Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lý asen trong nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------

HOÀNG NAM NINH

ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN

VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH

Thái Nguyên, 05 - 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 ------------

HOÀNG NAM NINH

ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN

VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC

Chuyên ngành: Hóa Phân tích

Mã số: 60.44.0118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN RI

Thái Nguyên, 05 - 2013

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu,

kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Hoàng Nam Ninh

Xác nhận của khoa chuyên môn

Chủ tịch hội đồng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Ri đã

giao đề tài và tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm đề tài luận văn này.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học, các thầy cô

giáo, anh chị, bạn bè trong tổ bộ môn Hóa Phân tích – Trường Đại Học Khoa Học Tự

Nhiên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Tôi

cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học – Đại học Sư phạm

– Đại học Thái Nguyên đã có giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân và đồng nghiệp

đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành

luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hoàng Nam Ninh

MỤC LỤC

Mở đầu ........................................................................................................................... 1

Chương 1: Tổng quan .................................................................................................... 2

1.1. Trạng thái tự nhiên, nguồn gốc ô nhiễm và các dạng tồn tại trong dung dịch của

asen ................................................................................................................................ 2

1.1.1. Trạng thái tự nhiên và nguồn gốc ô nhiễm As..................................................... 2

1.1.2. Tính chất hoá lý của asen .................................................................................... 2

1.1.3. Các dạng tồn tại của As ...................................................................................... 3

1.2. Độc tính của các dạng asen ..................................................................................... 7

1.2.1. Cơ chế gây độc của asen ...................................................................................... 7

1.2.2. Độc tính của asen ................................................................................................. 8

1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hóa lẫn nhau trong môi trường của các dạng

asen .............................................................................................................................. 11

1.4. Hiện trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam .......................................... 13

1.4.1. Ô nhiễm asen trên thế giới ................................................................................. 13

1.4.2. Ô nhiễm asen ở Việt Nam .................................................................................. 14

1.5. Một số phương pháp xử lý asen ........................................................................... 16

1.5.1. Các phương pháp hoá học.................................................................................. 16

1.5.2 Các phương pháp hoá lý ..................................................................................... 18

1.5.3. Các phương pháp xử lý asen đang được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam .. 24

1.6. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ .................................................................. 24

1.6.1. Động học của quá trình hấp phụ ........................................................................ 24

1.6.2.Tốc độ của quá trình hấp phụ ............................................................................. 25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.6.3.Tải trọng hấp phụ ................................................................................................ 26

1.6.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ ................................................ 26

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp ................................................................... 31

2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất : .............................................................................. 31

2.1.1.Thiết bị và dụng cụ ............................................................................................ 31

2.1.2.Hóa chất ............................................................................................................. 32

2.1.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn. ............................................................. 32

2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 34

2.2.1.Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 34

2.2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 34

2.2.3.Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 34

Chương 3: Kết quả và thảo luận .................................................................................. 39

3.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu ................................................................................. 39

3.1.1.Khảo sát phổ hấp thụ của thuốc thử .................................................................... 39

3.1.3. Khảo sát thời gian tối ưu cho việc tạo hợp chất màu......................................... 40

3.1.4.Ảnh hưởng của pH đến quá trình khử Asen (III) thành Asin. ............................ 41

3.1.5. Ảnh hưởng của các yếu tố cản đến sự tạo hợp chất màu. .................................. 41

3.1.6. Ảnh hưởng nồng độ chất khử KI tới độ hấp thụ quang (A) của hợp chất màu. 42

3.1.7. Ảnh hưởng của chất khử Zn tới độ hấp thụ quang A của hợp chất màu. .......... 43

3.1.8. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử ..................................................................... 44

3.1.9. Ảnh hưởng của thể tích mẫu dung dịch Asen (III). ........................................... 46

3.1.7. Ảnh hưởng của chất khử Zn tới độ hấp thụ quang A của hợp chất màu. .......... 47

3.1.8. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử ..................................................................... 47

3.1.9. Ảnh hưởng của thể tích mẫu dung dịch Asen (III). ........................................... 48

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của cát tự nhiên ........................................... 51

3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính ............................... 54

3.4.1. Cách chế tạo hạt Hiđroxit sắt (III) ..................................................................... 54

3.4.2 Ưu điểm của phương pháp .................................................................................. 54

3.4.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính ............................. 55

Kết luận ........................................................................................................................ 58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 59

DANG MỤC BẢNG

STT Nội dung Trang

Bảng 1. Một số dạng As trong các đối tượng sinh học và môi 1 6 trường

Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của

Bảng 2 : Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian. 2 40

hợp chất màu.

Bảng 4 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tối độ hấp thụ quang của

3 43

hợp chất màu.

Bảng 5 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp

4 45

chất màu.

5 46

Bảng 6 . Nồng độ Asen trong một số mẫu nước thuộc huyện Hải 6 51 Hậu – Nam Định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 7 Kết quả xử lý mẫu nước của một số hộ dân tại huyện Hải 7 56 Hậu – Nam Định bằng cát biến tính

DANH MỤC HÌNH

STT Nội dung

Trang

Hình 1: Sơ đồ quá trình chuyển hoá của các hợp chất asen

trong tự nhiên

Hình 2. Một số hình ảnh về nạn nhân nhiễm độc As

Hình 3. Quá trình chuyển hóa của các dạng As trong môi

trường

Hình 4. Bản đồ nhiễm asen trên toàn quốc

Hình 5. Đường cong biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng

nhiệt langmuir

Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của

vào Cl

Hình 7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt freundlich

Hình 8. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf

Hình 9 Sơ đồ hệ tạo hợp chất màu của asin và bạc

đietylđithiocacbamat.

Hình 10: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của

hợp chất màu.

Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ

quang của hợp chất màu.

Hình 12. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tới độ hấp thụ

quang của hợp chất màu

Hình 13 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của

hợp chất màu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 14. Động học quá trình hấp phụ As(III) bởi hyđroxit sắt

theo thời gian.

Hình 15. Ảnh hưởng của pH đến lượng As(III) bị hấp phụ bởi

hiđroxit Fe (III) (a) và nồng độ As(III) còn lại (b).

16 Hình 16. Ảnh hưởng giữa tỷ lệ Fe/As và hàm lượng As(III)

còn lại trong dung dịch cân bằng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỞ ĐẦU

Trong đời sống kinh tế xã hội, nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng.

Nước dùng trong sinh hoạt cần sạch, không chứa các chất độc hại. Cùng với sự phát

triển của xã hội loài người thì sự ô nhiễm và cạn kiệt nguồn nước ngày càng trầm

trọng, nhất là đối với nước bề mặt. Chính vì vậy, nước ngầm trở thành nguồn nước

chủ yếu để khai thác phục vụ nhu cầu sử dụng của con người.

Đối với việc sử dụng nước ngầm cần chú ý ô nhiễm kim loại trong nước, đặc

biệt là asen. Asen (thạch tín) được biết đến là một chất kịch độc, một lượng cực nhỏ

asen (0,1 - 0,2 gam) có thể gây chết người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm

độc mãn tính có thể gây ra nhiều loại bệnh khác nhau như bệnh đen và rụng móng

chân, bệnh sừng hoá da, ung thư da, phổi… Vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế

kỷ XX, vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm đã trở thành mối quan tâm đặc biệt trên

toàn thế giới khi xảy ra thảm hoạ nhiễm độc asen ở diện rộng ở Bangladesh và Tây

Bengan Ấn Độ. Ngày nay người ta đã phát hiện thấy ngoài Bangladesh và Tây Bengan,

nhiều nơi trên thế giới như Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa, Mỹ, Việt Nam cũng

có các nguồn nước ngầm bị nhiễm asen.

Ở Việt Nam, theo một số kết quả khảo sát gần đây phát hiện thấy nước ngầm

ở nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long bị nhiễm asen nặng

với nồng độ cao gấp nhiều lần so với giới hạn an toàn cho sức khỏe con người. Mặc

dù bị nhiễm asen nhưng nước ngầm vẫn được khai thác rộng rãi ở thủ đô Hà Nội và

nhiều tỉnh thành khác của Việt Nam để làm nước ăn uống. Tính đến nay, chỉ riêng

vùng châu thổ sông Hồng, tổng số giếng khoan có thể lên tới con số hàng triệu. Vì

vậy song song với các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm và sự phân bố asen trong

nước ngầm ở các vùng khác nhau, việc phát triển các công nghệ khả thi xử lý asen

trong nước sinh hoạt ở qui mô xử lý tập trung cũng như qui mô hộ gia đình là một

yêu cầu cấp bách hiện nay.

Góp phần vào những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý asen trong

nước, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu: “Đánh giá vật liệu cát tự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhiên và biến tính để xử lý asen trong nước”.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Trạng thái tự nhiên, nguồn gốc ô nhiễm và các dạng tồn tại trong dung

dịch của asen

1.1.1. Trạng thái tự nhiên và nguồn gốc ô nhiễm As [4], [12]

As xuất hiện trong môi trường ở dạng hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ. As phân bố

rất rộng rãi trong tự nhiên, đặc biệt là trong nguồn nước như nước ngầm, nước biển,

nguồn nước khoáng, nước sông suối. Trong tự nhiên As tồn tại chủ yếu ở các dạng

hợp chất với O, Cl, S, trong khoáng vật như khoáng sắt, đá vôi, muối mỏ, reagal

As4S4, opriment As2S3, asenopirit FeAsS, quặng kẽm, …

Việc sử dụng rộng rãi As trong nhiều ngành công nghiệp như dược, sản xuất

kính, chất nhuộm, chất độc ăn mòn, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, thuộc da, hoặc

ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như công nghiệp xi măng, nhiệt

điện, công nghệ đốt chất thải rắn là nguồn gây ô nhiễm không khí, nước bởi As. Các

ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng, nhất là quặng sunfua, luyện

kim tạo ra nguồn ô nhiễm As do việc khai đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các

quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất

đá thải có lẫn asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng, asenopyrit

được tách ra khỏi các khoáng vật có ích và phơi ra không khí. Asenopyrit bị rửa trôi,

dẫn đến hậu quả là một lượng lớn As được đưa vào môi trường xung quanh. Những

người khai thác tự do khi đãi quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy.

Asenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và được chất đống ngoài trời và

trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan. Bên cạnh đó, các quá trình tự nhiên như địa

chất, địa hóa, sinh địa hóa, ... đã làm cho As nguyên sinh có mặt trong một số thành

tạo địa chất (các phân vị địa tầng, các biến đổi nhiệt dịch và quặng hóa sunphua chứa

As) tiếp tục phân tán hay tập trung gây ô nhiễm môi trường sống

1.1.2. Tính chất hoá lý của asen [12]

Asen tồn tại ở một vài dạng thù hình: dạng kim loại, dạng vàng, dạng xám và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

dạng nâu. Asen kim loại và asen xám bền nhất ở điều kiện thường và ngay cả khi đun

nóng. Nhìn bề ngoài có thể thấy chúng giống như những chất có cấu tạo tinh thể giòn và có ánh kim ở những vết vừa mới vỡ. Asen có nhiệt độ nóng chảy ở 8170c và gặp lạnh ngưng thành tinh thể, tỷ trọng của asen là 5,72 g/cm3. Asen phi kim là chất rắn

màu vàng, có mạng lưới phân tử mà ở các mắt của mạng lưới là những phân tử As4.

Nhưng As4 không bền, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển

nhanh sang dạng kim loại. Có thể tạo ra As4 bằng cách ngưng tụ hơi của nó, hơi của asen gồm những phân tử As4, bắt đầu phân huỷ ở 13250C và phân huỷ hoàn toàn ở nhiệt độ 17000C.

Trong tất cả các hợp chất của asen hợp chất có tính chất thương mại và quan trọng nhất là asen (III) oxit. Asen (III) oxit có nhiệt độ sôi khoảng 4650C, ở nhiệt độ khoảng 8000c nó tồn tại ở thể hơi, có công thức phân tử là As4O6. Hợp chất này là sản phẩm phụ trong quá trình luyện đồng và một số kim loại màu khác từ quặng sunfua.

Asen không hoà tan trong nước, trong không khí thường nó bị ôxy hoá rất

chậm còn khi bị đốt nóng mạnh nó cháy tạo thành ôxit As2O3 màu trắng và có mùi tỏi

đặc trưng. Ở nhiệt độ cao asen có khả năng tác dụng với nhiều nguyên tố. Trong các

hợp chất asen thường có số oxi hoá -3; +3 và +5. Asen tự do cũng như các hợp chất

của nó đều rất độc.

1.1.3. Các dạng tồn tại của As [12]

Sau khi phát tán vào môi trường, As tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tùy theo

bản chất của nguồn phát tán, điều kiện phát tán và điều kiện của môi trường tồn tại.

1.1.3.1 Asen hydrua hay asin AsH3

AsH3 là chất khí không màu, rất độc, có mùi tỏi, có tính khử rất mạnh và ít tan

trong nước. Asin được tạo thành khi khử tất cả các hợp chất vô cơ của asen bằng

hydro mới sinh .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

As2O3 + 6 Zn + 6H2SO4 = 2 AsH3 + ZnSO4 + 3H2O

Asin tương đối kém bền khi đốt nóng nó dễ dàng phân huỷ thành hydro và

asen tự do. AsH3 có tính khử rất mạnh, nó có thể bị bốc cháy trong không khí, khử

được các muối của kim loại như Cu, Ag về kim loại.

6AgNO3 + AsH3 + 3H2O = Ag + 6 HNO3 + H3AsO3

AsH3 tác dụng với muối thuỷ ngân (II) clorua tạo ra phức màu vàng nâu, phản

ứng này được sử dụng trong phương pháp định lượng asen:

AsH3 + 3HgCl2 = As(HgCl)3(vàng) + 3HCl

1.1.3.2 Asen (III) oxit As2O3

Chất này được tạo thành khi đốt cháy asen trong không khí hoặc nung các

quặng chứa asen. As(III) oxit màu trắng, thường gọi là asen trắng. Ở trạng thái khí,

oxit của asen III tồn tại dưới dạng phân tử kép As4O6. As(III) oxit ít tan trong nước, ở 150C trong dung dịch bão hoà có nồng độ 1,5 %, ở 250C trong dung dịch bão hoà có

nồng độ 2 % . Khi tan trong nước asen (III) oxit tạo thành asen (III) hydroxit hay còn

gọi là axit asenơ, là một axit yếu.

As4O6 + 6H2O 4H3AsO3.

Trong dung dịch axit asenơ có thể có cả axit metasen HAsO2. những axit này đều

không tách ra được ở trạng thái tự do, khi cô cạn dung dịch chỉ thu được oxit.

