Chương 1 – TỔNG QUAN 1. Khái quát về Mangan 1. Tính chất vật lý và tính chất hóa học Mangan là một kim loại màu trắng bạc, có kí hiệu Mn và có số hiệu nguyên tử 25. Mangan có một số dạng thù hình khác nhau về mạng lưới tinh thể và tỉ khối, bền nhất ở nhiệt độ thường là dạng α với mạng lưới lập phương tâm khối.
Mangan rất cứng và rất dễ vỡ nhưng dễ bị oxi hóa. Các trạng thái oxi hóa phổ biến nhất của Mangan là +2, +3, +4, +6 và +7. Trong đó, trạng thái ổn định nhất là Mn+2. Mangan là kim loại tương đối hoạt động.
Nó dễ bị oxi hóa trong không khí bởi các chất oxi hóa mạnh như O2, F2, Cl2 và tham gia phản ứng với dung dịch các axit loãng như HCl, H2SO4 nhưng lại thụ động trong dung dịch HNO3 đặc, nguội. Những ứng dụng chính của mangan và các hợp chất của mangan Ứng dụng lớn nhất của mangan là trong công nghiệp sản xuất sắt, gang, hợp kim thép, nhất là trong việc chế tạo thép không gỉ. Ứng dụng lớn thứ hai của mangan là sản xuất các hợp kim nhôm. Các hợp chất của mangan được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: điện tử, làm sạch, khử màu, tẩy uế… 1.
Vai trò của mangan đối với sự sống Mangan là một nguyên tố cần thiết cho tất cả các loài. Trong cơ thể người, mangan là thành phần của nhiều enzym đồng thời góp phần kích hoạt các enzym khác, tham gia vào một số quá trình như: tổng hợp axít béo và chlesterol, sản xuất hooc môn giới tính. Ở động vật thí nghiệm, thiếu mangan dẫn đến chậm tăng trưởng, bất thường xương, gây sai sót trong quá trình chuyển hóa cacbohydrat và chất béo. Mangan cũng đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp lignin, chuyển hóa axít thephenolic và trong quá trình quang hợp ở thực vật.
Vấn đề ô nhiễm Mangan tới nguồn nước Mangan có mặt trong hơn 100 loại khoáng khác nhau. Thông qua quá trình rửa trôi, phong hóa của đất đá và các hoạt động của con người mangan sẽ được tích tụ trong các nguồn nước khác nhau như ao, hồ sông, suối, biển… gọi chung là nước bề mặt rồi từ nước bề mặt mangan sẽ được ngấm vào những mạch nước trong lòng đất mà ta gọi là nước ngầm. Đó là lí do vì sao mangan nói riêng và nhiều nguyên tố kim loại nặng nói chung hiện nay đã có mặt trong nguồn nước ngầm của nhiều quốc gia trên thế giới. Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình là 0,58mg/l, hàm lượng này phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: địa hóa của khoáng vật, điều kiện hóa học của nước và hoạt động của các vi sinh vật.
Ở hàm lượng cao hơn 0,15mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần áo. Ngay cả khi nồng độ mangan < 0,02mg/l thì nó có thể tạo ra lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy bồn chứa.Sự có mặt của mangan ở nồng độ thấp trong các nguồn nước tự nhiên là cần thiết cho sức khỏe của con người. Tuy nhiên, ở nồng độ cao, mangan lại gây ra nhiều tác động tiêu cực. Dựa trên những số liệu về nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe của mangan, các tổ chức và quốc gia đã đưa ra các tiêu chuẩn về mangan trong nước ăn uống khác nhau.
Lượng Mn cho phép đưa vào cơ thể trong các nguồn thực phẩm, nước uống và không khí tính theo ngày là: Bảng 1. Lượng Mn cho phép đưa vào cơ thể Nồng độ trung bình Khoảng giới hạn (mg/kg) (mg/kg) Thức ăn 3,0 2–7 Nước uống 0,05 0–1 Không khí 0,02 0 – 0,029 (Canada Health, Manganese, Updated November 1987) Tình trạng ô nhiễm mangan trong nước ngầm đang xảy ra tại nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó đáng chú ý nhất là ở Băng-la-đét, Cam-pu-chia và đồng bằng sông Mê-kông. Có thể nói rằng đối với Băng-la-đét đây thực sự là một thảm họa. Tầng ngậm nước nông là nguồn cung cấp nước ăn uống chính cho một lượng lớn dân cư (khoảng 140 triệu người) ở vùng ngoại ô và vùng đô thị.
