asen ............... 34 2.2.3.1 Thí nghiệm 7: Khảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .............................................................. 34 2.2.3.2 Thí nghiệm 8: hảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu ........................................................................36 2.2.3.3 Thí nghiệm 9: hảo s t ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của c c vật liệu............................................................ 37 2.2.4 Nội dung 4: đ nh gi hiệu suất xử l Asen bằng mô h nh lọc hấp phụ ........................................................................................................39 2.2.4.1 Thí nghiệm 10: hảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ ....................................................................................... 39 2.2.4.2 Thí nghiệm 11: hảo s t độ b o h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử l ............................................................................ 40 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN ........................................................ 42 3.1.1 Kết quả điều chế vật liệu Biogum (Gum MHY) Nano oxit sắt và Biocomposite (Biogum cải tiến) ............................................................ 42 ii
3.1.2 Kết quả hảo s t qua phổ hồng ngoại (FT-IR) .............................. 43 3.1.3 Kết quả (SEM) phân tích ích thƣớc hạt và quan s t bề mặt vật ...45 3.1.4 Kết quả phân tích diện tích bề mặt (BET) .....................................46 3.2.1 Kết quả đ nh gi sơ bộ hiệu quả xử l của c c loại vật liệu ở những điều iện h c nhau .............................................................................. 47 3.2.1.1 Kết quả x c định thời gian cân bằng ion ............................... 48 3.2.1.2 Kết quả hảo s t hả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit, bazo và trung tính......................................................................48 3.2.1.3 Kết quả hảo s t liều lƣợng của vật liệu đến hả năng xử l Asen .................................................................................................50 3.2.2 X c định c c thông số động học xử l Asen .................................53 3.2.2.1 Khảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .................................................................................. 53 3.2.2.2 Khảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .............................................................................................. 54 3.2.2.3 Khảo s t ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của 2 loại vật liệu Nano oxit sắt từ và Biocomposite ......................... 56 3.2.3 Đ nh gi hiệu suất xử l Asen bằng mô h nh lọc hấp phụ ............. 59 3.2.3.1 Mô h nh lọc hấp phụ ............................................................. 59 3.2.3.2 Khảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ .62 3.2.3.3 Khảo s t độ bảo h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử l ......................................................................................................... 64 Chƣơng 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 68 PHỤ LỤC A..................................................................................................74 PHỤ LỤC B ..................................................................................................82 PHỤ LỤC C ..................................................................................................94 iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MHY Muồng hoàng yến WHO Tổ chức Y tế thế giới As Nguyên tố Asen ATP Adenosine Triphosphate (nguồn nắng lƣợng cho cơ thể ngƣời hoạt động) Hg Nguyên tố thủy ngân Pb Nguyên tố chì Se Nguyên tố Selen Cd Nguyên tố Cadimi MF Vi lọc UF Siêu lọc MF Lọc nano RO Lọc thẩm thấu ngƣợc SDS Sodium dodecyl sulfate iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 C c thông số vật l của nguyên tố Asen ...........................................5 Bảng 1.2 So s nh ƣu nhƣợc điểm của một số công nghệ xử l As trong nƣớc ...................................................................................................................... 