Asen (III)oxit dễ tan trong dung dịch kiềm tạo muối asenit và hidroxoasenit.

As4O6 + 6NaOH + 3 H2O = 3Na[As(OH)4] + Na3AsO3

Asen (III) oxit thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2Cr2O7,

HNO3, trong đó nó bị ôxi hoá đến ion AsO4

3 As4O6 + 8 HNO3 + 14 H2O = 12H3AsO4 + 8NO

Asen (III) oxit rất độc, liều lượng gây chết người là 0,1g. nó được dùng để chế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, chế thuỷ tinh trong suốt và chế chất màu.

1.1.3.3 Asen (V) oxit:

Asen (V) oxit là chất ở dạng khối vô định hình giống như thuỷ tinh. người ta thường gán cho nó công thức kinh nghiệm là As2O5. Ở nhiệt độ trên 400oC nó phân huỷ thành oxi và oxit trong đó asen có số oxi hoá thấp hơn.

2 As2O5 = As4O6 + 2O2

As2O5 dễ tan trong nước tạo asenic, nên khi để trong không khí nó bị chảy rữa.

As2O5 + 3H2O = 2H3AsO4

1.1.3.4 Axit orthoasenơ

H3AsO3 là một axit yếu (pK~ 9), hợp chất này không điều chế được ở dạng tự

do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nước, khi đó có cân bằng:

H3AsO3 = H2O + HAsO2

Cân bằng này thường chuyển dịch mạnh về phía bên phải tức là có xu hướng

hình thành axit metaasenơ (có hằng số phân li k = 6.10-10).

Dưới sự tác dụng của kiềm với As2O3 ta nhận được muối của axit asenơ.

As2O3 + KOH = 2K3AsO3+ 3H2O

Các hợp chất As(III) có tính khử, khi bị oxi hoá bởi các chất oxi hoá mạnh như

3- + 2I- + 2H+

KMnO4, KIO3... trong môi trường kiềm chúng chuyển thành các hợp chất As(V).

3- + I2 + H2O = AsO4

AsO3

1.1.3.5 Axit asenic

Ở điều kiện thường, axit asenic (H3AsO4) ở trạng thái rắn, nó tan tốt trong

nước. Về độ axit, axit asenic là một axit mạnh tương đương với axit photphoric (pK

lần lượt là 2,24; 6,94; 11,5). Muối của axit này là asenat rất giống với muối photphat

tương ứng. Khi nung axit asenic ta thu được asen (V)oxit hay còn gọi là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

anhyđritasenic ở dạng chất rắn màu trắng như thuỷ tinh, tính chất axit của hợp chất

này mạnh hơn axit asenơ. Khi cho tác dụng với kiềm nó có thể tạo thành ba loại

muối: Na3AsO4, Na2HAsO4, NaH2AsO4.

Các hợp chất As(V) có tính oxi hoá, khi tác dụng với các chất khử mạnh như

KI, NaBH4 , ... trong môi trường axit chúng chuyển thành các hợp chất As(III).

Trong tự nhiên, asen có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác bởi một số

(CH3)3As: trimetylasin (CH3)2AsH: dimetylasin

[AsO2(OH)2]- asenat

(CH3)2AsO(OH) axit dimetylasenit

As(OH)3 asenit

vi sinh vật, quá trình chuyển hoá được trình bày trong hình1.

CH3AsO(OH)2 axit monometylasenit Hình 1: Sơ đồ quá trình chuyển hoá của các hợp chất asen trong tự nhiên

Tên gọi Công thức

STT 1 Asin

2 Asenit AsO3

3 AsH3 3- 3- Asenat AsO4

4 Axit dimetylasenic, DMAA Me2AsO2H

5 Axit metylasonic, MMAA MeAsO3H2

6 Trimetylasin Me3As

7 Oxit trimetylasin, TMAO Me3As+-O-

8 Ion tetrametylasoni Me4As+

9 Trimetylasoniaxetat Me3As+CH2COO-

10 Asenocholin (2-trimetylasonietanol) Me3As+CH2CH2OH

11 Dimetylasinoyletanol Me3As+(O-)CH2CH2OH

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 1. Một số dạng As trong các đối tượng sinh học và môi trường

1.2. Độc tính của các dạng asen [5]

1.2.1. Cơ chế gây độc của asen

Khi xâm nhập vào cơ thể các asen (III) tấn công ngay lập tức vào các enzim có

S H

E n z i m

A s O 3

A s O

+ 2 O H

S H

- có tính chất hoá học tương tự muối của axit photphoric

chứa nhóm (SH), liên kết và cản trở chức năng của enzim.

As(V) ở dạng H2AsO4

và có thể ảnh hưởng đến cơ chế chuyển hoá phot phat ức chế các enzim sinh năng

lượng cho tế bào (enzim sinh ra ATP) không sinh ra ATP.

Các hợp chất As(V) (R-AsO3H2) ít ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim nhưng

trong những điều kiện thích hợp chúng có thể bị khử về As (III) độc hơn.

Các hợp chất hóa trị (III) gồm aseno và asenoso. Các hợp chất aseno (R-

As=As-R) dễ dàng bị oxi hoá khi có lượng vết oxi, sự hoạt động mạnh của chúng do

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

sự chuyển đổi thành dẫn xuất aseno tương ứng. Các hợp chất này là các hợp chất thế

một lần, thế hai lần theo phản ứng của chúng với nhóm sunfuahydryl. Những hợp

S R '

chất thay thế một lần, ví dụ R-As=O phản ứng với enzim có chứa nhóm -SH.

R A s

S R '

R A s O 2 R ' S H

Một số enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một

lần, tạo ra cấu trúc vòng năm cạnh, phản ứng này thuận nghịch với đithiol. Axit

liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của pyruvate bị ức chế bằng

liuzit (CH3-CH=CHAsCl2) (sử dụng làm khí độc trong chiến tranh).

1.2.2. Độc tính của asen

Asen là nguyên tố cần thiết cho sự sống khi ở hàm lượng rất thấp, có vai trò

trong trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Nhưng về mặt sinh học,

asen lại là chất độc cực mạnh khi ở hàm lượng đủ lớn đối với cơ thể con người và các

sinh vật khác, nhiễm độc asen có thể gây 19 bệnh khác nhau, trong đó có ung thư da

và phổi .

Asen tồn tại phổ biến trong môi trường xung quanh, mọi người đều tiếp xúc

với một lượng nhỏ của chúng. Con đường xâm nhập chủ yếu của asen vào cơ thể là

qua đường thức ăn (trung bình 25 - 50 g/ngày), ngoài ra còn một lượng nhỏ qua

nước uống và không khí.

Asen đi vào cơ thể con người trong một ngày đêm thông qua chuỗi thức ăn

khoảng 1mg; qua bụi, không khí là 1,4 g và qua các đường khác là 0,04 - 1,4 g.

Asen hấp thụ vào cơ thể qua đường dạ dày nhưng cũng dễ bị thải ra. Hàm lượng asen

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

trong cơ thể người khoảng 0,08 - 0,2 ppm, tổng lượng asen có trong người trung bình

khoảng 1,4 mg. Asen tập trung trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin đặc biệt tập

trung trong não, xương, da, phổi, tóc .

Đối với cơ thể con người asen có 3 tác dụng hoá sinh là: làm đông tụ protein,

tạo phức với coenzym và phá huỷ quá trình photpho hoá.

Asen đi vào cơ thể qua đường nước sinh hoạt nhưng phải sau 5 - 15 năm mới

bắt đầu gây tác động ảnh hưởng đến sức khoẻ.

Sự nhiễm độc asen được gọi là arsenicosis. Biểu hiện của bệnh là chứng sạm

da (melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da mà khởi

đầu là sự phá huỷ da ngoài, ngón tay, ngón chân, sau đó là các bộ phận nội tạng, cuối

cùng là ung thư, hoại thư…. Một biểu hiện đặc trưng khi bị nhiễm độc asen dạng hợp

chất vô cơ qua đường miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da, những

hạt ngô nhỏ trong lòng bàn tay, lòng bàn chân và trên mình bệnh nhân. Sau đó những

hạt nhỏ này có thể sẽ biến chứng, gây ung thư da. Ngoài ra người ta còn phát hiện

thấy rằng nhiễm asen còn làm tăng nguy cơ gây ung thư trong cơ thể, nhất là ở gan,

thận, bàng quang và phổi. Nhiễm độc asen qua đường hô hấp thường gặp ở những

người làm việc tại các lò luyện quặng, gang, thép hoặc khu vực xung quanh nồng độ

asen cao trong không khí.

Con người có thể bị nhiễm độc As ở mọi lứa tuổi, từ trẻ em đến người già. Nếu

người dân sử dụng nguồn nước có nồng độ asen là 0,75mg asen/lit trong 1 năm thì

theo thống kê cho thấy tỷ lệ phát bệnh trong 2 năm là 28,8%; 3 năm là 35,52%; 4 năm

là 42,2%; 5 năm là 62,9%.

Thực vật khi bị nhiễm asen bị hạn chế quá trình quang hợp, bị rụng lá. Asen

ảnh hưởng tới thực vật làm giảm trao đổi chất, giảm năng suất cây trồng. Thực vật ở

môi trường nhiễm asen sẽ hấp thu một lượng đáng kể asen, con người và động vật ăn

phải thực vật nhiễm asen thì cũng có thể bị nhiễm độc.

Do những tác động có hại với con người và hệ sinh thái, hàm lượng asen có

mặt trong môi trường thường được các tổ chức quốc tế về môi trường quy định ở mức

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

rất thấp. Cơ quan về an toàn định cư và sức khoẻ của Mỹ (OSHA) quy định nồng độ

giới hạn cho phép của asen trong không khí ở trong các phân xưởng là 10 g/m3 đối với asen vô cơ và 500 g/m3 đối với asen hữu cơ.

Bộ tiêu chuẩn năm 1993 của WHO khuyến cáo rằng nồng độ asen trong nước

uống cần nhỏ hơn 0,01 mg/l. Việc giảm nồng độ tiêu chuẩn cho phép này là do bản

chất gây ung thư của asen đối với con người và động vật.

USEPA và cộng đồng Châu Âu cũng đã đề xuất hướng tới đạt tiêu chuẩn asen

trong nước cấp uống trực tiếp được là 2-20 g/l. Tiêu chuẩn nước uống của Đức đã

hạ thấp nồng độ giới hạn asen xuống còn 0,01 mg/l từ 01/1996. Tiêu chuẩn y tế Việt

Nam quy định nồng độ asen trong nước sinh hoạt nhỏ hơn 0,01 mg/l.

Ở nước ta, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5944-1995, tiêu chuẩn đánh giá

chất lượng nguồn nước ngầm là 50g/l. Đối với tiêu chuẩn vệ sinh an toàn của Bộ Y

tế TCVS-2002, giới hạn nồng độ của asen trong nước là 10g/l.

Hình 2. Một số hình ảnh về nạn nhân nhiễm độc As

Trong số các hợp chất của As thì As(III) vô cơ độc hơn cả. As(III) có độc tính

cao hơn As(V) khoảng 50 lần do As(V) và các hợp chất As hữu cơ được đào thải qua

thận rất nhanh và hầu như toàn bộ. As(III) thể hiện tính độc vì nó tấn công vào các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhóm hoạt động -SH của enzim làm vô hiệu hoá enzim:

As(III) ở nồng độ cao còn làm đông tụ protein, có lẽ do As(III) tấn công vào

các liên kết có nhóm sunfua. Tuy nhiên, phần lớn As(III) hấp thụ vào cơ thể đều

nhanh chóng bị triệt tiêu qua đường tiết niệu đào thải As chưa metyl hóa và thông qua

3- gây ức chế

hoạt động khử độc của gan bằng cách metyl hóa thành MMAA hoặc DMAA.

3- có tính chất tương tự PO4

3- sẽ thay thế PO4

As(V) ở dạng AsO4

enzim, ngăn cản quá trình tạo ATP là chất sản sinh ra năng lượng sinh học.

Các dạng As hữu cơ có tính độc thấp hơn rất nhiều, một số hợp chất As(V) vô

cơ thậm chí không độc .

1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hóa lẫn nhau trong môi trƣờng của

các dạng asen [1], [2], [16], [23]

As phân bố rộng rãi trong môi trường dưới nhiều trạng thái khác nhau và đi

vào các môi trường sống theo nhiều cách thức và tốc độ khác nhau.

Trong địa quyển: As tích lũy trong một số thành tạo địa chất như khoáng vật

và quặng phong hóa ở lượng lớn nhưng khá phân tán. As được bổ sung vào đất qua

tích lũy từ nước, xâm nhập từ không khí và rác thải công nghiệp. Lượng As trong đất

di chuyển do các quá trình địa chất, địa hóa và sinh địa hóa khác nhau. Trong đất, các

dạng As vô cơ tham gia quá trình oxi hóa và metyl hóa nhờ các vi sinh vật .

Trong thủy quyển: Sự phân tán và di chuyển của As trong môi trường nước

đặc biệt quan trọng vì phần lớn các quá trình ô nhiễm đều do ô nhiễm nước. As từ đất

được giải phóng vào môi trường nước do quá trình oxi hóa các khoáng sunfua hoặc

khử các khoáng oxi hidroxit giàu As hay quá trình rửa trôi và khuếch tán tự nhiên. Về

cơ chế xâm nhiễm các kim loại nặng - trong đó có As - vào nước ngầm cho đến nay

đã có nhiều giả thiết khác nhau nhưng vẫn chưa thống nhất. Thông qua các quá trình

thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện địa chất thủy văn mà As có thể xâm nhập

vào môi trường nước. Hàm lượng As trong nước ngầm phụ thuộc vào tính chất và

trạng thái môi trường địa hóa. Nước ngầm trong những vùng trầm tích núi lửa, khu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu khí, mỏ than, ... thường giàu As.

Ngoài quá trình di chuyển từ đất vào nước, ô nhiễm As trong nước còn do quá

trình đào thải công nghiệp. Lượng lớn As trong công nghiệp và khai thác mỏ được

đưa nhanh vào nguồn nước do thải trực tiếp hoặc quá trình rửa trôi gây ô nhiễm

nghiêm trọng môi trường nước trên diện rộng do khả năng hòa tan cao của các hợp

chất As.

Trong khí quyển: Lượng As đi vào không khí chủ yếu do hai nguồn là khí thải

công nghiệp hay khí núi lửa và do vi sinh vật chuyển vào.

