MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật và cuộc sống của con người được nâng cao, thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều, nhưng sự ô nhiễm môi trường nước càng xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn. Các nguồn gây ô nhiễm của nước là do chính các hoạt động của con người. Một trong những nguồn chất thải bị ô nhiễm nguồn nước đó là từ các khu công nghiệp như ngành luyện kim, thuộc da, chế biến lâm, hải sản. hay trong nông nghiệp từ việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, sự đào thải của động, thực vật.Vì vậy vấn đề nghiên cứu tìm kiếm công nghệ, phương pháp để ngăn chặn và sử lý sự ô nhiễm môi trường đang diễn ra mạnh mẽ và tích cực, đặc biệt với các chất gây độc ở hàm lượng nhỏ.
Crom là nguyên tố giữ vai trò quan trọng đối với sự sống. Nồng độ thấp nó là chất dinh dưỡng vi lượng cơ bản đối với con người và động vật, nhưng ở nồng độ cao và đặc biệt Crom ở dạng Cromat là trong những tác nhân gây bệnh ung thư. Trong tự nhiên Crom tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất có các mức oxi hoá Cr3+ và Cr6+. Độc tính của Cr(VI) là rất nguy hiểm ngay cả ở hàm lượng nhỏ.Theo tiêu chuẩn Việt Nam,hàm lượng cho phép của Crom trong nước thải đối với Cr(III) và Cr(VI) là : 1 mg/l và 0,1 mg/l.
Nếu hàm lượng Crom dưới giới hạn này đòi hỏi phải có các phương pháp phân tích có độ nhạy cao. Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về phương pháp xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường, như phương pháp kết tủa, trao đổi ion.Các phương pháp này khá tốn kém và gây bùn thải lớn. Những năm gần đây, phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ ( VLHP) chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên hay phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, lỏi ngô, chitin và chitosan, vỏ trấu. đã được nghiên cứu và sử dụng trên thế giới.
So với các phương pháp hóa học kể trên thì phương pháp này có ưu điểm là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích quang học để đánh giá khả năng hấp phụ Crom (VI) và Crom(III) của vỏ trấu biến tính” 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.Giới thiệu về Crom 1. Nguồn gốc, đặc điểm và cấu tạo Crom là nguyên tố thuộc chu kỳ 4, nhóm VIB. Crom có khối lượng nguyên tử là 51,996 đvC.
Crom có số thứ tự 24 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Cấu hình electron của Crom là: 1s22s22p63s23p63d54s1. Crom có số oxi hóa 0,+1,+2,+3,+4,+5 và +6, trong đó số oxi hóa đặc trưng nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6 .Một đặc điểm nổi bật của crom cũng như các nguyên tố nhóm VIB là khả năng tạo nên những anion của poliaxit. Trong vỏ quả đất crom chiếm 6.10-3 % về khối lượng[11], khoáng vật chủ yếu là quặng sắt cromit [ FeCr2O4 hay FeO.
Ở Việt Nam có khoáng sản cromit ở Cổ Định ( Thanh Hóa). Trong cơ thể sống, chủ yếu là thực vật có chứa khoảng 10-4% crom về khối lượng, tong nước của đại dương(mg/1 l nước biển) có 5. Trong nước tự nhiên Crom tồn tại ở dạng là Cr(III) và Cr(VI) - Cr(III) thường tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2+ và Cr(OH)4-. - Cr(VI) thường tồn tại ở dạng CrO42- và Cr2O72-.
Crom là nguyên tố vi lượng không cần thiết lắm cho cây trồng nhưng nó lại là nguyên tố cần thiết cho động vật ở một giới hạn nhất định, nếu hàm lượng của nó vượt quá giới hạn nhất định nó sẽ gây độc hại. Crom đã được tìm thấy trong RNA của một vài sinh vật với một khối lượng nhỏ. Sự vắng mặt của Crom trong sinh vật có thể dẫn tới sự suy giảm độ bền protein liên hợp. Nhưng nếu vượt quá giới hạn cho phép Crom lại gây độc với động vật [33].
Các hợp chất quan trọng của Crôm 1. Hợp chất Cr(II) Crom(II) Oxit là chất bột màu đen, Crom(II) hidroxit là chất ở dạng kết tủa vàng, các muối Crom(II) khi tan trong nước cho ion hidrat hóa [Cr(H2O)6]2+ có màu xanh lam. Các muối Cr(II) là chất khử mạnh, dễ bị oxi hoá bởi oxi không khí: 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hợp chất Cr(III) Cr(III) Oxit có màu đen ánh kim và là hợp chất bền nhất của Crom, Crom(III) hidroxit là chất kết tủa nhầy, màu lục nhạt, người ta biết được nhiều muối crom(III) những muối này độc với con người.Muối crom(III) trong dung dịch cũng như trong tinh thể hidrat có màu tím đặc trưng.