15 Bảng 2.1 C c hóa chất dùng trong nghiên cứu ............................................... 22 Bảng 2.2 C c dụng cụ dùng trong nghiên cứu................................................ 23 Bảng 2.3 C c thiết bị dùng trong nghiên cứu ................................................. 23 Bảng 2.4 C c thông số của nƣớc thải ô nhiễm As giả định ............................ 26 Bảng 2.5 C c phƣơng ph p phân tích ............................................................ 41 Bảng 3.1 C c thông số của nƣớc thải ô nhiễm As giả định ............................ 47 Bảng 3.2 C c thông số ỹ thuật của mô h nh lọc hấp phụ .............................. 60 v
DANH MỤC HÌNH H nh 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...................................................................27 H nh 2.2 Quy tr nh điều chế bột Muồng Hoàng Yến ......................................28 H nh 2.3 Sơ đồ điều chế Biogum (gum MHY) .............................................. 29 H nh 2.4 Sơ đồ điều chế nano oxit sắt từ ....................................................... 30 H nh 2.5 Sơ đồ điều chế Biocomposite .......................................................... 31 H nh 2.6 Sơ đồ x c định thời gian cân bằng ion đồng nhất mẫu ..................... 32 H nh 2.7 Sơ đồ x c định hả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit bazo và trung tính .......................................................................................... 33 H nh 2.8 X c định ảnh hƣởng của liều lƣợng vật liệu đến hả năng xử l Asen ...................................................................................................................... 34 H nh 2.9 Sơ đồ x c định ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu ............................................................................................... 36 H nh 2.10 Sơ đồ x c định ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .......................................................................................................... 37 H nh 2.11 Sơ đồ x c định ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của c c vật liệu .............................................................................................. 38 H nh 2.12 Sơ đồ x c định liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ ...................................................................................................................... 39 H nh 2.13 X c định độ b o h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử l ...40 H nh 3.1 Vật liệu Gum MHY Nano oxit sắt và Biocomposite ....................... 42 H nh 3.2 H nh Biocomposite bị h t bởi từ tính nam châm ............................. 43 H nh 3.3 Giản đồ phổ FT-IR của vật liệu ....................................................... 44 H nh 3.4 Ảnh SEM của 3 loại vật liệu liệu .................................................... 45 H nh 3.5 Kết quả phân tích diện tích bề mặt của vật liệu ............................... 46 H nh 3.6 Thời gian cân bằng ion trong dung dịch .......................................... 