Trong sinh vật quyển: Asen đi vào cơ thể thực vật qua nước hoặc đất là chủ

yếu, sau đó chuyển vào cơ thể động vật và bị hấp thụ, chuyển hóa và tích lũy một

phần. asen xâm nhập vào cơ thể sinh vật, đặc biệt là cơ thể người theo nhiều con

đường, trong đó phổ biến là qua đường tiếp xúc và qua tiêu hóa. Phần lớn lượng asen

đi vào cơ thể động vật bị chuyển hóa nhanh chóng và đào thải ra môi trường, tiếp tục

chu trình vận chuyển của nó trong tự nhiên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3. Quá trình chuyển hóa của các dạng asen trong môi trường

1.4. Hiện trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam

1.4.1. Ô nhiễm asen trên thế giới [1], [2], [3], [10], [11], [18], [22], [23], [24]

Các điều tra khảo sát sự ô nhiễm asen trong nước ngầm đã được thực hiện ở

nhiều nước như Mỹ, ấn Độ, Đài Loan, Slovakia, Argentina, Thái Lan, Mehico, Chilê,

Trung Quốc, Bangladesh, Mông Cổ. Các kết quả khảo sát cho thấy có rất nhiều vùng

sử dụng nước ngầm bị nhiễm asen một cách nghiêm trọng như: Tây Bengan (ấn Độ),

Bangladesh, Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa... Trên thế giới có hàng chục triệu

người đã bị nhiễm bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da...do sử dụng

nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao. Ở mỗi quốc gia, với đặc điểm địa lý, địa

chất khác nhau, các nguyên nhân tìm được chưa hoàn toàn thống nhất. Tuy nhiên, sự

có mặt của asen trong nước ngầm đang là một thách thức lớn với chính phủ và chính

quyền địa phương trong việc bảo vệ sức khoẻ nhân dân.

Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm tại Bangladesh là một điển hình.

Bangladesh đã hình thành được một hệ thống cơ sở thông tin tư liệu tương đối hoàn

chỉnh, về cả quan trắc, thống kê, nghiên cứu khoa học, giải thích nguồn gốc ô nhiễm

asen trong nước ngầm và những thành công cũng như kinh nghiệm của Bangladesh

về xử lý asen trong nước ngầm. Hơn 95 % tổng dân số của Bangladesh hiện nay đang

sử dụng nước ngầm cho mục đích sinh hoạt và ăn uống, khoảng từ 30 - 35 triệu người

dân Bangladesh đang sử dụng nước uống có chứa asen với nồng độ lớn hơn 50g/l.

Hàng triệu người dân mắc các chứng bệnh như ung thư da, chân đen, sừng hoá lòng

bàn tay, bàn chân và nhiều bệnh điển hình khác nữa, đó là căn bệnh nhiễm độc asen,

đe doạ sức khoẻ hàng triệu người dân Bangladesh.

Sự nhiễm asen trong nước ngầm ở phía đông sông Hoogky, một nhánh của

sông Hằng phía Tây Bengal đã được báo cáo từ đầu năm 1978. Nhóm bệnh nhân đầu

tiên được phát hiện vào tháng 7/1983, từ đó phạm vi ảnh hưởng và số bệnh nhân mới ngày càng tăng. Khu vực ảnh hưởng rộng 3.400 km2, số người sử dụng nước nhiễm

độc asen lên tới hơn 1 triệu người, trong đó hơn 200.000 người đã được xác nhận là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhiễm độc asen. Đây là vụ nhiễm độc asen lớn nhất trong lịch sử.

Ở Trung Quốc, trường hợp nhiễm độc asen đầu tiên phát hiện năm 1953. Số

liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ không khí và 7% từ nước

uống. Trên cả nước Trung Quốc có tới 13-14 triệu người sống trong những vùng có

nguồn gốc bị ô nhiễm asen cao, tập trung nhiều nhất ở tỉnh An Huy, Sơn Tây, Nội

Mông, Ninh Hạ và Tân Cương. Hàm lượng asen tối đa thu được trong nước uống là

4,43 mg/l gấp 443 lần giá trị asen cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO (10 ).

Hai khu vực bắc Achentina: San Antonio delos Codres và Taco Pozo có nồng

độ asen khoảng 200 g/l, số người bị nhiễm độc asen khoảng 20000người.

Ở Mỹ, theo những nghiên cứu mới đây nhất cho thấy trên 3 triệu người dân

mỹ có nguy cơ nhiễm độc asen, mức độ nhiễm asen trong nước uống dao động từ

0,045 - 0,092 mg/l. Còn ở Nhật Bản, năm 1971 những nạn nhân đầu tiên có triệu

chứng nhiễm asen được phát hiện, đến năm 1995 đã có 217 nạn nhân chết vì asen.

1.4.2. Ô nhiễm asen ở Việt Nam [1], [2], [3], [4], [5], [6], [10], [11], [16]

Những năm gần đây, khi trên thế giới phát hiện nhiều vùng nhiễm asen có ảnh

hưởng nghiêm trọng tới đời sống và sức khoẻ người dân thì vấn đề ô nhiễm asen ở

Việt Nam cũng trở thành vấn đề thời sự. Việc liên tiếp phát hiện nhiều vùng ô nhiễm

asen ở mức độ nặng khiến Việt Nam có tên trong bản đồ ô nhiễm asen của thế giới.

Hình 4. Bản đồ nhiễm asen trên toàn quốc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Vấn đề asen bắt nguồn chủ yếu do địa chất. Nước ngầm tại các trầm tích cách

đây 25000 đến 80000 năm đang ảnh hưởng mạnh tới 50% lãnh thổ Bangladesh. Nước

ta cũng có cấu tạo địa tầng như Bangladesh, đặc biệt là ở lưu vực đồng bằng sông

Hồng và sông Cửu Long, do đó nguy cơ nước ngầm bị ô nhiễm asen tương đối cao.

Những nghiên cứu sơ bộ của UNICEF phối hợp với Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên, Cục Địa chất Khoáng sản và Viện Hoá học trong thời gian gần đây cho thấy

nhiều mẫu nước ngầm tại một số tỉnh đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long có

hàm lượng asen vượt quá nhiều lần chỉ tiêu cho phép của WHO. Theo ước tính của

UNICEF, tại nước ta hiện nay, số người có nguy cơ mắc bệnh do tiếp xúc với asen đã

lên đến 10 triệu. Tại điểm nóng Hà Nam, kết quả xét nghiệm asen trong tóc và nước

tiểu của 100 người dân cho thấy hàm lượng asen đã cao hơn cả chục lần so với người

bình thường. Cũng tại đây, 94,4% giếng khoan được nghiên cứu có hàm lượng asen

cao hơn tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống. Ngay tại Hà Nội, nước ngầm bị nhiễm

asenđã được phát hiện từ năm 1996, đặc biệt tại một số khu vực như Quỳnh Lôi -

quận Hai Bà Trưng. Bản đồ phân bố hàm lượng asen tại một số tỉnh phía bắc trên đây

cũng cho thấy nhiều vùng có hàm lượng asen trong nước ngầm cao hơn mức cho

phép nhiều lần.

Theo điều tra sơ bộ cho thấy hàm lượng asen trong nước ngầm ở nhiều nơi

vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước ăn uống và sinh hoạt (tiêu chuẩn về nước

ăn uống của Việt Nam là 10microgam/l), cao nhất ở Hà Nam, Hà Nội, Hưng Yên,

Phú Thọ... hàm lượng asen cao gấp nhiều lần mức cho phép như Lâm Thao (Phú Thọ)

gấp 50 - 60 lần, Lý Nhân và Bình Lục (Hà Nam) gấp 50 lần [5].

Một số nghiên cứu khác cho thấy ở một số huyện của tỉnh Hà Nam (Lý Nhân,

Bình Lục) đã có các biểu hiện lâm sàng đáng chú ý của nhiễm độc mạn tính ở cộng

đồng do ăn uống nguồn nước bị ô nhiễm. Kết quả hội chẩn đã xác định được 8 trường

hợp có biểu hiện tổn thương ngoài da do tác hại của asen cần được theo dõi. 86% số

hộ của khu vực mới sử dụng nước giếng khoan được 6 năm (từ 1997), song qua thống

kê của Y tế xã từ tháng 1/2000 đến tháng 9/2003 và kết quả khám sức khoẻ cho thấy:

tỷ lệ bệnh ngoài da, biến đổi sắc tố da, sừng hoá, bệnh lý thai sản, tỷ lệ ung thư nhìn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

chung khá cao và có xu hướng tăng theo thời gian.

Như vậy, ở Việt Nam không những đã phát hiện thấy các vùng nước ngầm ô

nhiễm asen mà còn có các biểu hiện lâm sàng ở cộng đồng do nhiễm độc asen. Do

vậy, nếu không có biện pháp khắc phục, tiếp tục sử dụng các nguồn nước ô nhiễm

asen kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng nhiễm độc nặng nề như đã gặp ở Bangladesh, Ấn

Độ, Trung Quốc….

1.5. Một số phƣơng pháp xử lý asen

Đã có rất nhiều hội nghị quốc tế về asen được tổ chức sau những thảm họa về

ngộ độc asen trên thế giới. Nhiều bài báo, công trình nghiên cứu về các phương pháp

giảm thiểu ô nhiễm asen đã được công bố. Các biện pháp xử lý rất nhiều và đa dạng,

ở đây chủ yếu tập trung vào các phương pháp: hoá học, hoá lý.

1.5.1. Các phƣơng pháp hoá học [4], [24]

Các công nghệ xử lý asen thường xử lý As(V) có hiệu quả hơn xử lý As(III).

Vì vậy nhiều hệ thống xử lý bao gồm cả bước oxy hoá để chuyển As(III) thành

As(V). Quá trình oxy hoá không loại bỏ asen ra khỏi dung dịch nhưng nâng cao hiệu

quả các quá trình xử lý tiếp theo như cộng kết tủa, hấp phụ, lọc…Các tác nhân hoá

học thường được sử dụng để oxi hoá asenit thành asenat bao gồm : khí clo, khí ozon, kali pemanganat, hydro peoxi, tác nhân fenton's (H2O2/Fe2+), mangan oxit... Ngoài ra người ta còn có thể xử lý trực tiếp các bức xạ từ mặt trời để oxi hoá asenit thành

asenat với sự có mặt của các chất xúc tác đồng thể và dị thể. Khi sử dụng quá trình

oxi hoá người ta phải kết hợp với các quá trình keo tụ, hấp thụ hoặc trao đổi ion.

1.5.1.2. Oxy hoá asen bằng không khí:

Oxy không khí là một tác nhân của quá trình oxy hoá As(III), tuy nhiên tốc độ

của quá trình oxy hoá As(III) bằng không khí chậm, thời gian oxy hoá kéo dài khoảng

hàng tuần. Quá trình oxy hoá As(III) bằng không khí có thể được xúc tác bằng vi

khuẩn, axit mạnh hoặc dung dịch kiềm, đồng, bột cacbon hoạt tính, và nhiệt độ cao.

1.5.1.3. Oxy hoá asen bằng tác nhân hoá học:

As(III) có thể bị oxy hoá trực tiếp bởi nhiều hoá chất khác bao gồm clo,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hypochloride, ozon, permanganate, H2O2, và tác nhân Fenton (H2O2/Fe2+).

Clo và hypochloride là chất oxy hoá mạnh và có hiệu quả nhưng nó lại có thể

phản ứng với các hợp chất hữu cơ tạo ra hợp chất cơ clo độc hại (thí dụ trihalometan).

Lượng clo thêm vào phụ thuộc vào thành phần của nước. Cho vào nước khoảng 0,8 -

2 mg/l clo để tạo ra 0,2 mg/l clo dư dùng cho mục đích khử trùng sau khi xử lý.

Ozon là chất oxy hoá mạnh, khi sục ozon vào nước 1 phút (hàm lượng khoảng

2 mg/l) trước khi lọc sẽ có hiệu quả rất cao trong việc ôxy hoá sắt và mangan, loại bỏ

hiệu quả asen và các kim loại khác. Ozon cũng là chất sát khuẩn mạnh nhưng không

giống như clo, dư lượng của nó không tồn tại lâu trong nước đã xử lý .

Permanganate (KMnO4) có hiệu quả oxy hoá As(III), Fe(II) và Mn(II) cao .

KMnO4 có nhiều ở các nước đang phát triển, nó được sử dụng như là chất kháng sinh

cục bộ. Lượng mangan dư trong nước đã xử lý không được vượt quá khuyến cáo của

WHO 0,05 mg/l (WHO, 1993).

Hydro peroxit (H2O2) cũng là chất oxy hoá có hiệu quả, đặc biệt nếu trong

nước bị nhiễm asen có chứa sắt hoà tan nồng độ cao. Sắt (III) hydroxit được hình

thành sẽ cộng kết với asenat.

1.5.1.4. Oxy hoá và loại asen bằng năng lượng mặt trời (SORAS)

Đây là quá trình xử lý asen đơn giản trong cấp nước nông thôn từ nguồn nước

ngầm. Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng phản ứng oxy hoá quang hoá As(III)

thành As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau đó tách As(V) ra khỏi nước bởi sự hấp phụ

trên các hạt Fe(III) hydroxit. Hiệu suất của phản ứng oxy hoá quang hoá sẽ được tăng

cường nếu nhỏ thêm vài giọt chanh, sẽ giúp cho quá trình tạo các bông keo Fe(III).

SORAS có hiệu quả khi hàm lượng sắt trong nước ngầm ít nhất là 3 mg/l, cường độ bức xạ UV-A 50 Wh/m2. Nồng độ asen có thể giảm từ 500ppb xuống 50ppb sau 2-3h.

1.5.2 Các phƣơng pháp hoá lý [2], [11], [19], [20]

1.5.2.1. Kết tủa và lọc

Quá trình này chuyển asen từ dạng tan thành các dạng ít tan như canxi asenat

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bằng phản ứng hoá học, sau đó loại bỏ chúng nhờ quá trình lắng hoặc lọc. Muối kim

loại thường được sử dụng là muối nhôm và muối sắt clorua hoặc sắt sulfat. Hiệu quả

xử lý asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt ở quy mô phòng thí nghiệm thì hiệu quả

xử lý lên tới 99% ở các điều kiện tối ưu và nồng độ asen còn lại dưới 1g/l. Tuy

nhiên, đối với các hệ xử lý thực tiễn ngoài hiện trường thì hiệu quả xử lý thấp hơn

khoảng từ 59- 90%.

Khi muối nhôm và sắt được thêm vào nước sẽ và hình thành dung dịch

hydroxide không hoà tan. Những hydroxide kim loại kết tủa kéo theo asen theo cơ

chế cộng kết - hấp phụ. Để trộn đều các chất tạo kết tủa, tăng cường hiệu quả xử lý

cần khuấy mạnh dung dịch. Nếu nước có độ pH thấp thì cần phải bổ sung thêm các

chất kiềm để tạo môi trường kết tủa. Cũng có thể cho các chất polymer để tăng cường

quá trình kết bông và lắng.

