SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 347
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ BIẾN TÍNH CHẾ TẠO TỪ VỎ NHUYỄN THỂ HAI MẢNH
RESEARCH FOR CONSTRUCTION OF HEAVY METALS IN WATER WITH ADJUSTABLE MATERIAL PRODUCED FROM TWO PIECE FLUID Nguyễn Thị Mai Phương1, Vũ Trần Ngọc Minh1, Đào Thu Hà2,* TÓM TẮT Để giải quyết vấn đề môi trường bao gồm xử lý kim loại nặng trong nướ
c và
vấn đề rác thải từ vỏ nhuyễn thể hai mảnh, nhóm tác giả đã nghiên cứu sử dụ
ng
vỏ nhuyễn thể hai mảnh để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước bằ
ng
phương pháp hấp thụ quang phân tử UV-VIS. Nhóm tác giả đã lựa chọ
n phương
pháp quang phổ hấp thụ phân tử bởi vì phương pháp này có xác định đượ
c hàng
loạt mẫu của cùng một chất trong một loại đối tượng mẫu, nhanh chóng, hiệu suấ
t
cao, kết quả chính xác, đường chuẩn có tính kế thừa. Từ khóa: Kim loại nặng, võ nhuyễn thể hai mảnh. ABSTRACT
To solve environmental problems including heavy metal treatment in water
and waste from bivalve mollusc shells, we have studied and used bivalve mollusc
shell as a material to adsorb heavy metals in water. by UV-
absorption method. We hav
e chosen the molecular absorption spectroscopy
method because it can identify a series of samples of the same substance in a
single type of sample, quickly, with high efficiency, accurate results, and standard
curves. Inherited. Keywords: Heavy metal, bivalve mollusk. 1Lớp Kỹ thuật Hóa học 01 - K16, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệ
p
Hà Nội 2Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: Dungha.dao@gmail.com 1. MỞ ĐẦU Trong nước có rất nhiều các kim loại nặng như là crom, chì, đồng , kẽm, thuỷ ngân,… đây đều là những kim loại có thể gây ảnh hưởng lớn đến con người và môi trường nếu như vượt quá tiêu chuẩn mà nhà nước cho phép; ví dụ theo tổ chức y tế thế giới, nếu nước uống có chứa crom thì chỉ cần uống một lượng nước có chứa 1 - 2g crom sẽ gây tử vong tại chỗ; thuỷ ngân gây độc cho hệ hô hấp của con người, viêm thận thậm chí có nguy cơ tử vong trong từ 24 đến 36 giờ và phần lớn kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn sẽ gây ô nhiễm môi trường nước và gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước. Bởi vậy vấn đề loại bỏ kim lại nặng trong nước đang là một trong những vấn đề được nước ta chú trọng hàng đầu hiện nay. Bên cạnh đó bởi vì nước ta có bờ biển dài khoảng 3260km nên có rất nhiều tài nguyên phong phú đặc biệt là sự đa dạng của động vật nhuyễn thể hai mảnh, nhưng cũng bởi vậy việc xử lý vỏ của nhuyễn thể hai mảnh cũng gây ra rắc rối không nhỏ. Theo thống kê có hơn 7 triệu tấn vỏ nhuyễn thể bị bỏ đi bởi ngành công nghiệp hải sản mỗi năm, phần lớn đều bị vứt ra bãi rác hoặc đổ xuống biển, chúng được xem là chất thải khó xử lý và phần lớn phải xử lý ở các bãi chôn lấp. đây không chỉ là việc tốn kém về kinh tế mà còn có hại cho môi trường sinh thái và gây ra sự lãng phí khổng lồ các vật liệu sinh học hữu ích. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Xác định một số chỉ tiêu trong vỏ - Xác định hàm lượng Ca: Cách tiến hành: + Cân khoảng 0,2g mẫu cho vào cốc thuỷ tinh 100ml. Tẩm ướt mẫu bằng nước. + Thêm từ từ 10ml HCl (1:1) đun đến khi tan trong. Lấy ra để nguội sau đó chuyển vào bình định mức (250ml) thêm nước cất, lắc đều. + Hút 10ml dung dịch đã định mức, thêm khoảng 1ml dung dịch NaOH 1N, thêm một ít chỉ thị murexit. + Dùng dung dịch EDTA 0,01M chuẩn độ đến khi dung dịch mất màu hồng chuyển sang màu tím. Ghi thể tích EDTA. Công thức tính kết quả: %Ca = (CV) ∗ D
m
∗ f ∗ 100% Trong đó: CEDTA: nồng độ đương lượng EDTA (N). V EDTA: thể tích EDTA tiêu tốn (ml). m mẫu: khối lượng vật liệu (g). f: hệ số pha loãng. - Xác định hàm lượng mất khi nung: Cách tiến hành:
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
348
KHOA H
ỌC
+ Cân 1g mẫu cho vào cốc đã được nung ở nhiệt độ 500 ± 50ºC để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng. + Đem chén nung có chưa mẫu đi nung ở nhiệt độ 500 ± 50ºC khoảng 1h - 1,5h. + Đem chén và mẫu để nguội trong bình hút ẩm rồi đem đi cân. Công thức tính kết quả: Lượng mất khi nung = 
x100% Trong đó: m: khối lượng vật liệu (g) - Độ tan trong axit: Cách tiến hành: + Đem mẫu sau khi được gia công. + Cân 2 - 5g mẫu, tẩm ướt bằng H2O. + Thêm từ từ 10ml HCl (1:1), khuấy đều. + Đun nhẹ trên bếp, để nguội. + Đem lọc phần cặn rồi sấy khô ở 105oC. Công thức tính kết quả: Độ tan trong axit quy về % khối lượng: 12mau(mm)
%*100%
m
Trong đó: m1, m2 là lượng cân trước và sau khi đun 2.2. Xây dựng đường chuẩn Cr6+ - Chuẩn bị dung dịch tiêu chuẩn có khoảng nồng độ tử 0,01mg/l đến 0,4mg/l. - Thêm vào mỗi cốc 0,5ml H2SO4 (1:1), 3 giọt H3PO4, 1ml dung dịch diphenylcarbazide, chuyển vào bình định mức 25ml, định mức nước cất đến vạch. - Để dung dịch khoảng 15 phút đem đi đo. Đo mật độ quang trên máy đo quang ở bước sóng là 540nm. Ghi lại kết quả, vẽ đồ thị đường chuẩn. 2.3. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ Vỏ sò, ốc biển được thu gom tại các quán ăn, bãi biển sau đó được xử lý sơ bộ bằng cách làm sạch, rửa sạch với nước. Rồi đem đi nung ở 5000C trong điều kiện kị khí (thiếu O2), sau đó tiếp tục rửa sạch với nước cất rồi để khô tự nhiên và nghiền, sàng đến kích thước 2mm. 2.4. Phân tích mẫu - Lấy mẫu Mẫu thí nghiệm được đựng vào lọ polyetylen được tráng rửa sạch; được dán nhãn thời gian, địa điểm, người lấy mẫu. Tiến hành thực hiện thao tác lấy mẫu: tráng lọ đựng mẫu bằng nước thải tại vị trí lấy mẫu 3 lần, rồi tiến hành lấy 2 lít mẫu nước thải. Lấy mẫu dưới mặt nước 25cm, các chai đựng mẫu đuwọc nhúng ngập trực tiếp vào nước để lấy mẫu, tuy nhiên tránh lấy lớp nước trên bề mặt trừ khi có yêu cầu đặc biệt về phân tích các chỉ tiêu dầu mỡ hay chất lỏng nhẹ hơn nước. - Xác định crom trong mẫu Chuẩn bị dung dịch mẫu: Hút chính xác 0,3ml mẫu. Thêm vào mỗi cốc 0,5ml H2SO4 (1:1), 3 giọt H3PO4, 1ml dung dịch diphenylcarbazide (5% trong axeton) Để dung dịch khoảng 15 phút đem đi đo. Đo mật độ quang ở 540nm. - Đánh giá khả năng hấp phụ crom của vật liệu: + Khảo sát ảnh hưởng của thời gian Cho mg vỏ của nhuyễn thể 2 mảnh vào 100ml mẫu, tiến hành khảo sát thời gian ở 0, 15, 30, 45, 60 phút. + Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng Cân lần lượt 20g, 40g, 60g vỏ của nhuyễn thể 2 mảnh vào 100ml mẫu, tiến hành khảo sát khối lượng của vật liệu trong khoảng thời gian tương ứng. + Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu Cân mg tối ưu vỏ của nhuyễn thể 2 mảnh vào 100ml mẫu, tiến hành hấp phụ trong khoảng thời gian tối ưu. Lọc dung dịch, hút 0,3ml mẫu đã lọc, chuyển vào bình định mức 25ml, định mức đến vạch thêm tiếp 0,5ml H2SO4 (1:1), 3 giọt H3PO4, 1ml dung dịch diphenylcarbazide 5%. Để dung dịch khoảng 15 phút đem đi đo. Đo mật độ quang ở 540nm. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả xác định một số nhuyễn thể 2 mảnh 3.1.1. Kết quả hàm lượng CaO - Vỏ sò: V = 7,05ml Khối lượng Ca tương ứng là: (.)..
ú . 0,25 = 70,5(mg) %CaO =
ẫ
. 100 = 35,25% - Vỏ hàu V = 5,95ml Khối lượng Ca tương ứng là: (.)..
ú . 0,25 =59,5(mg) %CaO = 
ẫ
. 100 = 29,75% 3.1.2. Kết quả lượng mất khi nung - Vỏ sò m ()= 34,509g; m ()= 34,494g Lượng mất khi nung: ,,
×100% = 1,5% - Vỏ hàu m ()= 34,544g; m ()= 34,523g Lượng mất khi nung: ,,
×100% = 0,9% 3.1.3. Kết quả độ tan trong axit - Vỏ hàu Độ tan trong axit =
×100% = ,
, = 80,32% - Vỏ sò Độ tan trong axit = 
×100% = ,
, = 59%
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 349
3.2. Bảng kết quả xây dựng đường chuẩn Bảng 1. Kết quả xây dựng đường chuẩn TN 1 2 3 4 5 6 7
C

(mg/l) 0 0,01 0,05 0,08 0,1 0,2 0,4 A 0 0,008 0,032 0,049 0,061 0,118 0,243 Hinh 1. Đồ thị đường chuẩn 3.3. Kết quả phân tích mẫu Hình 2. Kết quả khảo sát vật liệu hấp phụ vỏ sò tại 20g Hình 4. Kết quả khảo sát vật liệu hấp phụ vỏ sò tại 40g Hình 4. Kết quả khảo sát vật liệu hấp phụ vỏ sò tại 60g Hình 5. Kết quả khảo sát vật liệu hấp phụ vỏ hàu tại 20g Hình 6. Kết quả khảo sát vật liệu hấp phụ vỏ hàu tại 40g Hình 7. Kết quả khảo sát vật liệu hấp phụ vỏ hàu tại 60g Sau khi tìm được thời gian tối ưu là 15p khảo sát ảnh hưởng khối lượng: Bảng 2. Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vỏ sò STT M vật liệu
C Hiệu suất 1 0 0,3907 0,3907 0 2 20 0,3907 0,2687 31,45% 3 40 0,3907 0,2213 43,35% 4 60 0,3907 0,216 44,71% Bảng 3. Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vỏ hàu STT M vật liệu
C Hiệu suất 1 0 0,3907 0,3907 0 2 20 0,3907 0,2744 29,76% 3 40 0,3907 0,2329 40,38% 4 60 0,3907 0,226 42,155%
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
350
KHOA H
ỌC
