CHƯƠNG 1: TONG QUAN IJ. Kim loại nặng và sự anh hưởng 1. Các nguồn phát thải kim loại Sự phát triển của ngành công nghiệp trên toàn thế giới đã giúp cho tốc độ phát triển của các nước tăng nhanh, các tiến bộ vẻ mặt khoa học, kỹ thuật với nhiều nghiên cứu được phát triển. mục đích phục vụ cho con người về các mặt trong đời sông.
Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp đã kéo theo những hậu qua nặng nề đến môi trường tự nhiên, các nguồn khoáng sản, động thực vật và con người cũng chịu ảnh hưởng không it bởi những sự tản phá trên. Một trong những sự ảnh hưởng mạnh mẽ nhất của ngành công nghiệp đến môi trường là ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt hơn là nguồn nước ô nhiễm bởi các kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, gây ảnh hưởng đến môi trường thủy sinh va các môi trường xung quanh. Nguồn gây ô nhiễm đa số gây ra bới nước thải chưa xử lý hoặc xử lý sơ cấp của các nhà may sản xuất, nhiệt luyện kim loại. vào môi trường nước gan nhất (sông.) với các ion kim loại thường gặp là chì (Pb), arsenic (As), thủy ngân (Hg), chromium (Cr), nickel (Ni), barium (Ba), cadmium (Cd), cobalt (Co), selenium (Se), vanadium (V), kẽm (Zn).
Ngoài ra còn một số hoạt động khác như: sử dụng thuốc bảo vệ thực vật quá mức, lượng tồn du sẽ đi theo các lạch nước chảy ra sông; nước mưa chứa carbon dioxide hòa tan, khi các loại đá chịu ảnh hưởng của mưa, các kim loại trong đá (thường ton tại dạng mudi carbonate, sulfate.) sẽ hòa tan theo nước mua ngắm vào đất cũng góp phần gây ô nhiễm nguồn nước [1]. Nguồn phát thải của một số kim loại tiêu biểu Kim loại Nguồn phát sinh Trích dẫn Chromium Sản xuất hợp kim [3]-[5] Ma chromium Phan bon. Chi Ma kim loai {6]-{9] Sân tập bản (khu quân sự). Nha may hóa chat Đẻn huỳnh quan Thủy ngân (2), (10), 11) Chat thai bénh vién Nha may nhiét dién Cac qua trinh nau Cadmium Chat thai pin {2].
Chất thải nhiên liệu đốt. Sự ảnh hưởng của kim loại nặng đến con người Các kim loại sẽ ảnh hưởng rat lớn đến thực vật, động vật va con người hap thụ. Tiêu biểu nhất là con người, chịu ảnh hưởng nặng nẻ từ sự phát thai của các nhà máy, xi nghiệp, các hoạt động công nghiệp. Khi vào cơ thể con người, kim loại vả các chất độc khác sẽ được cơ thể đảo thải, loại bỏ.
Tuy nhiên, không phải kim loại nao cơ thể cũng có thé đảo thai và không thé đảo thải hoàn toan ra khỏi cơ thé. Vì vậy, các kim loại này sẽ ton tại trong cơ thể, néu con người thường xuyên tiếp xúc với nguồn phát thải kim loại. cơ thể sẽ tích tụ một lượng lớn kim loại gây ảnh hưởng đến hoạt động của các chức năng, đặc biệt nhất là gan và thận - hai cơ quan đảm nhiệm việc loại bỏ chất độc ra khỏi cơ thé, Lau dan theo thời gian, các ion kim loại sẽ ảnh hưởng đến các cơ quan vả phát sinh những căn bệnh từ nhẹ như ói mira, đau đầu. đến nặng như suy gan, suy thận, suy đa tạng.
Một số triệu chứng gây ra bởi các kim loại Rồi loạn chức năng thận Cadmium [2]. [15], [16] Loäng xương. bo Giảm tông hợp hemoglobin Roi loạn chức năng thận [2]. [21] Anh hưởng đền hệ thân kinh.