1.5.2.2. Làm mềm nước bằng vôi

Độ cứng của nước gây ra bởi các hợp chất canxi và magiê trong nước. Quá

trình làm mềm bằng vôi sẽ loại bỏ các ion kim loại này do sự thay đổi trong cân bằng

carbonate. Khi thêm vôi vào nước sẽ làm tăng giá trị pH và làm cho bicarbonate

chuyển thành carbonate kết quả là canxi bị kết tủa dưới dạng canxi carbonate. Quá

trình làm mềm loại bỏ canxi thường ở khoảng pH 9 đến 9,5. Để loại bỏ magiê, vôi

được thêm vào tới điểm kết tủa magiê hydroxide ở giá trị pH lớn hơn 10,5. Quá trình

làm mềm nước bằng vôi đồng thời cũng có hiệu quả trong việc loại bỏ asen tương tự

như quá trình kết tủa với muối kim loại. Như vậy, quá trình loại bỏ As(III) và As(V)

bằng cách làm mềm nước phụ thuộc vào giá trị pH. Nếu quá trình oxy hoá As(III)

thành As(V) diễn ra trước khi làm mềm nước sẽ làm tăng hiệu quả xử lý asen.

Nhược điểm của quá trình làm mềm nước bằng vôi đối với việc xử lý asen là

hàm lượng vôi sử dụng khá lớn khoảng 800 - 1000 mg/l, điều này sẽ dẫn đến việc

hình thành một lượng bùn thải lớn và sau đó lại phải sử dụng axit để điều chỉnh pH

của nước sau xử lý. Quá trình này thường chỉ được áp dụng cho nước cứng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.5.2.3. Phương pháp hấp phụ

Asen có thể được hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu hấp phụ như: các hợp

chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; khoáng sét(caolanh, bentonite ...), boxit, hematite,

chitin và chitosan; quặng oxit mangan, cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc dioxit mangan

MnO2; các vật liệu xellulo (mùn cưa, bột giấy báo)...

Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau. Một số loại

đã được sản xuất riêng để xử lý nước nhiễm asen. Hiệu suất xử lý của từng loại vật

liệu phụ thuộc vào việc sử dụng các chất oxy hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ asen.

c.1. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần là sắt

Mạt sắt (sắt kim loại), sắt hydroxide, các vật liệu phủ sắt, oxit sắt là những vật

liệu được sử dụng cho qúa trình hấp phụ asen từ nước ngầm.

Quá trình loại bỏ asen bằng cách hấp phụ lên mạt sắt kim loại đã được nghiên

cứu ở trong phòng thí nghiệm và áp dụng ngoài hiện trường. Hiệu quả loại bỏ asen vô

cơ ra khỏi dung dịch của sắt đến 95%. Asen được hấp phụ lên bề mặt sắt ở trạng thái

oxi hoá V. Phổ nhiễu xạ tia X cũng cho thấy trên bề mặt của mạt sắt có sự hiện diện

của cả sắt kim loại, Fe3O4, Fe2O3 và cả sắt hydroxide.

Hydroxyt sắt dạng hạt cũng được sử dụng trong hấp phụ [2]. Công nghệ này

kết hợp những ưu điểm của phương pháp keo tụ - lọc, có hiệu suất xử lý cao và lượng

cặn sinh ra ít. Hạt hydroxit sắt được sản xuất từ dung dịch FeCl3 bằng cách cho phản

ứng với dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành được rửa sạch, tách nước bằng quay ly

tâm và tạo hạt dưới áp suất cao. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao. Cột lọc hấp

phụ hoạt động tương tự như lọc hấp phụ bằng cácbon hoạt tính dạng hạt. Với nước có

nồng độ asen 100 - 180 ppb, sau xử lý có thể đạt đến 10 ppb.

Tại Đài Loan, các nhà khoa học đã chế tạo vật liệu sắt nano để hấp phụ asen,

kết quả cho thấy vật liệu hấp phụ 43,62mgAs/g sắt ở pH=4, 42,73mgAs/g sắt ở pH=7,

37,48mgAs/g sắt ở pH=9.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

c.2. Hấp phụ lên nhôm và các hợp chất của nhôm.

- Vật liệu có nguồn gốc từ nhôm: Công ty Project Earth Industries (PEI Inc.)

đã chế tạo ra vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc từ nhôm, có khả năng tách asen ở

2 dạng tồn tại phổ biến ở trong nước là As(III) và As(V). Vật liệu hấp phụ này có đặc

tính hoá học là diện tích bề mặt và độ rỗng cao, có khả năng hấp phụ cao hơn 10 lần

so với các vật liệu thông thường khi có mặt các ion cạnh tranh, tốc độ hấp phụ nhanh,

đạt hiệu suất cao.

Việc thử nghiệm đã được tiến hành ở Ấn Độ và Bangladesh (1998, 1999 cho

phép giảm asen từ giá trị trung bình ban đầu 340 ppb xuống dưới 50 ppb.

- Nhôm hoạt hoá: Nhôm hoạt hoá được sử dụng có hiệu quả để xử lý nước có

hàm lượng chất rắn hoà tan cao. Tuy nhiên, nếu trong nước có các hợp chất của selen,

florua, clorua, sulfat , chúng có thể cạnh tranh vị trí hấp phụ.

Phương pháp này tương đối thuận lợi, chỉ cần đổ nước giếng cần xử lý qua lớp

vật liệu nhôm. Nếu hàm lượng sắt trong nước nguồn càng cao thì hiệu suất khử asen

càng cao và chu kỳ làm việc trước khi hoàn nguyên càng tăng.

Một hạn chế của phương pháp sử dụng nhôm hoạt hoá là lượng vật liệu hấp phụ thải ra lớn: 50 - 200 g/m3 nước, nghĩa là gấp gần 10 lần so với lượng cặn tạo

thành khi sử dụng phương pháp keo tụ bằng phèn sắt.

c.3. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần mangan oxide

Cơ chế của việc loại bỏ asen bởi MnO2 bước đầu đã được nghiên cứu trên các

tinh thể MnO2 tổng hợp trong phòng thí nghiệm.

- + H+

Phản ứng oxi hoá As (III) bởi MnO2 xảy ra theo 2 bước sau:

2MnO2 + H3AsO3 + H2O = 2MnOOH + H2AsO4

- + 2H2O

2MnOOH + H3AsO3 + 3H+ = 2Mn2+ + H2AsO4

Mặc dù cơ chế phản ứng của As(III) với MnO2 đã rõ ràng nhưng có rất ít

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thông tin về sự hình thành các hợp chất của As(V) sau quá trình oxi hoá As(III).

Sử dụng quặng mangan dioxit tự nhiên và diatomit tự nhiên cho hiệu quả hấp

phụ asen tương đối tốt. Tại Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã tổng hợp

MnO2 kích thước nanomet và nghiên cứu sử dụng vào hấp phụ asen trong nước đạt

tải trọng 32,79mg asen/gam vật liệu.

1.5.2.4. Trao đổi ion

Trao đổi ion có thể được xem là một là một dạng đặc biệt của phương pháp

hấp phụ. Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng. Nhựa trao

đổi ion được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước để loại bỏ các chất hoà tan không

mong muốn ra khỏi nước. Các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết ngang,

được gọi là nền, thông thường nền này được tạo thành do polystyren liên kết ngang

với đivinylbenzen. Các nhóm chức tích điện liên kết với nền thông qua các liên kết

cộng hoá trị. phương pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ asen, tuy nhiên nếu

trong dung dịch, các ion cạnh tranh với asen (như sunfat, florua, nitrat....) có nồng độ

- sang H2AsO4

lớn, hiệu suất của quá trình tách loại sẽ giảm đi đáng kể. Khi đó các anionit chuyển từ 2, giải phóng H+, pH bị hạ thấp xuống. Nồng độ sulfate gốc H2AsO4

ảnh hưởng tới vận tốc phản ứng: tốc độ phản ứng càng cao khi lượng sulfate càng

cao. Loại vật liệu trao đổi ion này có ưu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối đậm

đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hoà asen. Nồng độ asen sau xử lý có

thể tới dưới 2ppb.

1.5.2.5. Chưng cất bằng năng lượng mặt trời

Thiết bị chưng cất bằng năng lượng mặt trời có thể sử dụng để xử lý nước nhiễm

asen. Nước cần xử lý được nung nóng lên và bay hơi nhờ năng lượng mặt trời, sau đó

ngưng tụ lại trên bề mặt phía trong thiết bị thu nước dạng tấm và chảy vào bể. Tuỳ

thuộc vào lượng ánh sáng mặt trời, một tấm bề mặt thu nước kích thước 2x10 m có

thể cung cấp nước uống cho 20-50 người sử dụng trong một ngày đêm với tiêu chuẩn

4 l/ng/ngày. Phương pháp này có thể áp dụng để cung cấp nước uống cho các vùng

sâu, vùng xa thiếu nguồn nước uống sạch. Ưu điểm của phương pháp này là nước sau

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

xử lý có chất lượng tốt, chi phí cho xử lý thấp, có thể sử dụng các vật liệu địa phương

để chế tạo. Thiết bị này không sử dụng điện, có thể xử lý nước ngầm hoặc nước mặt

bị nhiễm asen.

1.5.2.6. Các phương pháp lọc

Một số kĩ thuật của phương pháp này như : thẩm thấu ngược, màng lọc nano,

điện thẩm tách có khả năng loại bỏ tất cả các dạng asen hoà tan ra khỏi nước. Các

chất hoà tan trong đó có asen được giữ lại trên màng bán thấm, màng chỉ cho nước và

một số chất tan đi qua.

* Vi lọc (MF)

Quá trình vi lọc là kỹ thuật loại bỏ asen phụ thuộc vào sự phân bố kích thước

của các phần tử mang asen trong nước nguồn. Mặc dù MF có thể loại bỏ các dạng hạt

của asen nhưng chỉ quá trình này sẽ kém hiệu quả trong việc xử lý nguồn nước.

Để tăng hiệu quả xử lý đối với nguồn nước, có thể kết hợp với quá trình kết

tủa và MF. Đối với những thiết bị chỉ sử dụng MF thì việc loại bỏ này phụ thuộc vào

nồng độ asen trong nước đầu vào và tỷ lệ dạng hạt theo cơ chế rây cơ học. Do đó hiệu

quả của quá trình xử lý asen bằng MF là hàm của kích thước lỗ.

* Siêu lọc (UF)

Nhìn chung quá trình siêu lọc có khả năng loại bỏ các chất keo và các phần tử

dạng hạt. Nếu hệ xử lý chỉ sử dụng UF thì cũng như MF nó không thể xử lý asen

trong nước ngầm đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên UF có thể sử dụng để xử lý nước mặt

với hàm lượng chất keo cao và nồng độ asen cao.

* Lọc nano (NF)

Màng lọc nano có khả năng loại bỏ đáng kể các hợp chất asen hòa tan trong

nước tự nhiên. Màng nano ưu tiên loại bỏ các ion hóa trị hai (như Ca, Mg) nhưng

không có hiệu quả đối với các muối hóa trị một (như Na, Cl). Màng NF có thể loại

bỏ cả As(V) và As(III). Hiệu quả loại bỏ asen trong nước ngầm của NF đạt tới 95%

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

asen hòa tan, nồng độ asen có thể giảm từ 50ppb xuống 2ppb. Tuy nhiên khi màng có

kích thước lỗ nhỏ thì có khuynh hướng dễ tắc hơn màng UF hoặc MF. Ứng dụng

màng NF cho quá trình xử lý nước mặt có hiệu quả thường không cao nếu không qua

quá trình tiền xử lý để loại bỏ các hạt và các phần tử hòa tan gây tắc.

* Thẩm thấu ngược (RO)

Đây là quá trình lọc màng có hướng dưới tác dụng của chênh lệch áp suất. Tuỳ

thuộc vào đặc tính của màng, thẩm thấu ngược có thể giữ lại tất cả các ion và chỉ cho

nước đi qua. Phương pháp này tốn kém, đắt tiền, nên chỉ sử dụng để cung cấp một

lượng nước nhỏ, có yêu cầu chất lượng cao, ví dụ như trong y tế, vv...

* Điện thẩm tách (ED)

Điện thẩm tách là quá trình trong đó các ion được vận chuyển qua màng có

chọn lọc đối với các cation và anion dưới tác động của dòng điện một chiều. Trong

quá trình này màng được sắp xếp giữa các điện cực ngược chiều nhau với sự xen kẽ

giữa màng trao đổi anion và màng trao đổi cation. Sự chuyển động của các cation

hoặc anion theo hướng của điện cực trái dấu và kết quả là nó tạo ra các ngăn chứa

nước và các ngăn chứa muối. Điện thẩm tách đảo chiều (EDR) là quá trình điện thẩm

tách (ED) với chu kỳ đảo chiều hướng chuyển động của các ion do sự đảo chiều phân

cực của điện cực. Ưu điểm của sự đảo chiều phân cực là làm giảm khả năng tắc của

màng, giảm chi phí cho quá trình tiền xử lý.

Theo lý thuyết có rất nhiều công nghệ xử lý nhưng để lựa chọn công nghệ xử

lý phù hợp, phải căn cứ vào các điều kiện cụ thể: loại nguồn nước, điều kiện địa chất,

thuỷ văn, đối tượng sử dụng nước, công nghệ thiết bị hiện có, khả năng tài chính, khả

năng sử dụng nguyên vật liệu, năng lượng tại địa phương…

1.5.3. Các phƣơng pháp xử lý asen đang đƣợc nghiên cứu và áp dụng ở Việt

Nam [2], [3], [16]

Theo thống kê chưa đầy đủ, hầu hết những nghiên cứu hiện nay của các nhà

khoa học Việt Nam đều áp dụng những qui trình công nghệ đã được áp dụng trên thế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

giới. Các quy trình xử lý đã ra đời áp dụng trong những điều kiện thực tế Việt Nam.

Bước đầu một số cơ sở đã đưa ra được một hệ thiết bị xử lý asen trong nước ngầm

quy mô hộ gia đình. Cũng đã có một số đơn vị đi sâu nghiên cứu cơ chế và khả năng

loại bỏ asen của một số phương pháp trong phòng thí nghiệm, tuy nhiên do một số

yếu tố việc áp dụng trên thực tế là rất khó khăn.