48 Hình 3.7 Khả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit bazơ trung tính 49 H nh 3.8 Hiệu suất xử l của 3 loại vật liệu trong môi trƣờng axit bazo và trung tính .......................................................................................................50 H nh 3.9 Đồ thị hảo s t liều lƣợng của vật liệu đến hả năng xử l Asen .....51 H nh 3.10 Phƣơng tr nh tuyến tính giữa c c gi trị liều lƣợng (mg) và hiệu quả xử l của 3 loại vật liệu ................................................................................. 51 H nh 3.11 Hiệu suất hảo s t liều lƣợng của vật liệu đến hả năng xử l Asen ...................................................................................................................... 52 H nh 3.12 Đồ thị hảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu ............................................................................................... 53 vi
Hình 3.13 Hiệu suất hảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu ........................................................................................ 54 Hình 3.14 Đồ thị khảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu ....................................................................................................55 Hình 3.15 Hiệu suất hảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu ....................................................................................................56 Hình 3.16 Đồ thị khảo s t ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của vật liệu ....................................................................................................57 Hình 3.17 Hiệu suất hảo s t liều lƣợng hấp phụ của vật liệu ....................... 58 H nh 3.18 Dung lƣợng hấp phụ Asen của vật liệu .......................................... 59 H nh 3.19 Mô h nh lọc hấp phụ lƣu lƣợng 1 L/giờ ......................................... 61 Hình 3.20 Khảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ ......... 62 Hình 3.21 Hiệu suất hảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ ................................................................................................................ 63 Hình 3.22 Đồ thị độ bảo h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu quả xử l ........65 Hình 3.23 Hiệu suất độ bảo h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu quả xử l ..65 vii
PHẦN MỞ ẦU Lí do chọn đề tài Môi trƣờng sống - cái nôi của toàn nhân loại đang ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng cùng với sự phát triển của nền kinh tế cũng nhƣ x hội hiện nay. Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của nền nông nghiệp từ bao đời nay thì quá trình công nghiệp hóa đất nƣớc ngày càng đƣợc nâng cao đi đôi với sự phát triển là các chất thải trong nông nghiệp và công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khối lƣợng đa dạng về chủng loại gây ô nhiễm đến môi trƣờng đất hông hí nƣớc sông, kênh rạch… đặc biệt là nƣớc ngầm bị ô nhiễm do các hoạt động của con ngƣời gây ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng đ i hỏi con ngƣời phải có nhận thức đ ng đắn và đầu tƣ thích đ ng cho vấn đề xử lý nhằm phát triển kinh tế song song với việc bảo vệ môi trƣờng sống. Theo Báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia 2016, trong các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng hiện nay thì vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc rất đƣợc quan tâm, nhất là vấn đề ô nhiễm Asen trong nƣớc ngầm. Ô nhiễm asen trong nƣớc uống đe dọa hơn 150 triệu ngƣời trên khắp thế giới. Khoảng 110 triệu dân này sống ở 10 quốc gia ở Nam và Đông Nam Á: Bangladesh, Campuchia, Trung Quốc, Ấn Độ, Lào Myanmar Nepal Pa istan Đài Loan và Việt Nam. Nhiễm Asen có thể gây những căn bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ da bàng quang thận, phổi, và nhiều căn bệnh khác (Rachana Singh, 2015). Do đó việc xử l nƣớc ô nhiễm As có thể là lựa chọn hiệu quả duy nhất để giảm thiểu nguy cơ sức khỏe. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xử lý Asen trong nƣớc bằng vật liệu Biocomposite đƣợc điều chế từ gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ” hết sức cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu chung Nghiên cứu xử l Asen trong nƣớc bằng vật liệu Biocomposite đƣợc điều chế bằng Biogum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ. 1