Say thai Mat trí nhớ [2]. Bệnh Wilson và Menkes Xơ gan [25]-127] Suy thận cấp tính Suy da tang. Các vật liệu hap phụ phổ biến Đề giảm thiểu sự phát thải kim loại ra môi trường bên ngoài, nhiều nhà máy, khu công nghiệp đã sử dụng nhiều phương pháp như phương pháp kết tủa hóa học [2§]-{30]. phương pháp điện phân [31]-[33], phương pháp trao đỏi ion [34]-[36].
phương pháp keo tụ [37]-[39] và một số phương pháp khác [40]-[43]. Những phương pháp kẻ trên thường tốn nhiễu chi phí dé mua các hóa chất, dụng cụ, thiết bị biện đại dé xử lý nước thải, cần phải có đội ngũ giàu kinh nghiệm và kiến thức về các phương pháp cũng như cách bảo quản các thiết bị dụng cụ xử lý nước thai [44], các phương pháp hóa học thường đưa vào nước đã được xử lý một lượng lớn các ion khác gây sự ô nhiễm ion lạ sau khi xử lý các ion kim loại có trong nước, những phương pháp xử lý trên chỉ hiệu quả đối với nguồn nước thải chứa hàm lượng kim loại lớn [43]. Vì vậy để xử lý hiệu quả các nguồn nước thải chứa ham lượng kim loại từ 10-100 mg/L, phương pháp được áp dụng 1a phương pháp hap phụ. Các vật liệu thưởng được sử dụng dé hap phụ.
Một số vật liệu hấp phụ phô biến Hàm lượng hap ph Trích Vật liệu Kim loại Er (mg/L) dan AsqI) Carbon hoạt tính Cu(I) | Cd() Zeolite Hg(II) Pb(II) Ca) L3. Vat liệu hap phụ: Cellulose bién tinh 1. Ưu điểm của cellulose biến tính Các vật liệu kẻ trên được sử đụng nhiều và có nhiêu hiệu quả, tuy nhiên các vật liệu này chi có khả nang hap phụ một vai kim loại, một số loại vật liệu có quy trình tông hợp phức tạp, cân có các thiết bị chuyên dụng sẽ không phù hợp với một số phòng thí nghiệm không có day đủ trang thiết bị [44], [52]. Vì vay, loại vật liệu mới được tìm ra va áp dụng đẻ hap phụ kim loại nặng trong nước là cellulose và dẫn xuất la chitosan, Cellulose dễ tìm kiếm nguồn vật liệu thô, quy trình sơ chế ban đầu đơn gián, không cần điều kiện phức tạp (về nhiệt độ, áp suất, khí tro), thân thiện với mdi trường va con người.
Cellulose tồn tại các nhóm -OH giúp cho hợp chat nay tạo ra các dẫn xuất khác nhau như ester, carbamte, ether, aldehyde,. Khả năng hấp phụ của cellulose qua các phương pháp điều chế Cellulose Phương pháp Kim loại hap phụ Hàm lượng (mg/g) Cu(II) Oxi hóa —_—_— mm J—m—_ Ca Co(II) 2.5 Zn(H) 12 Ether hóa Ghép bức xạ năng lượng Fe(III) 7 CdD) Pb(H) Cr(VD He(II) 138 (30°C)-210 (60°C) Cu(II) 39-104 Ni(II) Ghép hóa học Cđ(11) Pb(II) Co(II) bờ = Znq) b2 ~ OH Cellulose được lựa chọn nhiêu hon chitosan vì khả năng lay vật liệu thô từ tự nhiên là bông, lá cây, thân cây. để hon chitosan phải trích xuất từ nguồn nguyên liệu là vỏ tôm, cua. với quy trình phức tạp, ton nhiều chi phí và xác suất tạo thành chitosan ít hon cellulose.
Hai nhóm -OH ở vị trí C2-C3 của cellulose giúp cho phản ứng oxi hóa tạo thành nhóm -CHO dé dang hơn so với chitosan có hai nhóm -OH ở vị trí C3-C§. Vì thé, cellulose thường được ngưng tụ với các hợp chất hữu cơ dé từ đó tạo phức bén với các ion kim loại. Trên thé giới, cellulose còn được cải thiện tinh chất bằng các tác nhân khác nhau [44]. Một số tác nhân biến tính trên cellulose Tác nhân bien tính Năm nghiên cứu Acrylonitrile = 1995 Hydroxylamine Bột gỗ Succinic anhydride 2000 Citric acid 2004 Sodium metaperiodate Sodium metaperiodate Hydroxamic acid Cellulose : Cysteine Acrylamide Acrylic acid Acrylamide than cay hoa Succinic anhydride huéng duong, ba Urea mia Hydroxylamine Acrylonitrile 1.
Thiosemicarbazide cellulose Dé biến tinh cellulose, một tác nhân khác được sử dung là thiosemicarbazide. Cellulose biến tính sẽ có nhóm C=S, tạo liên kết bền với các kim loại trong nước. Các tác nhân thiosemicarbazide bao gồm có nhóm thé và không nhóm the. 6 Thiosemicarbazide không nhóm thế [52].