Viện Hoá Học Công Nghiệp đã đưa ra được một hệ xử lý qui mô hộ gia đình,

dùng chủ yếu để lọc asen và Mn, công suất 15-20 lít /giờ với nguồn nước: As: 0.2 -

0.5 mg/l, Mn: 2 - 5 mg/l và pH= 6,5 - 8,0, nguyên tắc là sử dụng MnO2 để kết tủa

As(V) dưới dạng Mn3(AsO4). Sau thời gian sử dụng, hàng năm phải bổ sung loại cát

đen đã được hoạt hoá thành cát chuyên dụng vào cột.

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã sử dụng

quặng sắt tự nhiên (đá ong, limonite, magnetite), quặng mangan có chứa sắt

(pyrothite, geothite), hoặc hydroxyt sắt, ôxit mangan tổng hợp có kích thước cỡ

nanomet … để xử lý asen trong nước.

Tại một số nơi khác :Viện Địa Lý, Viện Vật liệu, Viện Hoá học, Viện Công

nghệ Môi trường …. đã nghiên cứu, tìm kiếm những vật liệu tự nhiên, sau khi hoạt

hoá, xử lý có thể dùng để xử lý asen trong nước ngầm và các nguồn nước nói chung.

1.6. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ [5], [9], [13], [14]

1.6.1. Động học của quá trình hấp phụ

Hấp phụ là một quá trình thuận nghịch và có thể được mô tả như một phản ứng

hoá học : k1

A + O A' k2

Trong đó: A là chất bị hấp phụ

O là đại lượng biểu thị cho chỗ trống trên bề mặt chất rắn

A' là chất bị hấp phụ đã chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

k1, k2 là các hằng số tốc độ của quá trình hấp phụ và giải hấp

Quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

- Khuếch tán ngoài: quá trình di chuyển chất cần hấp phụ từ dung dịch nước

thải tới bề mặt hấp phụ

- Quá trình giữ tạp chất trên bề mặt chất hấp phụ

- Khuếch tán trong: quá trình di chuyển các chất vào bên trong các lỗ mao quản.

Thông thường giai đoạn hấp phụ giữ chất trên bề mặt xảy ra nhanh do đó tốc

độ chung của cả quá trình phụ thuộc vào tốc độ của giai đoạn khuếch tán ngoài hoặc

khuếch tán trong. Vận tốc khuếch tán ngoài phụ thuộc vào tốc độ khuấy trộn, vận tốc

dòng chảy, nhiệt độ....Vận tốc khuếch tán trong phụ thuộc vào kích thước hình dạng

mao quản, kích thước của chất bị hấp phụ.

1.6.2.Tốc độ của quá trình hấp phụ

Tốc độ của quá trình hấp phụ tính bằng lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị

thể tích chất hấp phụ trong một đơn vị thời gian. Nếu coi quá trình hấp phụ phụ thuộc

bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì tốc độ hấp phụ được xác định:

r = = k (ci - cl)

Trong đó : k là hệ số chuyển khối, tính cho một đơn vị thể tích chất hấp phụ (s-1)

ci là nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg/l)

cl là nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm t (mg/l)

t là thời gian tiến hành hấp phụ (s)

1.6.3.Tải trọng hấp phụ

Tải trọng hấp phụ là một đại lượng biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên

một đơn vị khối lượng của chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng ở một nhiệt độ và

nồng độ xác định.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

q =

Trong đó: V là thể tích dung dịch (l)

m là khối lượng chất hấp phụ (g)

Ci là nồng độ chất ban đầu (mg/l)

Cl là nồng độ dung dịch khi chất hấp phụ đạt cân bằng (mg/l)

Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất bị hấp phụ trên

một đơn vị diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ như sau:

q =

Trong đó: S là diện tích bề mặt riêng của vật liệu hấp phụ (m2)

1.6.4. Các phƣơng trình cơ bản của quá trình hấp phụ

Người ta có thể mô tả một quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp

phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ vào nồng

độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. Đường đẳng nhiệt hấp phụ tại một

nhiệt độ nào đó được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào

một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Khi hệ đạt

đến cân bằng, đo nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch, lượng chất

hấp phụ được tính theo công thức:

m = (ci - cl)v

Trong đó: m là lượng chất bị hấp phụ (g)

ci là nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg/l)

cl là nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l)

v là thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)

Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ được dùng rộng rãi nhất là phương trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

langmuir và freundlich:

* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langnuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir được thiết lập dựa trên các điều kiện sau:

- Bề mặt hấp phụ đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các trung tâm là

như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung

tâm bên cạnh.

- Các phân tử hấp phụ đơn lớp lên bề mặt chất hấp phụ

- Mỗi phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm chỗ một trung tâm hoạt động bề mặt.

- Tất cả các trung tâm hoạt động liên kết với các phân tử với cùng một ái lực

- Không có tương tác qua lại giữa các phân tử chất bị hấp phụ

- Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir:

Trong đó: q là tải trọng hấp phụ (mg/g)

qmax là tải trọng hấp phụ cực đại tính theo lý thuyết (mg/g)

Cl là nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/l)

b là hệ số phương trình langmuir (xác định từ thực nghiệm).

Trong một số trường hợp, giới hạn phương trình langmuir:

khi b.Cl << 1 thì q = qmax.b.Cl mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.

khi b.Cl >>1 thì q = qmax mô tả vùng hấp phụ bão hoà.

khi nồng độ chất hấp phụ nằm trung gian giữa hai khoảng nồng độ trên thì

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đường biểu diễn phương trình langmuir là một đường cong.

Cf/qq

Cff ffff fff fff

Hình 5. Đường cong biểu diễn Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của

phương trình hấp phụ đẳng nhiệt vào Cl

langmuir

Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir có

thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phương

trình đường thẳng:

Đường biểu diễn và phụ thuộc và Cl là đường thẳng có độ dốc

cắt trục tung tại điểm

Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu:

* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt freundlich

Phương trình Freundlich có dạng : q = KF. Cf

Trong đó:

- q : tải trọng hấp phu (mg/g), q=(C0-Cf)/mr

- Co: Nồng độ ban đầu của dung dịch (mg/l)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Cf : Nồng độ cân bằng trong dung dịch (mg/l)

- mr : Lượng chất hấp phụ dùng cho 1 lít dung dịch

- KF: hằng số hấp phụ Freundlich, đặc trưng cho khả năng hấp phụ của

hệ, phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

- n : số mũ của biến Cf thường nhỏ hơn 1, đặc trưng cho bản chất lực

tương tác của hệ, nếu n nhỏ thì bản chất hấp phụ thiên về dạng hoá học, nếu n

lớn thì lực hấp phụ thiên về dạng vật lý.

Phương trình freundlich phản ánh khá tốt số liệu thực nghiệm cho vùng ban

đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt, tức là ở vùng nồng độ thấp của chất

bị hấp phụ. Để xác định các hằng số k và n, đưa phương trình về dạng đường thẳng:

lgq = lgk + lgc

Đây là phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgcf.



Hình 7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Hình 8. Sự phụ thuộc lgq vào

freundlich lgCf

tg = 1/n, OM= lgk

 Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là quá trình ngược với hấp phụ, tách chất bị hấp phụ trên bề mặt

chất rắn ra ngoài dung dịch. giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

lợi với hấp phụ.

Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông qua các

yếu tố sau:

- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.

- Tăng nhiệt độ cũng có tác dụng làm lệch hệ số cân bằng vì hấp phụ là quá trình tỏa

nhiệt, về thực chất là làm yếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống qua thay đổi pH của môi trường.

- Sử dụng các tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt

chất rắn.

- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.

Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh chất hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng

lại nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế. nếu chất hấp phụ rẻ mà tái sinh tốn

kém thì chỉ nên sử dụng chất hấp phụ một lần rồi bỏ, tuy nhiên còn phải tính đến vấn

đề bảo vệ môi trường.

Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, người ta sử dụng một số các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

phương pháp tái sinh: tái sinh nhiệt, phương pháp hóa lý và phương pháp vi sinh.

CHƢƠNG 2:

THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP.

2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất :

2.1.1.Thiết bị và dụng cụ :

- Máy đo quang UV – 1650 PC.

- Máy cất nước cất 2 lần.

- Cân phân tích có độ chính xác 0,01 mg : Srtocius – Thụy Sĩ.

- Máy li tâm, bể rung siêu âm.

- Tủ sấy, lò nung, tủ hút, máy hút chân không, bếp khuấy từ.

- Để quan sát bề mặt vật liệu chúng tôi sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM

tại trung tâm Vật Liệu Khoa Vật Lý – ĐH Khoa Học Tự Nhiên.

- Bình định mức : 500 ml, 250 ml, 100 ml, 50 ml, 25 ml.

- Cốc thủy tinh : 500 ml, 250 ml, 100 ml, 50 ml, 25 ml.

- Pipet các loại : 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10ml, 20 ml, 25 ml.

- Đũa thủy tinh, giấy lọc, bình tia, ống đong.

- Phễu lọc băng xanh, phễu thủy tinh, chỉ thị pH, cối sứ.

- Cuvet thủy tinh.

- Các bình PVE, chai thủy tinh tối màu.

- Bình đựng mẫu, rây cỡ hạt < 0,6 mm và rây cỡ hạt > 1,2 mm.

Tất cả các dụng cụ dùng để phân tích đều được ngâm bằng HNO3 10% trong

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

24 giờ, sau đó đượcc rửa sạch và tráng bằng nước cất hai lần.

2.1.2.Hóa chất :

- Axit H2SO4 2,5M

- Axit HCl 37%

- Zn hạt hoặc Zn bột sạch không chứa Asen.

- Dung dịch As (III) chuẩn 1000 ppm

- Thuốc thử Bạc đietylđithiocacbamat (AgDDC)

- Asen (III) oxit As2O3

- Dung dịch KI 10 %

- Dung dịch FeCl2 pha từ FeCl2.4H2O

- NaOH khan, HNO3 65 %, Dung dịch NaOH 2M

- Dung dịch Pd(NO3)2 , dung dịch Iốt, dung dịch hồ tinh bột.

- Dung dịch Pb(CH3COO)2

- Dung dịch SnCl2

- Dung dịch Clorofom

- Nước cất 1 lần, nước cất 2 lần

2.1.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn.

+ Axit HCl 15% :

Hút 101,2 ml HCl 37% cho vào định mức đến 250 ml bằng nước cất hai lần

được 250 ml dung dịch HCl 15%.

+ Axit HCl 2M :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Pha loãng 165 ml Axit clohidric đặc đến thể tích V=1 lít bằng nước cất hai lần.

+ Dung dịch NaOH 2M :

Cân 4g NaOH tinh khiết, rồi định mức bằng nước cất hai lần trong bình định

mức 50ml.

+ Dung dịch Chì axetat Pb(CH3COO)2:

Hòa tan 10 g (CH3COO)2Pb. 2H2O trong 100 ml nước cất hai lần.

+ Thuốc thử Bạc đietylđithiocacbamat (AgDDC):

Pha loãng 1 ml Mocfolin trong 70 ml Clorofom thêm 0,3 g AgDDC, lắc nhẹ

cho đến khi AgDDC tan hoàn toàn, sau đó định mức đến vạch bằng Clorofom. Dung

dịch pha được có màu vàng, bảo quản trong điều kiện không tiếp xúc với ánh sáng.

+ Dung dịch KI 15 %:

Hòa tan 15 g KI trong 100 ml nước cất hai lần, đựng trong bình nâu.

+ Dung dịch Asen (III) chuẩn 1000 mg/L:

Cân chính xác 1,320 gam As2O3 tinh khiết trên cân phân tích hòa tan trong

khoảng 100 ml Nước cất hai lần có chứa 10 ml dung dịch NaOH 2M ,lắc đều cho đến

khi As2O3 tan hết. Chuyển dung dịch sang bình định mức 1000ml, dùng HCl 2M

đưa về môi trường trung tính, sau đó định mức đến vạch định mức. Dung dịch pha

được đem pha ra các dung dịch có nồng độ thấp hơn và được sử dụng trong ngày.

+ Dung dịch chuẩn Asen 100 mg/L:

Hút chính xác 10 ml dung dịch asen 1000 mg/L định mức bằng nước cất hai

lần trong bình định mức 100 ml, ta thu được dung dịch asen 100 mg/L.

+ Dung dịch chuẩn Asen 10 mg/L:

Hút chính xác 1 ml dung dịch chuẩn gốc asen 1000 mg/L cho vào bình định

mức 100 ml, định mức bằng nước cất hai lần đến vạch định mức ta thu được dung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

dịch asen 10 mg/L.

+ Dung dịch chuẩn Asen 1 mg/L:

Hút chính xác 10 ml dung dịch asen 10 mg/L định mức bằng nước cất hai lần

trong bình định mức 100 ml,ta thu được dung dịch asen 1 mg/L.

+ Dung dịch chuẩn Asen 100 µg/L:

Hút chính xác 10 ml dung dịch asen 1 mg/L định mức bằng nước cất hai lần

trong bình định mức 100 ml, ta thu được dung dịch asen 100 µg/L.

Hoặc hút chính xác 1 ml dung dịch asen 10 mg/L định mức bằng nước cất hai

lần trong bình định mức 100 ml ta thu được dung dịch asen 100 µg/L.

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu :

2.2.1.Mục đích nghiên cứu :

Asen là một nguyên tố độc hại có nhiều tác hại đối với cơ thể con người. Do

vậy đề tài này chúng tôi dùng phương pháp trắc quang (phương pháp bạc

đietylđithiocacbamat) để phân tích asen trong nước ngầm và xác định độ ô nhiễm

asen trong nước ngầm ở một số hộ gia đình trong huyện Hải Hậu – Nam Định.

Với mục đích của đề tài là đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lí

asen trong nước.

2.2.2. Nội dung nghiên cứu :

Dùng phương pháp bạc đietyl đithiocacbamat để phân tích asen trong nước và

xác định độ ô nhiễm asen trong nước.

Khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát tự nhiên tại các hộ gia đình có sử

dụng bể lọc cát tại một số xã thuộc huyện Hải Hậu – Nam Định.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của cát tự nhiên.

Biến tính cát tự nhiên bằng sắt hiđroxxit sắt (III) để tăng khả năng hấp phụ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

asen trong nước.

2.2.3.Phƣơng pháp nghiên cứu :

2.2.3.1.Phương pháp xác định asen :

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một trong nhưng phương pháp

phổ biến để phân tích asen tuy nhiên do giá thành thiết bị cao, quy trình vận hành

phức tạp, nên chỉ có một số ít phòng thí nghiệm ở Việt Nam có đầy đủ điều kiện để

sử dụng phương pháp này để xác định asen. Vì vậy trong nghiên cứu này, chúng tôi

phân tích asen trong nước ngầm bằng phương pháp trắc quang. Với thuốc thử chúng

tôi sử dụng là Bạc đietylđithiocacbamat.