+ Mục tiêu cụ thể Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến đối với Asen trong nƣớc. Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu nano oxit sắt từ đối với Asen trong nƣớc. Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu Biocomposite đƣợc điều chế bằng gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và nano oxit sắt từ đối với Asen trong nƣớc. Đ nh gi hiệu quả xử lý Asen của các vật liệu trên mô hình lọc hấp phụ. So sánh hiệu quả xử l Asen trong nƣớc của các vật liệu vật liệu gum Muồng Hoàng Yến, Nano oxit sắt từ và Biocomposite. ối tƣợng nghiên cứu Nƣớc giả định với các nồng độ ô nhiễm Asen khác nhau tại phòng thí nghiệm Khoa Khoa học tự nhiên - trƣờng Đại học Thủ Dầu Một. Phạm vi nghiên cứu Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm trƣờng Đại học Thủ Dầu Một. Thời gian nghiên cứu: tháng 6 năm 2018 đến th ng 6 năm 2019. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Điều chế các vật liệu xử l Asen trong nƣớc (gum Muồng Hoàng Yến, Nano oxit sắt từ, Biocomposite). Nội dung 2: Đ nh gi sơ bộ hiệu quả xử lý của các loại vật liệu ở những điều kiện khác nhau. - X c định thời gian cân bằng ion đồng nhất mẫu. - Khảo sát khả năng xử lý của vật liệu trong môi trƣờng axit, bazơ và trung tính. - Khảo sát liều lƣợng của vật liệu đến khả năng xử lý Asen. 2
Nội dung 3: X c định các thông số động học xử lý Asen - Khảo sát ảnh hƣởng giá trị pH ban đầu đến hiệu suất hấp phụ As của vật liệu. - Khảo sát ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu suất xử lý của vật liệu. - Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Nội dung 4: Đ nh giá hiệu suất xử lý Asen bằng mô hình lọc hấp phụ - Khảo sát liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ. - Khảo s t độ bão hòa của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý. 3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ ASEN Asen (bắt nguồn từ tiếng Pháp arsenic), c n đƣợc viết là a-sen, arsen... (Đặng Thái Minh, 2011) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu As. Albertus Magnus (1193 - 1280) đƣợc coi là ngƣời đầu tiên cô lập đƣợc Asen nguyên tố vào năm 1250 (Emsley and John, 2011). Asen là một nguyên tố rất phổ biến và xếp thứ 20 trong tự nhiên, chiếm khoảng 0.00005% trong vỏ tr i đất, xếp thứ 14 trong nƣớc biển và thứ 12 trong cơ thể ngƣời (Mandal & Suzuki, 2002). 1.1.1 Tính chất và các dạng tồn tại của Asen trong nƣớc Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, Asen có số nguyên tử là 33, nguyên tử khối là 74,92, tỉ trọng 5 7 thăng hoa ở 6130C. As có hai dạng thù hình (một vàng, một đen) là một bán kim loại màu sáng trắng, mùi tỏi (Nguyễn Đức Khiển, 2013). Một số hợp chất của As thƣờng gặp là: (As2O3, As4O4, As2O5), sunfua (As2S3, As4S4, As2S5), axit (H3AsO3, H3AsO4), clorua (AsCl3, AsCl5), các muối (Na3AsO3, Na3AsO4), asin (AsH3, khí); các hợp chất cơ asen: axit asanilic (H2NC6H4AsO(OH)2). đimetyl asenat ((CH3O)2(HO)AsO). Asen có thể tồn tại trong các hợp chất ở ba mức oxy hóa: Asen (+5) trong các hợp chất Asenat; Asen (+3) trong Asenit; và Asen (-3) trong khí Asin. Độc tính của các dạng asen h c nhau tăng dần theo thứ tự sau: As(+5) < As(+3) < As(-3) (Hoàng Thái Long, 2007). Asen gặp trong tự nhiên cả ở dạng nguyên tố và dạng hợp chất. Có khoảng trên 200 quặng chứa Asen, nhƣng quan trọng là Asenopirit (FeAsS), Reanga (As2S2) màu đỏ và Opimen (As2S3) màu vàng. Asen ngoài sản xuất từ quặng Asenopirit c n đƣợc sản xuất nhƣ là thứ phẩm của sự chiết xuất các kim loại đồng, chì, kẽm, bạc, vàng, từ các quặng khác. Một lƣợng lớn Asen đƣợc giải phóng trong dòng chảy lỏng từ sự vận hành nghiền vàng sử dụng Xianua và trong các khí ống khói từ sự nung quặng vàng. 4