Tuy nhiên, điều đáng lo ngại hiện nay là trong một cuộc khảo sát được tiến hành gần đây đã cho kết quả hơn một nửa số giếng ở Băng-la-đét có nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép về mangan và sắt. Nồng độ mangan trong 3534 mẫu nước ngầm dao động trong khoảng từ < 0,001 mg/L đến 9,98 mg/L. Giá trị trung bình và trung vị lần lượt là 0,554 mg/L và 0,287 mg/L. 27% số mẫu có nồng độ nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép của Băngla-đét (0,1 mg/L).
32% số mẫu có nồng độ mangan trong khoảng 0,1 -0,4 mg/L. 25% số mẫu có nồng độ trong khoảng 0,4 - 1,0 mg/L. 17% số mẫu có nồng độ mangan > 1,0 mg/L và 10 mẫu có nồng độ mangan vượt quá 5 mg/L [1]. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước hiện nay là một điểm nóng đối với đồng bằng châu thổ sông Mê-kông rộng lớn (diện tích khoảng 62000km2), 50% số giếng có nồng độ mangan vượt quá tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4mg/L).
Khoảng 2 triệu người dân sinh sống ở đây đang chịu sự ô nhiễm từ những nguồn nước ngầm không qua xử lí. Nồng độ mangan cao cũng được tìm thấy trong nước ngầm ở một số quốc gia khác như: Ghana, Thụy Điển, Newzealand, Hà Lan…Như vậy, ô nhiễm nước ngầm nói chung và ô nhiễm mangan nói riêng đang trở thành vấn đề mang tính thời sự, toàn cầu. Con người không thể sống thiếu nước. Vì vậy, với việc sử dụng tài nguyên nước ngầm như hiện nay thì nguy cơ phơi nhiễm mangan, gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người là rất lớn.
Do đó, các các nhà khoa học trên thế giới khuyến cáo cần phải tiếp tục điều tra nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm mangan trong nước một cách sâu rộng hơn nữa. Ở Việt Nam, các tầng nước ngầm của đồng bằng sông Hồng và sông Mê-kông đang được khai thác trên quy mô lớn để sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt. Hiện nay, có khoảng 17,3 triệu người đang sống ở đồng bằng sông Cửu Long và khoảng 19,8 triệu người đang sống ở đồng bằng sông Hồng [2]. Song nguồn nước ngầm ở các khu vực này đang đe dọa sức khỏe hàng triệu người do ô nhiễm mangan.
Tuy nhiên, những nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm mangan trong nước ngầm hoặc trong nước giếng khoan tại Việt Nam hiện nay còn khá hạn chế. Agusa và cộng sự (2005) đã tìm thấy nồng độ asen, mangan và bari cao khi phân tích 25 mẫu nước giếng khoan tại 2 huyện vùng ngoại ô Hà Nội là Gia Lâm và Thanh Trì. Giá trị trung vị của nồng độ mangan ở cả Gia Lâm và Thanh Trì đều lớn hơn 1 mg/L, 76% số mẫu nước ngầm có nồng độ mangan cao hơn tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L). Một tỉnh khác ở đồng bằng sông Hồng là Hà Nam cũng đã ghi nhận thấy sự ô nhiễm mangan trong nước.
66 mẫu nước ngầm được thu thập ở 4 xã Vĩnh Trụ, Nhân Đạo, Bồ Đề, Hòa Hậu. Điều đáng nói ở đây là hơn 70% số mẫu nước ngầm có nồng độ mangan vượt quá qui chuẩn cho phép trong nước ăn uống của Việt Nam (0,3 mg/L). Tình trạng ô nhiễm nước ngầm ở đồng bằng sông Mê-kông, miền nam Việt Nam có phần nặng nề hơn so với đồng bằng sông Hồng. Một nghiên cứu đã được tiến hành vào năm 2007 - 2008 tại 4 tỉnh An Giang (n=107), Đồng Tháp (n=86), Kiên Giang (n=122) và Long An (n=89) với tổng số mẫu thu thập được là 404 mẫu.