Nguyên tắc của phương pháp : Toàn bộ Asen có trong mẫu sẽ được chuyển về

As(III) bằng KI. Sau đó, dùng hydro mới sinh tạo bởi phản ứng Zn/HCl(đ) chuyển

các hợp chất Asen trong dung dịch thành asin (AsH3). Khí asin được dẫn qua tháp

làm sạch có chứa bông thủy tẩm dung dịch Pb(CH3COOH)2 để loại bỏ các yếu tố ảnh

hưởng như H2S, SbH3… Sau đó Asin được dẫn vào ống hấp thụ chứa dung dịch bạc

dietyldithiocacbamat (AgDDC) trong clorofom ( hoặc pyrydin). Phức tạo thành giữa

khí Asin và AgDDC có màu thay đổi từ màu vàng nhạt dần đến màu đỏ có bước sóng

hấp thụ cực đại khoảng 510 nm, tùy theo hàm lượng As trong dung dịch phân tích.

Các phản ứng xảy ra có thể biểu diễn như sau:

- + 2I- + 4H+ → AsO2

- + I2 + 2H2O

AsO4

- + Zn + 14H+ → 2AsH3 + Zn2+ + 4H2O

2AsO2

AsH3 + 6(C2H5)2NCSSAg → 6Ag + 3(C2H5)2NCSSH + [(C2H5)2NCSS]3As

Phương pháp này có độ nhạy cao, độ lặp lại tốt vì vậy thường được dùng để xử

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

lý mẫu nước chứa Asen trong môi trường.

Hình 9 Sơ đồ hệ tạo hợp chất màu của asin và bạc đietylđithiocacbamat.

Trong đó: Dung dịch phản ứng là bình chứa khí asin được sinh ra

- Bình còn lại chứa dung dịch hấp phụ bạc đietylđithiocacbamat

- Tháp làm sạch có chứa bông tẩm Pb(CH3COO)2 .

2.2.3.3. Phương pháp xử lý mẫu .

a) Dụng cụ lấy mẫu :

Công việc chuẩn bị dụng cụ (hóa chất, pipet, bình xốp chứa đá, túi bóng đen

hoặc bình nhựa PE đựng mẫu) và chuẩn bị chai lọ đựng mẫu phải được chuẩn bị cẩn

thận trước khi lấy mẫu để không ảnh hưởng đến chất lượng mẫu. Các chai nhựa (vỏ

chai nước suối) dùng để chứa hóa chất và mẫu phải được rửa sạch bằng nước máy,

tráng bằng nước cất, sau đó tráng bằng HCl 10% và phải tráng bằng mẫu nước sẽ lấy

ngay trước khi chứa mẫu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) Lấy mẫu (Theo TCVN 6000: 1995 –Tiêu chuẩn lấy mẫu nước ngầm)

- Tháo hết các ống dẫn và vật liệu nhựa, cao su khỏi ống dẫn sao cho khoảng

cách từ mạch nước ngầm đến vị trí miệng ống lấy nước là ngắn nhất.

- Dùng khăn giấy lau sạch miệng ống lấy nước.

- Vặn ống chảy mạnh trong 1 phút. Sau đó để bơm chảy nhỏ thêm 10 phút

- Quan sát các yếu tố màu nước, tốc độ chảy và đo các thông số đo nhanh

ngoài thực địa, đến khi thấy các yếu tố màu nước, pH, độ đục, tốc độ chảy và nhiệt độ

đều diễn biến khá đều đặn thì bắt đầu hứng 3 chai lấy mẫu lần lượt vào dòng chảy từ

ống bơm sao cho thời gian chảy đầy 3 chai là như nhau,

-Trộn 3 chai mẫu đơn vào nhau và lấy 1 thể tích mẫu tổ hợp xác định (có ghi

trong nhật kí và biên bản lấy mẫu).

- Không lấy đầy chai, để khoảng trống để lắc mẫu trước khi phân tích.

c) Xử lí, bảo quản mẫu

Sau khi chứa mẫu vào chai, nhỏ từ từ HClđđ sao cho HCl chiếm 1% về thể tích

trong dung dịch mẫu nước thu. Đựng mẫu trong túi bóng đen hoặc chai nhựa PE và

đặt trong bình đá, nhanh chóng chuyển về phân tích.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

d) Quy trình phân tích mẫu nước ngầm [2], [4], [10]

Lấy 250 ml mẫu nước đã xử lý sơ bộ

Cô trên bếp cát

Còn lại khoảng 50 ml

Thêm : - 5ml HNO3 đặc, 2ml H2SO4 đặc, 0,5 ml H2O2 3%, Cô cạn ở 250o C

Cặn khô

-Để nguội, hòa tan bằng nước cất hai lần, định mức lên 50ml

Dung dịch phân tích

-Chuyển vào bình phản ứng, thêm vào 4 ml KI 15%, 1ml SnCl2, 10ml HCl 15%, để yên trong vòng 5 phút

Dung dịch phản ứng

-Thêm 3g Zn để phản ứng xảy ra trong 25 phút

Asin

Hợp chất màu -Cho hấp thụ vào 4ml dung dịch Bạc đietylđithiocacbamat.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Để yên 5 phút. Đem đo mật độ quang

CHƢƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .

3.1 Khảo sát các điều kiện tối ƣu

3.1.1.Khảo sát phổ hấp thụ của thuốc thử :

Dùng pipet hút chính xác 10 ml dung dịch HCl 15 % vào bình phản ứng, thêm

3gam Zn, cho 4 ml dung dịch bạc đietylđithiocacbamat vào bình hấp phụ của hệ tạo

phức, lắp bình phản ứng vào bình hấp phụ, khuấy từ ở bình phản ứng trong thời gian

30 phút, để yên 10 phút. Sau đó đem đo mật độ quang của dung dịch thuốc thử với

cuvet thủy tinh 1 cm ở dải sóng 350- 750 nm. Với dung dịch so sánh là Clorofom.

3.1.2. Khảo sát phổ hấp thụ của hợp chất màu :

Lấy 50 ml dung dịch Asen (III) 10 mg/L vào bình phản ứng của hệ tạo hợp chất

màu, thêm 4 ml dung dịch KI 15 %, 1ml SnCl2 , 10 ml dung dịch HCl 15% , sau đó

để yên trong vòng 5 phút rồi cho vào 3g Zn, lắc nhẹ và lắp ngay vào bình hấp thụ của

hệ tạo phức đã có sẵn 4 ml dung dịch bạc đietylđithiocacbamat. Khuấy từ ở bình phản

ứng trong thời gian là 30 phút. Sau đó để yên 5 phút. Dạng asen này phản ưng với

hidro mới sinh tạo thành khí asin trong môi trường axit (pH=1). Khí asin giải phóng

ra hấp thụ vào bình đựng dung dịch bạc đietylđithiocacbamat tạo ra hợp chất màu.

Sau đó lấy phần hợp chất màu vừa tạo được đem đo phổ ở dải sóng 350- 750 nm,

dung dịch so sánh là Clorofom.

Như vậy dựa vào phổ hấp thụ của thuốc thử và phổ hấp thụ màu của asen

cho thấy hợp chất màu có đỉnh hấp thụ cực đại tại bước sóng λ max = 515 nm. Cũng

tại bước sóng này thuốc thử bạc đietylđithiocacbamat và dung dịch Clorofom không

có đỉnh hấp thụ vì vậy chúng tôi chọn bước sóng là λ = 515 nm, khi khảo sát mật độ

quang trong các phép đo về sau.

Dung dịch so sánh được sử dụng trong các phép đo là Clorofom vì tuy thuốc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thử bạc đietylđithiocacbamat có màu , song vì thuốc thử bạc đietylđithiocacbamat và

dung dịch Clorofom không có đỉnh hấp thụ tại bước sóng 515 nm. Vì thế trong các

phép đo sau này chúng tôi sử dụng dung dịch so sánh là Clorofom.

3.1.3. Khảo sát thời gian tối ƣu cho việc tạo hợp chất màu.

Lấy 50ml dung dịch Asen (III) 50 µg/L vào bình phản ứng của hệ tạo khí

asin,thêm 4 ml dung dịch KI 15%, 1ml dung dịch SnCl2, 10ml dung dịch HCl 15%,để

yên trong vòng 5 phút và thêm vào 3 g Zn, sau đó lắp vào bình hấp thụ đã có 4ml

dung dịch bạc đietylđithiocacbamat vào bình phản ứng. Khuấy từ ở bình phản ứng

với các thời gian thay đổi là : 0 phút, 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30

phút, 40 phút, 60 phút. Sau khi hơi asin tạo ra hấp thụ vào dung dịch bạc

đietylđithiocacbamat được hợp chất màu, để yên 5 phút sau đó ta đem đo mật độ

quang của hợp chất màu thu được tại các thời gian trên tại bước sóng 515 nm với

dung dịch so sánh là Clorofom. Kết quả thu được trong bảng 2. Và được biểu diễn

trên hình 10.

Bảng 2 : Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian.

Thời gian (Phút) Mật độ quang (A)

0 0,001

5 0,109

10 0,178

15 0,202

20 0,362

25 0,370

30 0,371

40 0,372

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

60 0,372

Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian

Thời gian (phút)

Hình 10: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Dựa vào kết quả thu được trên bảng và hình ta có thể thấy mật độ quang tăng

dần trong 25 phút đầu tiên và sau 25 phút thì mật độ quang ổn định dần và bền trong

các thời gian tiếp theo. Như vậy chúng tôi chọn thời gian tối ưu để khảo sát mật độ

quang là 25 phút.

3.1.4.Ảnh hƣởng của pH đến quá trình khử Asen (III) thành Asin.

Theo nhiều nghiên cứu và một số tài liệu về phương pháp phân tích asen bằng

phương pháp trắc quang cho thấy quá trình khử asen vô cơ về asin, đạt hiệu suất cao

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhất tại môi trường Axit có pH=1. Do đó chúng tôi chọn pH tối ưu để khảo sát mật độ

quang trong quá trình nghiên cứu và phân tích asen là pH=1 để toàn bộ lượng asen

(III) và asen (V) đều được khử thành asin.

3.1.5. Ảnh hƣởng của các yếu tố cản đến sự tạo hợp chất màu.

Các nguyên tố như Cr, Co, Ni, Cu, Mo, Hg, Ag, Se, Pt là những nguyên tố làm

ảnh hưởng đến quá trình tạo khí asin. Nhưng theo các nghiên cứu thì nồng độ của

chúng trong nước rất nhỏ lên không gây cản trở.Theo TCVN 6182-1996 thì các

nguyên tố này với nồng độ 5mg/L sẽ không ảnh hưởng tới asen trong nước.

Theo A.A NHEMODRUK thì các nguyên tố Sb, Ge, P, S dễ tạo thành hợp chất

bay hơi SbH3, PH3, GeH4, sau đó tương tác với dung dịch hấp phụ sẽ cho màu tương

tự, theo các nghiên cứu chúng tôi tiến hành hạn chế ảnh hưởng của các nguyên tố trên

bằng cách dẫn khí asin qua tháp làm sạch tẩm Pb(CH3COO)2 .

Ngoài ra để triệt tiêu ảnh hưởng của một số nguyên tố và tăng hiệu quả của quá

trình khử bằng cách người ta khử trước khi đưa SnCl2 và KI vào. Theo một số tác giả

người ta đưa KI và SnCl2 vào sẽ loại bỏ được ảnh hưởng của Sb. Đưa muối Ni vào sẽ

làm tăng nhanh quá trình khử asen thành asin.

3.1.6. Ảnh hƣởng nồng độ chất khử KI tới độ hấp thụ quang (A) của hợp chất

màu.

Asen trong nước ngầm tôn tại chủ yếu ở dạng Asen (III) hoặc Asen (V) vì vậy

trước khi đem đi phản ứng tạo khí asin chúng ta phải chuyển toàn bộ Asen (V) về

Asen (III) vì Asen (V) tạo asin chậm hơn Asen (III). Tác nhân khử Asen(V) về

Asen(III) đã được nhiều tác giả nghiên cứu cho thấy hiệu suất khử Asen(V) về

Asen(III) đạt 100% khi sử dụng 4 ml dung dịch KI 15% cho 50 ml dung dịch,do vậy

trong các nghiên cứu tiếp theo trước khi thực hiện phản ứng tạo Asin chúng tôi cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thêm vào mẫu 4 ml dung dịch KI 15%.

3.1.7. Ảnh hƣởng của chất khử Zn tới độ hấp thụ quang A của hợp chất màu.

Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử đến quá trình tạo hợp chất màu

chúng tôi tiến hành thì nghiệm với dãy mẫu chuẩn 50 ml As (III) có cùng nồng độ là

25 µg/L , sau đó cho thêm 4 ml dung dịch KI 15%, 1ml dung dịch SnCl2, 10 ml dung

dịch HCl 15%,để yên trong vòng 5 phút sau đó cho vào lượng Zn thay đổi như trong

bảng. Khuấy từ ở bình phản ứng trong thời gian 25 phút để tạo ra hơi asin. Dẫn hơi

asin qua tháp làm sạch có chứa bông tẩm Pb(CH3COO)2 được nối với bình hấp thụ có

chứa sẵn 4 ml dung dịch bạc đietylđithiocacbamat. Các hợp chất màu thu được đem

đo mật độ quang tại bước sóng 515 nm với dung dịch so sánh là Clorofom. Kết quả

thu được trên bảng 3 và hình 11.

Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

STT Lƣợng Zn (g) Mật độ quang (A)

1 0 0,001

2 0,5 0,098

3 1 0,176

4 2 0,232

5 3 0,235

6 4 0,236

7 5 0,234

8 6 0,239

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9 8 0,233

Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Dựa vào kết quả thu được trên bảng và hình vẽ cho thấy : mật độ quang khi

tăng từ 0- 2 gam là tăng. Khi tăng đến 2 g thì mật độ quang ổn định dần và gần như

không thay đổi, vậy độ hấp thụ quang của hợp chất màu ổn định và bền khi lượng

chất khử từ 2 g trở lên. Vậy trong các phép đo về sau chúng tôi sử dụng lượng chất

khử là 3 g trong tất cả các phép đo.

3.1.8. Ảnh hƣởng của thể tích thuốc thử .