Asen có mặt trong môi trƣờng tự nhiên hiện nay là do thời tiết và bào mòn đ và đất chứa Asen, cháy rừng hí đại dƣơng thoát ra (hoạt động của vi sinh vật) và của núi lửa. Nƣớc ngầm nhiều nơi cũng có nồng độ Asen tự nhiên cao. Các nguồn nhân tạo chủ yếu của Asen đƣa vào hông hí bao gồm sự phát tán từ các lò luyện, chiết tách Asen, kim loại, nhà máy sản xuất hóa chất đốt than. Nƣớc cống r nh và nƣớc rỉ từ c c địa điểm chứa chất thải công nghiệp và sinh hoạt, c nh đồng là các nguồn chủ yếu của Asen đặc biệt là c c địa điểm ở gần mỏ kim loại, gây ra ô nhiễm nƣớc mặt và nƣớc ngầm (Nguyễn Đức Huệ, 2010). Trong nƣớc bề mặt, Asen chủ yếu tồn tại ở dạng asenat hóa trị V, còn trong nƣớc ngầm thì tìm thấy asenit hóa trị III. Bảng 1.1 C c thông số vật l của nguyên tố Asen Phân loại Á kim Trạng thái vật chất Chất rắn Hóa trị III, V Khối lƣợng nguyên tử 74,92160 g/mol Cấu hình electron [Ar] 4s2 3d10 4p3 Màu sắc Ánh kim xám Nhiệt độ thăng hoa 887K (6150C, 11370F) Các dạng hợp chất của Asen trong tự Arsenic (III) florua AsF3 nhiên Arsenic (V) floride AsF5 Arsenic (III) hidide AsH3 Arsenic (III) oxide As2O3 Arsenic (V) oxide As2O5 Arsenic (III) sulphide As2S3… 5
1.1.2 Tình hình ô nhiễm As 1.1.2.1 Ô nhiễm Asen trên thế giới Ở Liên Xô trƣớc đây việc đốt than làm nhiệt năng đ thải vào không khí khoảng 3000 tấn As/năm. Ngƣời ta đ ph t hiện nhiều vùng ô nhiễm đất, nƣớc, thực vật bởi Asen ở Banglades, Ấn Độ, Mỹ, Italia, Nhật… Ƣớc tính có tới hàng chục triệu ngƣời trên thế giới đang sống trong những vùng môi trƣờng giàu Asen có nguy cơ đe dọa sức khỏe và tính mạng. Tại Banglades có khoảng 2 - 4 triệu giếng hoan hai th c nƣớc, thủ nghiệm 8000 giếng khoang ở 60 trong 64 tình cả nƣớc cho thấy tới 51% số mẫu nƣớc có hàm lƣợng As vƣợt quá 0,05 mg/L (ngƣ ng quy định của tổ chức WHO là 0,01 mg/L) ƣớc tính tới 50 triệu dân Banglades uống nƣớc bị ô nhiễm Asen. Sự ô nhiễm Asen trong nƣớc dƣới đất ở vùng Ronphiboon (Thái Lan) lại có nguyên nhân do nƣớc thải giàu Arsenopyrit từ những khu vực khai thác chế biến quặng thiếc - Volfram đ ngấm vào l ng đất. Điều tra chi tiết khu vực Ronphiboon cho thấy hàm lƣợng trung bình của Asen trong đất từ 15 - 300 ppm, trong đó lớp đất tầng A từ 50 - 5000 ppm. Nƣớc ở những lỗ khoan sâu có hàm lƣợng Asen nhỏ hơn 0,05 mg/L trong l c đó ở những lỗ khoan tầng nông và các giếng đào th hàm lƣợng Asen tới 1,62 mL/L (dao động 0,08 - 9,00 mg/L). Nếu nƣớc dƣới đất không có oxy thì các hợp chất Asenat đƣợc khử thành Asenua, chất này có độc tính gấp 4 lần Asenat. Hiện tƣợng ô nhiễm Asen trong môi trƣờng đ ph t hiện ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có những khu vực hàm lƣợng Asen rất cao nhƣ ở Anh trong đất tới 2%, ở Mỹ trong nƣớc tới 8 mg/L, Chile - 800 mg/L, Gana - 175 mg/L, Tây Bengan - 200 mg/L Đài Loan - 600 mg/L. 1.1.2.2. Ô nhiễm Asen ở Việt Nam Nƣớc ta có nhiều nhà máy nhiệt điện, c c nhà m y xi măng đốt than đ làm năng lƣợng, nhiều nhà máy luyện kim là những nguồn cung cấp Asen cho môi trƣờng. Hàm lƣợng Asen (ppm) trong phân phosphat đạt 2 - 1200, phân nito 2 - 6