Khoảng nồng độ mangan trong nước thay đổi từ < 0,01 mg/L đến 14 mg/L. Trong đó, khi xét chung toàn đồng bằng thì 74% số mẫu nước ngầm có nồng độ > 0,05mg/L. Tình hình ô nhiễm ở các tỉnh cũng rất khác nhau. Hơn một nửa số mẫu ở An Giang và Đồng Tháp có nồng độ mangan > 0,05mg/L.
Phần trăm số mẫu không an toàn về asen hay mangan ở An Giang và Đồng Tháp lần lượt là 93% và 76% [3]. Mangan đối với cơ thể con người 1. Sự hấp thụ và chuyển hóa mangan trong cơ thể người Mangan được hấp thụ vào cơ thể người thông qua 3 con đường: hô hấp, tiếp xúc và tiêu hóa. Trong đó, sự hấp thụ qua đường hô hấp là nhanh nhất, thường xảy ra với những công nhân làm việc tại các khu công nghiệp sản xuất gang thép và chế tạo ắc qui.
Còn đối với con người nói chung, mangan được hấp thụ thông qua ăn uống là chủ yếu. Sự hấp thụ mangan liên quan tới một số yếu tố như: hàm lương sắt, can xi trong thực phẩm, chất tanin trong trà, các loại thức ăn xơ…Sau khi được hấp thụ mangan sẽ được vận chuyển qua máu đến các cơ quan trong cơ thể. Hàm lượng mangan cao nhất thường được tìm thấy trong xương, gan, cật, tụy, tuyến thượng thận, các mô giàu ti thể và sắc tố [4]. Sự tập trung hàm lượng mangan thấp nhất là ở mỡ.
Trong cơ thể người, mangan có thể tồn tại ở một vài trạng thái oxi hóa trong các hợp chất phức hoặc ở dạng ion tự do. Sau khi thực hiện các quá trình trao đổi chất, mangan được thải loại ra khỏi cơ thể qua: phân, nước tiểu, mồ hôi, tóc và sữa mẹ. Nhiễm độc mangan và những ảnh hưởng tới sức khỏe con người Hầu hết các trường hợp nhiễm độc mangan xảy ra đối với công nhân công nghiệp làm việc trong các nhà máy sản xuất gang thép hoặc trong các khu khai thác mỏ. Mangan được hấp thụ vào cơ thể thông qua hô hấp sẽ làm tổn thương phổi với các mức độ khác nhau như: ho, viêm phế quản cấp tính, viêm cuống phổi, ù tai, run chân tay và tính dễ bị kích thích.
Các nghiên cứu của các nhà khoa học tại khu khai thác mỏ thuộc Molango de Escamilla- Mexico cho thấy rằng môi trường tiếp xúc có chứa nhiều bụi Mn làm suy yếu sức khỏe và sự chú ý ở người lớn tại khu vực này. Sự nhiễm độc mangan cũng xuất hiện khi con người sử dụng nguồn nước ăn uống có nồng độ mangan cao trong một thời gian dài. Một cậu bé 10 tuổi dùng nước sinh hoạt có nồng độ mangan cao gấp 3 lần so với tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L) trong thời gian 5 năm có biểu hiện khả năng ghi nhớ dưới mức trung bình. Nhiễm độc mangan từ nước uống làm giảm khả năng ngôn ngữ, giảm trí nhớ, giảm khả năng vận dụng sự khéo léo của đôi tay và tốc độ chuyển động của mắt.
Phơi nhiễm mangan lâu dài (hơn 10 năm) đã dẫn đến những triệu chứng thần kinh không bình thường ở người cao tuổi (n=77) miền Tây Bắc Peloponnesos, Hy Lạp.