Lấy 50 ml dung dịch Asen (III) 20 µg/L , sau đó cho thêm 4ml dung dịch KI

15%, 1ml dung dịch SnCl2, 10 ml dung dịch HCl 15%,để yên trong vòng 5 phút sau

đó cho vào 3 g Zn. Khuấy từ ở bình phản ứng trong thời gian là 25 phút, khí asin

được sinh ra cho dẫn vào bình hấp thụ có chứa sẵn dung dịch bạc

đietylđithiocacbamat với thể tích thay đổi. Để yên 5 phút sau đó đem hợp chất màu

thu được đem đo mật độ quang tại bước sóng 515 nm với dung dịch so sánh là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Clorofom, kết quả được thể hiện trên bảng 4 và hình 12.

Bảng 4 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tối độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

STT Thể tích As (III) Thể tích thuốc CAsen(III) (µg/L ) Mật độ quang

chuẩn (ml) (A) thử C5H10AgNS2

(ml)

1 50 2 0,2032 20

2 50 4 0,1876 20

3 50 6 0,1857 20

4 50 8 0,1774 20

5 50 10 0,1653 20

Hình 12. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu

Dựa vào kết quả trên ta thấy, ở thể tích thuốc thử là 2ml hợp chất màu có độ

hấp thụ quang là lớn nhất, và phép đo đạt độ nhạy cao nhất, sau đó mật độ quang

giảm dần khi tăng thể tích của thuốc thử. Tuy nhiên, khi sử dụng thể tích thuốc thử là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2ml thì sau 25 phút thì thể tích của thuốc thử bị thay đổi nhiều do dung môi bay hơi,

dẫn đến độ lặp lại của phép đo thấp, vì vậy vừa để đạt độ nhạy cao và độ lặp tốt

chúng tôi sử dụng thể tích thuốc thử trong các nghiên cứu về sau là 4ml.

3.1.9. Ảnh hƣởng của thể tích mẫu dung dịch Asen (III).

Để xác định được thể tích mẫu thích hợp nhất cho quá trình phân tích chúng

tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thể tích mẫu theo các thì nghiệm sau :

Lấy lượng dung dịch asen (III) chuẩn 20 µg/L với các thể tích thay đổi như

sau: 50ml, 75 ml, 100ml vào bình phản ứng. Sau đó thêm 4ml dung dịch KI 15%, 1ml

dung dịch SnCl2, 10 ml dung dịch HCl 15%, để yên trong vòng 5 phút. Sau đó thêm

vào 3 g Zn. Khuấy từ ở bình phản ứng trong thời gian 25 phút để tạo ra khí asin, cho

khí asin hấp thụ vào bình hấp thụ có chứa sẵn 4ml dung dịch bạc

đietylđithiocacbamat. Để yên 5 phút sau đó đem đo mật độ quang của hợp chất màu

thu được ở bước sóng 515 nm với dung dịch so sánh là Clorofom. Kết quả thu được

trên bảng 5 và hình 13

Bảng 5 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

STT V(ml) Asen (III) V(ml) bạc Mật độ quang

đietylđithiocacbamat (A)

1 50 4 0,1875

2 75 4 0,2794

3 100 4 0,3688

Hình 13 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Dựa vào kết quả và hình vẽ ta thấy. Mật độ quang tăng dần khi chúng ta tăng

thể tích mẫu. Do phân tích mẫu chúng ta phải vô cơ hóa mẫu trước rồi mới cho phản

ứng tạo asin và cho asin phản ứng với dung dịch bạc đietylđithiocacbamat. Vì vậy để

phù hợp với quá trình vô cơ mẫu chúng tôi chọn thể tích mẫu là 50 ml trong các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nghiên cứu sau.

Sau khi đã khảo sát xong các điều kiện và các yếu tố ảnh hưởng tới hợp chất

màu. Chúng tôi chọn các điều kiện tối ưu sau :

- Bước sóng tối ưu: 515 nm

- Thời gian tối ưu: 25 phút

- pH tối ưu: pH =1

- Thể tích thuốc thử bạc đietylđithiocacbamat tối ưu: 4ml

- Nồng độ chất khử Zn tối ưu: 3 gam

- Thời gian ổn định màu: 5 phút

- Nồng độ chất khử KI 15% tối ưu: 4ml

- Thể tích dung dịch Asen (III) chuẩn: 50ml

3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu

3.2.1.Phƣơng pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của Sắt (III) hiđoxit:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Thời gian hấp phụ: Cho vào mỗi bình nhựa (PE) 100 mL dung dịch Fe(III) có nồng độ 50 mg L-1, điều chỉnh pH của hệ đến khoảng 6,5bằng NaOH

0,01M. Thêm vào hệ 1 mL dung dịch có nồng độ As(III) 100 mg L-1, khuấy đều sau

các khoảng thời gian: 1, 5, 10,15, 25, 30, 40, 60 phút, lọc thu dung dịch để xác

định hàm lượng asen còn lại bằng phương pháp nêu trên.

+ pH: Cho vào bình nhựa (PE) 40 mL dung dịch 125 mg Fe(III) L-1, 10 mL dung dịch 0,5 mgAs(III) L-1. Để các pH khác nhau, các thể tích NaOH 0,02M từ

0 đến 20 mL được thêm vào bình nhựa trên. Để đảm bảo cường độ ion trong các

mẫu thí nghiệm tương đương nhau, một lượng dung dịch muối NaNO3 0,02M

được thêm vào sao cho thể tích của hệ đạt 100 mL. Sau thời gian đảm bảo hệ cân

bằng một phần mẫu được ly tâm , lọc dung dịch và xác định hàm lượng As bằng

AAS, phần còn lại được đo pH bằng máy đo pH.

+ Tỷ lệ Fe/As: Với dung dịch có hàm lượng As(III) ban đầu là 0,5 mg L-1 trộn

với dung dịch hyđroxit Fe(III) có nồng độ từ 5, 10, 15, 20, 25,30, 40, 50, 60, 70, 80 và 90 mg Fe L-1 theo tỷ lệ 1:1. Khuấy đều dung dịch trong khoảng thời gian là 40 phút sau đó lọc và xác định hàm lượng As còn lại trong dung dịch.

3.2.2 Kết quả nghiên cứu nghiên cứu khả năng hấp phụ của Sắt (III) hiđoxit:

3.2.2.1. Động học hấp phụ

Lượng As(III) bị hấp thụ bởi hiđroxit sắt (III) tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ tăng nhanh trong khoảng 15 phút đầu tiên (1,3-3,8 mg g-1phút-1, tính theo Fe, Hình 14), sau đó tốc độ hấp phụ giảm xuống <0,1 mg g-1phút-1 ở khoảng thời

gian sau phút 15 và đạt cân bằng ở phút 25, hiệu suất tách As(III) khỏi pha lỏng đạt 99,8%. Tại điểm cân bằng, lượng As(III) hấp phụ bởi hiđroxit Fe đạt 19,91 mg g-1

Phương trình Lagergren mô tả động học hấp phụ As(III) bởi hyđroxit Fe với hằng số hấp phụ Lagergren k= 0,486. Phương trình hồi quy qt = 19,77(1e-0,486t) với hệ số tương quan R =0,92, sự khác biệt không có ý nghĩa giữa giá trị qe được tính

toán hồi quy và thực nghiệm (19,77 và 19,91) thể hiện phương trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Asen(III) bởi hiđroxit sắt (III)

Hình 14. Động học quá trình hấp phụ As(III) bởi hyđroxit sắt theo thời gian.

3.2.2.2. Ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As(III) của

hyđroxit Fe được thể hiện ở Hình 15.

Hình 15. Ảnh hưởng của pH đến lượng As(III) bị hấp phụ bởi hiđroxit Fe (III) (a)

và nồng độ As(III) còn lại (b).

Kết quả nghiên cứu cho thấy cho thấy khả năng hấp phụ asen bị ảnh hưởng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

rõ rệt bởi pH. Khi pH tăng dần từ 4 – 6,5 thì hàm lượng của asen còn lại trong dung dịch giảm mạnh từ 40,4µ g L-1 xuống 1,2 µ g L-1, chứng tỏ khả năng hấpphụ

asen tăng mạnh khi pH tăng từ 4 – 6,5. Khi giá trị pH tăng từ 7 – 8 thì khả năng

hấp phụ asen thấp hơn so với khoảng pH 5,0 – 6,5. Khi giá trị pH tăng từ 8 – 9 thì

khả năng hấp phụ asen lại tăng nhưng tăng chậm hơn so với khoảng pH từ 5,0

– 6,5. Khả năng hấp phụ asen lớn nhất tại pH 6,0 – 6,5 vì tại pH này khả năng hình

thành keo hyđroxit Fe điện tích bề mặt dương là lớn nhất. Do vậy ở pH gần

trung tính, khả năng hấp phụ asen của hyđroxit Fe là tối ưu.

+ Ảnh hưởng của tỷ lệ chất hấp phụ: Ảnh hưởng của tỷ lệ Fe/As đến khả năng

xử lý As trong nước được thể hiện trong Hình 16 tại pH của hệ ở thời điểm cân bằng xấp xỉ 6,5. Kết quả nghiên cứu cho thấy với nồng độ ban đầu là 50 µ g As L-1, hiệu

suất khử As khỏi dung dịchđạt đến 60% khi tỷ lệ Fe/As = 20, tỷ lệ Fe/As thì lượng

As còn lại trong dung dịch cân bằng càng giảm, tương ứng với lương bị hấp phụ bởi hiđroxit sắt (III)càng tăng. Để đạt giá trị nồng độ As trong nước dưới 10 µ g L- 1 thì tỷ lệ Fe/As >30. Nhiều nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra rằng, asen được loại

bỏ với hiệu suất cao nếu tỷ lệ Fe/As > 20 và khả năng loại bỏ As lý tưởng nếu

Fe/As > 50.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 16. Ảnh hưởng giữa tỷ lệ Fe/As và hàm lượng As(III) còn lại trong dung dịch cân bằng.

3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của cát tự nhiên .

Để khảo sát khả năng hấp phụ asen của cát tự nhiên chúng tôi thực hiện lấy

mẫu nước của một số hộ gia đình có sử dụng bể cát trước khi lọc và sau khi lọc. Sau

đó đem đo nồng độ asen trước và sau khi lọc bằng cát tự nhiên. Từ đó đánh giá được

khả năng hấp phụ asen của cát tự nhiên.

Áp dụng các thí nghiệm và quy trình đã được xây dựng ở trên, chúng tôi tiến

hành xác định lượng asen trong một số mẫu nước ngầm thuộc địa bàn Hải Hậu – Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Định. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 6

Bảng 6 . Nồng độ Asen trong một số mẫu nước thuộc huyện Hải Hậu – Nam Định

Nồng độ Asen

(µg/L) Ngày lấy Mẫu Địa điểm lấy mẫu mẫu Hiệu suất Trước Sau khi

khi lọc lọc (%)

Ông Đinh Văn Hải –

1 18/02/2013 162,13 72,96 55,00

Xã Hải Phú – Hải Hậu

Ông Định Quốc Tuấn –

2 18/02/2013 166,72 67,69 59,40

Xã Hải Phú – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Hậu –

3 18/02/2013 164,44 77,25 53,02

Xã Hải Phú – Hải Hậu

Ông Trần Quang Nam – 4 18/02/2013 165,58 88,71 46,42 Xã Hải Phú – Hải Hậu

Ông Đinh Văn Hải – Xã 5 05/03/2013 164,03 78,50 52,14 Hải Phú – Hải Hậu

Ông Định Quốc Tuấn –

6 05/03/2013 167,10 70,73 57,67

Xã Hải Phú – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Hậu –

7 05/03/2013 162,12 76,97 52,52

Xã Hải Phú – Hải Hậu

Bà Hoàng Thị Hòa –

8 05/03/2013 193,34 73,21 61,23

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9 05/03/2013 Bà Đinh Thị Lý – 198,88 101,43 49,00

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Nguyễn Hải Hưng – 10 05/03/2013 194,08 90,00 57,75 Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Trúc –

11 05/03/2013 191,34 79,92 58,23

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Bình –

12 05/03/2013 201,81 79,63 60,54

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Đinh Quang Nam – 13 05/03/2013 184,44 104,96 43,09 Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Đinh Văn Chính –

14 05/03/2013 183,64 100,87 45,07

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Đinh Văn Bẩy –

15 05/03/2013 193,35 110,17 43,02

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Mùi – Xã 16 05/03/2013 194,08 109,17 43,75 Hải Cường – Hải Hậu

Bà Hoàng Thị Dung –

17 05/03/2013 193,34 94,77 50,98

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Đinh Thị Vân Anh–

18 05/03/2013 192,98 105,51 45.07

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Nguyễn Tuấn Nam – 19 05/03/2013 174,52 89,42 48,76 Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Đinh Thị Lý Hòa –

20 05/03/2013 203,32 89,42 56,02

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Nhận xét: Qua khảo sát một số mẫu nước của các hộ gia đình nhận thấy nồng

độ asen trong mẫu nước ngầm là khá cao vượt mức cho phép. Việc người dân dùng

các bể cát để lọc nước phần nào cũng đã giảm thiểu một lượng asen nhất định trong

nước. Tuy vậy vẫn cần các biện pháp nhằm giảm thiểu tối đa lượng asen trong nước.

3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính

3.4.1. Cách chế tạo hạt Hiđroxit sắt (III)

Hạt Hiđroxit sắt (III) được sản xuất từ dung dịch FeCl3 bằng cách cho phản

ứng với dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành được rửa sạch, tách nước bằng quay ly

tâm và tạo hạt dưới áp suất cao. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao. Nồng độ Asen

trong nước trước xử lý 160 - 205 g /l, sau xử lý đạt <10 g /l.

3.4.2 Ƣu điểm của phƣơng pháp

Hiđroxit sắt (III) dạng hạt được sử dụng trong cột hấp phụ. Công nghệ này kết

hợp những ưu điểm của phương pháp keo tụ - lọc, có hiệu suất xử lý cao và lượng cặn

sinh ra ít, với phương pháp nhôm hoạt hóa, có ưu điểm là đơn giản.

Khi lọc nước có chứa các cặn bẩn quá ở cát có thể xảy ra quá trình sau:

+ Cặn bẩn chứa nước lằng đọng thành màng mỏng trên bề mặt của lớp cát

(thường gọi là màng lọc).

+ Cặn bẩn chứa trong nước lằng đọng trong lớp cát.

+ Một phần cặn lắng động trên bề mặt tao thành màng lọc, còn một phần khác

lằng đọng trong các lỗ rỗng của cát.

Asen được loại bỏ khỏi nước trong bể lọc cát nhờ sự kết tủa với Fe3+ trên bề mặt cát hạt cát không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát. Fe2+ ở dạng hòa tan trong

nước, sẽ bị oxi hóa bởi oxi không khí để tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. As trong

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó và giữ lại ở lớp cát lọc. Kết quả nước ra khỏi bể lọc đã được loại bỏ bớt asen và sắt.