120, phân hữu cơ 3 - 25, thuốc bảo vệ thực vật 22 - 60. Là một nƣớc nông nghiệp, Việt Nam sử dụng lƣợng rất lớn phân bón, thuốc bảo vệ thực vật chứa Asen, thúc đẩy ph t t n Asen vào môi trƣờng nƣớc và trầm tích. Trong chiến tranh kẻ thù đ sử dụng nhiều hóa chất độc hại chứa Asen ở Việt Nam cƣờng hóa ô nhiễm đất, nƣớc, trầm tích bởi nguyên tố này. Dựa vào nguồn gốc và đặc điểm di chuyển, tập trung của Asen có thể chia lãnh thổ Việt Nam ra ba kiểu vùng có khả năng ô nhiễm Asen chủ yếu nhƣ sau: miền n i đồng bằng đới duyên dải. Nhiều cùng mỏ Magnhesit thuộc thƣợng lƣu sông M có hàm lƣợng Asen trong đ biến đổi trung bình từ 34 -176 ppm, trong đất từ 51 - 76 ppm c n trong nƣớc suối từ 0,43 - 1,14 mg/L (Hồ Vƣơng Bính và cs., 2000). Các dị thƣờng Asen trong đất và mỏ phong hóa khu vực mỏ vàng Đồi Bù (Hòa Bình), Khau Âu (Bắc Cạn), khu vực mỏ chì - kẽm Chợ Đồn có tiềm năng ô nhiễm nặng bởi Asen. Trong công tác phân vùng địa hóa thứ sinh Việt Nam đ x c lập đƣợc một số dị thƣờng địa hóa ở các khu vực nhƣ ở đới Lô - Gâm từ 100 - 200 ppm đới Sông Đà và đới Nghệ Tĩnh 100 - 300 ppm đới Khâm Đức 200 - 300 ppm và đặc biệt là đới Sông Mã 100 - 500 ppm. Hàm lƣợng Asen trong nƣớc tầng Holocen ở Hà Nội khoảng 0.034 mg/L (0,0001 - 0,132 mg/L) trong đó một số giếng có hàm lƣợng trung bình Asen trên 0.6 mg/L. Tầng chứa nƣớc Pleistocen (QII–III) có mức hàm lƣợng 0,0001 - 0,0937 mg/L (Đỗ Trọng Sự, 1992). Kết quả điều tra nghiên cứu Mai Trọng Nhuận (2001) cho thấy nƣớc biển ven bờ Việt Nam có biểu hiện ô nhiễm Asen: Đông Nam cửa Gềnh Hào (Cà Mau) có As 0,36 - 0,40 mg/L. Trầm tích ven bờ của nhiều vùng Việt Nam chƣa có biểu hiện ô nhiễm Asen: Đông Nam rạch Ba Quan, Vàm Cái Công, Nam Hòn Bung (Cà Mau, Bạc Liêu) hàm lƣợng ion hấp phụ As = 2 - 3 ppm, Nam cửa Hàm Luông, cửa Cung Hầu (4,4 ppm), cửa Trần Đề, cửa Định An (3 - 5 ppm) Đông- Nam Vũng Tàu (As = 26 ppm). Tuy nhiên phía Đông Hòn Trâu (Ph Yên) Đông mũi An H a (Quảng Ngãi) hàm lƣợng Asen (dạng ion hòa tan) 190 - 200 ppm. 7
1.1.3 Ứng dụng của Asen Asen trƣớc đây đƣợc sử dụng rộng r i nhƣ để chế tạo thuốc trừ sâu, diệt chuột; thuốc chữa bệnh giang mai, thuốc kích thích sự tăng trƣởng gia cầm, lợn; chất màu cho thủy tinh, gốm sứ và các sắc tố cho giấy d n tƣờng in hoa; chất bảo quản gỗ, da thuộc, thú nhồi rơm; chế vũ hí hóa học (khí mù tạt), chất bán dẫn; luyện kim (ví dụ với ch để làm đạn ch trong s ng săn). Asen đƣợc sử dụng trong đ c đồng và công nghệ nhiệt phân nhằm làm cứng và tạo h nh tr n cho đạn, tên lửa, trong sản xuất thủy tinh, gốm, phụ gia thực phẩm. Đôi hi ngƣời ta bổ sung Asen vào thức ăn gia s c gia cầm để tăng ích thích sinh trƣởng. Asen (cả dạng vô cơ và axit asenic đ metyl hóa) c n đƣợc dùng bảo quản gỗ (Nguyễn Đức Huệ, 2010). 1.1.4 Tính độc của Asen Sự tiêu hóa các liều lƣợng lớn (70 đến 180 mg) Asen có thể gây chết. Các triệu chứng của độc cấp tính (có thể dẫn đến chết) gồm sốt ch n ăn gan to xạm da và loạn nhịp tim với những biến đổi các kết quả của điện tim đồ tập trung vào trục trặc tim mạch sau cùng. Những triệu chứng khác bao gồm các triệu chứng hô hấp, sự xúc cảm thần kinh ngoại vi, và các ảnh hƣởng dạ dày - ruột, tim mạch và sự tạo máu. Sự tiêu hóa cấp Asen có thể gây ra sự hủy hoại màng nhầy nhƣ gây kích thích, hình thành bọng túi và ngay cả rộp tróc màng. Cảm giác bị mất ở hệ thần kinh ngoại vi là ảnh hƣởng thần kinh rõ nhất, xuất hiện một hoặc hai tuần bị nhiễm liều lớn, bao gồm sự thoái hóa trục thần kinh và là thuận nghịch nếu sự nhiễm dừng. Sự thiếu máu và sự giảm bạch cầu đặc biệt là giảm tế bào hạt, xảy ra ít ngày sau khi nhiễm và là thuận nghịch. Các hậu quả huyết học của sự nhiễm mãn Asen là tƣơng tự nhƣ c c ảnh hƣởng của nhiễm cấp. Sự nhiễm mãn Asen vô cơ có thể dẫn đến sự độc thần kinh của cả hệ thần inh trung ƣơng và hệ thần kinh ngoại vi. Sự độc thần inh thƣờng bắt đầu với những sự biến đổi cảm giác, sa sút trí tuệ và sự nhạy cảm, yếu mỏi các cơ. Sự xúc cảm thần kinh ngoại vi có thể phát triển cả ở thần kinh cảm giác và thần kinh vận động dẫn đến sự thoái tạo myelin của các sợi thần kinh trục dài. Sự 8