4. KẾT LUẬN Quá quá trình nghiên cứu, nhóm tác giả đưa ra một số kết luận như sau: Hàm lượng Ca: vỏ sò (35,25%); vỏ hàu (29,75%). Hàm lượng mất khi nung: vỏ sò (1,5%); vỏ hàu (0,9%). Độ tan trong axit: vỏ sò (80,32%); vỏ hàu (59%). Hàm lượng Crom: hàm lượng ở cả 2 vỏ đều bằng 0. Xây dựng được đường chuẩn với phương trình đường chuẩn: y = 0,6012x + 0,001; hệ số R2 = 0,9996 Khảo sát khối lượng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ sò, vỏ hàu theo thời gian. Nhận thấy, khối lượng vật liệu hấp phụ. Tại 60g vật liệu, trong thời gian hấp phụ 15 phút, đạt hiệu suất tốt nhất là 44,71% (vỏ sò), 42,155% (vỏ hàu). Hiệu quả sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ sò, vỏ hàu trong các mẫu nước. Nhận thấy, trong các mẫu nước hiệu suất hấp phụ bằng các vật liệu trên đạt từ 41,77% - 44,71%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. DN Định, TT Hương, PTN Mai, NX Trung, 2015. Nghiên cứu sử dụng vật liệu vỏ trấu biến tính làm vật liệu chiết pha rắn kết hợp với phương pháp F-AAS để xác định lượng vết Crom. Tạp chí Phân tích hóa, lý và sinh học. [2]. Ngô Thị Thanh Hằng, 2021. Nghiên cứu xử lý Cr, Ni trong nước thải xi mạ bằng vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu. Tạp chí Khoa học Công nghệ và Thực phẩm 21 (4), 75-84 [3]. TCVN 9191: 20112, Đá vôi- Phương pháp phân tích hóa học. [4]. QCVN 40:2011/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải. [5]. Dampang Sarah, Purwanti Endah, Destyorini Fredina, Kurniawan Setyo Budi, Abdullah Siti, Imro, Muhammad, 2021. Analysis of Optimum Temperature and Calcination Time in the Production of CaO Using Seashells Waste as CaCO3 Source. Journal of Ecological Engineering, 22, 221-228. [6]. Nattasak Suwannasingha, Attawut Kantavong, Suriyan Tunkijjanukij Chakkapat Aenglong, Hong-Bing Liu, Wanwimol Klaypradit. Effect of calcination temperature on structure and characteristics of calcium oxide powder derived from marine shell was. College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China. [7]. Phạm Luận, 2014. Phương pháp phân tích phổ phân tử. NXB Bách Khoa Hà Nội. [8]. Trần Tứ Hiếu, 1999. Phân tích trắc quang. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội. [9]. Trần Quang Hải, Phạm Thị Mai Hương, Nguyễn Thị Thoa, Nguyễn Thị Thu Phương, 2013. Phân tích công cụ. Đại học Công nghiệp Hà Nội. [10]. TCVN 6222: 2008. Chất lượng nước, xác định Crom, Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. [11]. TCVN 6658: 2000. Chat luong nuoc xac định Crom VI, Phương pháp đo phổ. [12]. TCVN 12275: 2018 (iso 17075-1: 2017) về da - Xác định Crom (VI)- Phần 1: phương pháp đo màu. [13]. E. Pehlivan, et al, 2009. Lead sorption by waste biomass of hazelnut and almond shell. [14]. Mike Masukume, Maurice S, Onyango, Jannie P. Maree, 2014. Sea shell derived adsorbent and its potential for treating acid mine drainage. [15]. Nguyễn Trung Minh, 2011. Nghiên cứu chế tạo sản phẩm hấp phụ trên cơ sở nguyên liệu khoáng tự nhiên bazan, đá ong, đất sét để xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng và asen, Đề tài cấp Nhà nước. [16]. Nguyễn Thị Hằng Nga, 2014. Nghiên cứu khả năng xử lý asen trong nước ô nhiễm bằng sản phẩm đất phong hóa nhiệt đới. Hội nghị khoa học thường niên Đại học Thủy Lợi.