Các hạt cát với cấu trúc tinh thể thường mang điện tích âm, do đó hạt cát có

khả năng hấp phụ các hạt mang điện tích dương dưới dạng lơ lửng như các tinh thể

cacbonat, các bong keo tụ, nhôm, mangan, sắt, asen,… những sản phẩm này thường

có điện tích dương, kể cả các cation sắt, nhôm, mangan… Quá trình hấp phụ các ion

dương đã làm giảm thế điện âm của bề mặt vật liệu lọc sẽ xảy ra hiện tượng bão hòa

và bề mặt vật liệu trở nên tích điện dương. Từ đó xảy ra quá trình hấp phụ thứ hai,

hấp phụ các hạt mang điện tích âm xảy ra. Các hạt keo có nguồn gốc từ động thực -… sẽ được hấp phụ ở giai đoạn này. vật, cáo chất bản hòa tan, các anion như NO3

Quá trình hấp phụ hạt mang điện tích âm sẽ đạt đến bão hà và trên bề mặt vật liệu xảy

ra quá trình hấp phụ các hạt mang điện tích dương. Hiện tượng đảo thế bề mặt vật

liệu lọc xảy ra lien tục và điện thế bề mặt giảm dần theo thời gian lọc. Do đó lự hấp

phụ giảm và hiệu suất lọc theo cớ chế này cũng giảm theo thời gian.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.4.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính

Bảng 7 Kết quả xử lý mẫu nước của một số hộ dân tại huyện Hải Hậu – Nam

Định bằng cát biến tính

Mẫu Ngày lấy Địa điểm lấy mẫu Nồng độ Asen

mẫu (µg/L) Hiệu suất

(%) Trước khi Sau khi

lọc lọc

1 18/02/2013 Ông Đinh Văn Hải – Xã 162,13 2,98 98,16 Hải Phú – Hải Hậu

2 18/02/2013 Ông Định Quốc Tuấn – Xã 166,72 3,08 98,15 Hải Phú – Hải Hậu

3 18/02/2013 Bà Nguyễn Thị Hậu – Xã 164,44 2,72 98,34 Hải Phú – Hải Hậu

4 18/02/2013 Ông Trần Quang Nam – 165,58 2,67 98,39 Xã Hải Phú – Hải Hậu

5 05/03/2013 Ông Đinh Văn Hải – Xã 164,03 3,26 98,01 Hải Phú – Hải Hậu

6 05/03/2013 Ông Định Quốc Tuấn – Xã 167,10 2,25 98,65 Hải Phú – Hải Hậu

7 05/03/2013 Bà Nguyễn Thị Hậu – Xã 162,12 3,36 97,93 Hải Phú – Hải Hậu

8 05/03/2013 Bà Hoàng Thị Hòa – Xã 193,34 3,09 98,40 Hải Cường – Hải Hậu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9 05/03/2013 Bà Đinh Thị Lý – Xã Hải 198,88 3,98 98,00 Cường – Hải Hậu

10 05/03/2013 Ông Nguyễn Hải Hưng – 194,08 3,53 98,18 Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Trúc –

11 05/03/2013 191,34 4,25 97,78

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Bình –

12 05/03/2013 201,81 3,59 98,22

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Đinh Quang Nam – 13 05/03/2013 184,44 2,86 98,45 Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Đinh Văn Chính –

14 05/03/2013 183,64 3,25 98,23

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Đinh Văn Bẩy –

15 05/03/2013 193,35 2,76 98,57

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Nguyễn Thị Mùi – Xã 16 05/03/2013 194,08 3,40 98,25 Hải Cường – Hải Hậu

Bà Hoàng Thị Dung –

17 05/03/2013 193,34 3,38 98,25

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Đinh Thị Vân Anh–

18 05/03/2013 192,98 3,07 98,41

Xã Hải Cường – Hải Hậu

Ông Nguyễn Tuấn Nam – 19 05/03/2013 174,52 2,72 98,44 Xã Hải Cường – Hải Hậu

Bà Đinh Thị Lý Hòa –

20 05/03/2013 203,32 3,29 98,38

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Xã Hải Cường – Hải Hậu

KẾT LUẬN

Với đề tài “Đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lý asen trong

nước”, sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã thu được những kết quả sau:

1. Kết quả nghiên cứu về khả năng sử dụng hyđroxit sắt để hấp phụ asen trong

nước cho thấy khoảng pH tối ưu là 6,0 – 6,5, khả năng hấp phụ As bởi Hiđroxit sắt (III) đạt 19,9 mg g-1. Động học quá trình hấp phụ tuân thủ

theo phương trình Lagergren với hệ số k = 0,486, phương trình hồi quy qt = 19,77(1e-0,486t) với hệ số tương quan R2=0,92, thời gian hấp phụ đạt cân bằng trong khoảng 15 phút thể hiện hiệu suất hấp phụ As của hyđroxit sắt cao.

2. Qua khảo sát nồng độ Asen ở một số xac thuộc huyện Hải Hậu – Nam Định thì

nồng độ asen đều đạt ở mức độ cao (từ 160 - 205 g /l). Thông qua việc xử lý

bằng bể lọc cát thong thường thì hàm lượng asen dã giảm thiểu (khoảng 40 –

60%). Tuy nhiên, nồng độ asen sau khi xử lí vẫn vượt nhiều lần so với tiêu chuẩn

an toàn.

3. Phương pháp xử lí bằng cát biến tính đã mang lại những hiệu quả cao. Các mẫu

nước chứa asen đã được xử lí và đạt tiêu chuẩn (< 10 g /l). Bên cạnh đó đây là

một phương pháp đơn giản có thể vận dụng vào việc xử lí nước nhiễm asen của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

các hộ gia đình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

1. Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh (2000), Một số đặc điểm

phân bố asen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm asen trong môi trường ở Việt

Nam, Báo cáo hội thảo quốc tế ô nhiễm asen, Hà Nội.

2. Nguyễn Việt Anh, Trần Hiếu Nhuệ, Nguyễn Văn Tín, Đỗ Hải (2000), Một số

công nghệ xử lý asen trong nước ngầm, phục vụ cho cấp nước sinh hoạt, Báo

cáo Hội thảo Quốc tế ô nhiễm asen, Hà Nội.

3. Nguyễn Duy Bảo, Nguyễn Khắc Hải (2009), Nghiên cứu ảnh hưởng của ô

nhiễm asen trong nguồn nước ăn uống, sinh hoạt tới sức khỏe, bệnh tật của

cộng đồng dân cư vùng đồng bằng sông Hồng và biện pháp khắc phục, Bộ

khoa học và Công nghệ, Viện Y học Lao động và vệ sinh môi trường.

4. Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyên, Phạm Hùng Việt, Bước đầu đánh giá

hàm lượng Asen trong nước ngầm, nước cấp khu vực Hà Nội, Hội thảo quốc

tế về Asen, Hà Nội 12-2000.

5. Nguyễn Văn Đản, Tống Ngọc Thanh (2001), “Về khả năng nhiễm bẩn

Arsenic các nguồn nước dưới đất ở Việt Nam”, Hội nghị về Asen trong nước

sinh hoạt và xây dựng kế hoạch hành động, Bộ NN&PTNT, Hà Nội.

6. Trịnh Bích Hà (2008), “Nghiên cứu, phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm

Asen trong nguồn nước sinh hoạt tại khu vực quân Hoàng Mai – Hà Nội”.

Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại Học Sư Phạm Hà Nội.

7. Trần Tứ Hiếu (2000), Hóa học môi trường, NXB Giáo Dục

8. Trần Tứ Hiếu (2000), Hóa học phân tích, NXB Đại học Quốc Gia.

9. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007),

Hóa học phân tích phần II: Các phương pháp phân tích công cụ, Nhà xuất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bản Khoa học Kỹ thuật.

10. Phạm Thị Thanh Hồng (2009), “Nghiên cứu xác định tổng số tổng dạng asen

trong một số hải sản bằng phương pháp trắc quang”. Luận văn thạc sĩ khoa

học, Đại học Thái Nguyên.

11. Phạm Thị Mai Hương (2008), “Điều chế và khảo sát khả năng ứng dụng của

một số vật liệu tách asen trong nước ngầm”. Luận văn thạc sĩ khoa học , Đại

học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội..

12. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ 2, 3, Nhà xuất bản Giáo Dục.

13. Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học trong hóa học,

Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

14. Hồ Viết Quý (2007), Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện

đại, Nhà xuất bản Đại học Sư Phạm Hà Nội.

15. Đặng Xuân Tập (2002), Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số khoáng tự

nhiên, tổng hợp và ứng dụng của chúng, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học

Bách Khoa Hà Nội.

16. Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng–số 4(33) 2009, Xây dựng

phương pháp xác định tổng asen trong một số nguồn nươc bề mặt ở thành phố Đà

Nẵng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS .

17. Tiêu chuẩn Việt Nam (1996), Xác định asen tổng- phương pháp quang phổ

dùng bạc đietylđithiocacbamat, TCVN 6182: 1996- Hà Nội (1996).

Tiếng Anh

18. Bitner MJ, Chwirka JD (1994), Arsenic removal treatment technologies for drinking water supplies, proceeding of 39th New Mexico water conference,

Albuquerque.

19. Chen, S.L., Yeh, S.J., Yang, M.H‟., Lin, T.H., 1995, Trace element

concentration and arsenic speciation in the well water of a Taiwan area with

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

endemic Blackfoot disease. Biol. Trace Elem. Res. 48, 263-274.

20. Chatterjee A, Das D, 1995, Arsenic in ground water in six districts of West

Belgan, India, Analyst, 120: 643-650.

21. David B. Vance (2001), Arsenic-chemical behavior and treatment, the

enviromental technology.

22. David Norman, Frederick Partey, Samuel Ndur, Robert Nartey (2008), Arsenic

sorption onto laterite iron concretions: Temperature effect, Jour of Colloid and

Interface Science, 10.1016/Jcis.2008.02.034.

23. E. Erdem, N. Karapinar, R. Donat (2004), the removal of heavy metal cation

by natural zeolites, Journal of Colloid and Interface Science 280.

24. Ghurye, Ganesh and Dennis Clifford (2001), „Laboratory Study on the

Oxidation of Arsenic III to Arsenic V’, EPA 600-R-01-021, Prepared under

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

contract 8C-R311-NAEX for EPA ORD, March 2001.

Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lý asen trong nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------

ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN

VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH

Thái Nguyên, 05 - 2013

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------

ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN

VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC

Mã số: 60.44.0118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN RI

Thái Nguyên, 05 - 2013

LỜI CAM ĐOAN

Hoàng Nam Ninh

Chủ tịch hội đồng

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANG MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Trạng thái tự nhiên, nguồn gốc ô nhiễm và các dạng tồn tại trong dung

dịch của asen

CH3AsO(OH)2 axit monometylasenit Hình 1: Sơ đồ quá trình chuyển hoá của các hợp chất asen trong tự nhiên

1.2. Độc tính của các dạng asen [5]

1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hóa lẫn nhau trong môi trƣờng của

các dạng asen [1], [2], [16], [23]

1.4. Hiện trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam

Hình 4. Bản đồ nhiễm asen trên toàn quốc

1.5. Một số phƣơng pháp xử lý asen

1.6. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ [5], [9], [13], [14]

CHƢƠNG 2:

THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP.

2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất :

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu :

-Chuyển vào bình phản ứng, thêm vào 4 ml KI 15%, 1ml SnCl2, 10ml HCl 15%, để yên trong vòng 5 phút

CHƢƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .

3.1 Khảo sát các điều kiện tối ƣu

Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Bảng 4 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tối độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Hình 12. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu

Bảng 5 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

Hình 13 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu.

3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu

3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Quản lý hoạt động phát triển nhận thức cho trẻ mẫu giáo ở các trường mầm non, huyện Hoàng Su Phì, tỉnh Hà Giang

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về điều kiện đầu tư kinh doanh trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Sự nghiệp nghiên cứu phê bình văn học của Hoài Thanh

Luận văn Thạc sĩ: Tiểu thuyết của Đỗ Phấn từ góc nhìn sinh thái

Luận văn Thạc sĩ: Giải pháp ứng phó với nhập cư ở Liên minh Châu Âu

Luận văn Thạc sĩ: Diễn ngôn về giới nữ trong văn xuôi nữ Việt Nam đương đại (khảo sát sáng tác của Dạ Ngân, Y Ban, Lý Lan, Nguyễn Thị Thu Huệ)

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mức phát thải tham chiếu rừng khu vực huyện Bảo Lâm tỉnh Lâm Đồng

Luận văn Thạc sĩ: Đặc điểm nhân vật chính trong ba tác phẩm của Franz Kafka: Lâu đài, Vụ án, Hóa thân

Kháo luận tốt nghiệp: Vận dụng lí thuyết học tập trải nghiệm vào dạy học Thống kê - Xác suất ở lớp Hai

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho Robot dịch vụ

Luận văn Thạc sĩ: Thế giới nhân vật trong truyện ngắn Lê Minh Khuê sau năm 1975

Luận văn Thạc sĩ: Tác động của cấu trúc vốn đến hiệu quả hoạt động của các ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Kiểm soát rủi ro tín dụng bán lẻ tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Đầu tư và Phát triển Việt Nam chi nhánh Thủ Thiêm

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh của ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Các nhân tố ảnh hưởng đến hành vi sử dụng dịch vụ ngân hàng điện tử tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Ngoại thương Việt Nam – Chi nhánh Thủ Đức

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố tác đồng đến nợ xấu tại Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn - Chi nhánh Tiền Giang

Luận văn Thạc sĩ: Yếu tố ảnh hưởng đến quyết định sử dụng dịch vụ thanh toán không dùng tiền mặt tại Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam (Vietinbank)

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về du lịch biển, thực tiễn tại tỉnh Bình Định

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của các yếu tố thương hiệu với vai trò trung gian của Marketing truyền miệng đến quyết định chọn việc làm của nhân viên GenZ tại chuỗi nhà hàng gà rán Popeyes khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của Marketing mix đến ý định học cao học của sinh viên khối ngành kinh tế thuộc Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phân loại chi cầu diệp – Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae) ở vùng Tây Nguyên bằng phương pháp hình thái và phân tử

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm phân bố và dinh dưỡng của các loài lưỡng cư ở Vườn Quốc gia Bến En và Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông, tỉnh Thanh Hóa

Luận án Tiến sĩ: Tổng hợp luật dẫn và điều khiển cho một lớp tên lửa đối hải trên cơ sở ứng dụng mạng nơ ron và hệ mờ

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển góc Pitch tua bin gió trong điều kiện có nhiễu tác động