Thân cây ngô Muỗi Natri của carboxymethyl cellulose Cd(1I) 279.93 mg/g Epoxy cellulose Hg(II) 505.04 mg/g Xơ polyacrylonitrile Pb(H) 194.77 mg/g Thiosemicarbazide có nhóm thẻ [57]-{59]. Một số cellulose biến tính của thiosemicarbazide có nhóm thé Auq) 140 mg/g (Hai vật liệu khác 198.64 mg/g Bong Cd(I) 92.32 mg/g Vì những lý do trên, trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn vật liệu thô là bông Án Độ (Gossypium hirsutum L.) với tác nhân biến tính là N(4)-morpholinothiosemicarbazide dé tạo ra một vật liệu mới có kha năng hap phụ ion kim loại. Mục tiêu nghiên cứu - Loại bông An Độ này có các tinh chất khác so với các loại bông ở các báo cáo, nên quy trình oxi hóa bông bằng KIO« được khảo sát xúc tác, pH, thời gian, nhiệt độ, ti lệ khỏi lượng, nòng độ NaCl dé tìm điểm tôi ưu trong từng biến. - Tiếp đến, vì đây là tác nhân biến tính mới được ngưng tụ với cellulose.
Vi vậy, khảo sat đơn biến với các biến là thời gian, nhiệt độ, thời gian dé tìm ra điểm tôi ưu trong từng biến. - Sau đó, khảo sát các đơn biến của quá trình hấp phụ của vật liệu với kim loại Cu(II) qua các biến nhiệt độ, thời gian, pH, tốc độ lắc dé tìm ra điểm tối ưu trong từng biến. - Sau khi xác định các đơn biến của quá trình hap phụ, khảo sát các phương trình động học, nhiệt động, bậc phản ứng được tiễn hảnh. Sau đó là khảo sát quá trình giải hap va tái hap phụ.
-Tat cả sản phẩm của cellulose đều được do pho FT-IR, SEM, XRD, BET, TGA và các dung dich đều được đo mật độ quang dé đối chứng lại. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị Sodium hydroxide, hydrogen peroxide 30%, hydrochloric acid 36.5%, potassium iodide, potassium permangate, potassium hydroxide, soidum hydroxide, sodium chloride, hỗ tinh bột, sodium thiosulfate pentahydrate, boric acid (rắn), acetic acid đặc, phosphoric acid đặc, sulfuric acid đặc, carbon disulfide, ammonia, hydrazine hydrate, ethanol, copper sulfate pentahydrate, ethyl acetate: Xilong — Trung Quốc, potassium iodate: BDH — Anh, morpholine, natri chloroacetate; Sigma-Aldrich — Mỹ, bông An Độ: Nhà kho GLE Logistic, TPHCM, VN. Binh cầu chịu nhiệt S00 mL, cốc 250 mL, hệ thông sinh han, erlen 100 mL, S00mL, buret 25 mL, ông dan khí, máy khuấy tir, bẻ điều nhiệt, máy đo pH cam tay (Winlab), cân kỹ thuật, giấy lọc, hệ thông lọc chân không, bếp điện, nhiệt kế. Tẩy rửa bông thô 3,0 g bông thô, 6.0 g NaOH được cho vào bình cầu chịu nhiệt 500 mL chứa 300 mL nước, khuấy đều và được đun ở 100°C trong 2.
Sau đó, đồ hết phan dung dịch trong bình câu, cho 20 mL HạO: 30% vào bình cầu, dun ở 100°C trong 30 phút. Sau đó, bông được lọc va ngâm trong dung dịch HCI 0.1M tại nhiệt độ 25°C trong 2. Sau đó, bông được lọc và rửa lại nhiều lần bang nước, say khô ở nhiệt độ 70°C, thu được bông sạch (TCR). Điều chế KIO; KI + 8KOH + 4Chk > §KCI + KIO¿ + 4H20 10 g KI, 20 g KOH cho vào cốc 100 mL chứa 60 mL nước, được khuấy bang máy khuấy từ.
Cho KMnOy vảo erlen có ông dẫn khí, có gắn với buret chứa HCI đặc. Dẫn khí sinh ra vào cốc 100 mL trong 3. Kết tủa được dé lắng, lọc và say khô ở nhiệt độ 70°C. Oxi hóa bông Bw | Mery 7 8:1 \.