Cr2O3 trơ về mặt hóa học nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong nước, dung dịch axit và kiềm. Tính lưỡng tính của Cr2O3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay Kali đihidrosunfat: Cr2O3 + 2KOH → 2KCrO2 + H2O (Kali cromit) Cr2O3 + 6KHSO4 → Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O Cr(OH)3 có tính chất giống như Al(OH)3 không tan trong nước và là chất lưỡng tính. Khi mới điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm: Cr(OH)3 + 3H3O+ → [Cr(H2O)6]3+ Cr(OH)3 +OH- + 2H2O → [Cr(OH)4(H2O)2]- Cr(OH)3 tan không đáng kể trong dung dịch NH3 nhưng tan dễ dàng tan trong amoniac lỏng tạo thành phức hexaamin. Cr(OH)3 +6NH3 → [Cr(NH3)6](OH)3 Trong môi trường axit, ion Cr3+ có thể bị khử đến Cr2+ bởi kẽm hay hỗn hống kẽm.
Nhưng trong môi trường kiềm nó có thể bị H2O2, PbO2, nước Clo, nước Brom oxi hóa đến Crommat: 2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 → 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O Muối crom(III) thường tạo nên muối kép, một muối kép dùng để thuộc da và làm chất cắn màu khi nhuộm vải là phèn crom-kali K2SO4. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngoài ra, Muối crom(III) còn dễ bị oxi hóa lên Crom(VI) bằng persunphat trong môi trường axit,có Ag+ làm xúc tác. 2 Cr3+ + 3 S2O82- + 7H2O → Cr2O72- + 6 SO42- + 14H+ 1. Hợp chất Cr(VI) Crom(VI) oxit hay crom trioxit là những tinh thể hình kim màu đỏ thẩm,hút ẩm mạnh và rất độc đối với người.
Crom(VI) oxit (CrO3) là chất oxi hóa mạnh, nó oxi hóa được I2, S, P, C, CO, HBr… và nhiều chất hữu cơ khác. Trong dung dịch tồn tại cân bằng giữa hai dạng Cromat và đicromat: Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ (Da cam) (vàng) Muối Cromat và đicromat là những chất oxi hóa mạnh, tính chất này thể hiện rất rõ trong môi trường axit: Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O Những muối Cromat và đicromat thường gặp là: Na2CrO4, K2CrO4, PbCrO4, NiCrO4, ZnCrO4; K2Cr2O7, Na2Cr2O7 và (NH4)2Cr2O7. Trong đó các muối PbCrO4, ZnCrO4, NiCrO4 được dùng nhiều trong công nghệ chất màu, sơn, mạ[22]… Ở trạng thái rắn,Kali cromat và Kali đicromat có thể oxi hóa S,P,C khi đun nóng: K2Cr2O7 + 2C → K2CO3 + Cr2O3 + CO Bởi vậy, K2Cr2O7 được dùng làm thành phần của thuốc đầu diêm, ngoài ra K2Cr2O7 còn được dùng để thuộc da và điều chế một số hợp chất của crom. Trong nước thải mạ điện Cr(VI) có mặt ở dạng anion như Cromat (CrO42-); đicromat (Cr2O72-) và bicromat (HCrO4-).
Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ Crom mà Cr(VI) tồn tại với hằng số cân bằng sau: H2CrO4 H+ + HCrO4- pK1 = 6,15 HCrO4- H+ + CrO42- pK2 = 5,65 2HCrO4- Cr2O72- + H2O pK3 = 14,56 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Độc tính của Crôm Crom có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…) nên được sử dụng rộng rãi. Vì vậy mà tác hại của nó gây ra ngày càng nhiều. Kết quả nghiên cứu cho thấy Cr(VI) dù chỉ với một lượng nhỏ cũng là nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghiệp.
Crom là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnh ung thư[1]. Crom thường tồn tại ở hai dạng ion chính là Cr hoá trị +3 và +6. Sự hấp phụ của Crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó. Cr(VI) hấp phụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) và có thể thấm qua màng tế bào, Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, ung thư phổi.
Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: Hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc trực tiếp. Qua nghiên cứu, người ta thấy Crom có vai trò sinh học như chuyển hoá glucozơ, tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm kết tủa protein, các axít nucleic gây ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì con đường nào Crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001 ppm, sau đó chúng được chuyển vào hồng cầu và hoà tan trong hồng cầu nhanh 10 - 20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng, phần còn lại được chuyển qua nước tiểu. Nhiễm độc crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan,viêm thận, ung thư phổi, viêm thận, đau răng, gây độc cho hệ thần kinh và tim.
Những công việc có thể gây nhiễm độc crom như: công nghiệp mạ, thuộc da, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, sản xuất gốm sứ, thuỷ tinh…. Tóm lại, hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và Crom nói riêng đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Chính vì vậy, việc xác định hàm lượng và loại bỏ Crom là cần thiết nhằm đảm bảo có nước sạch cho sinh hoạt, cho sản xuất và làm trong sạch môi trường. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các tiêu chuẩn Việt Nam Trong các tiêu chuẩn Việt Nam cũng có tiêu chuẩn mặt nước, nước ngầm, nước thải công nghiệp nói chung[17]. Tuy nhiên, do đặc thù của từng ngành công nghiệp có khác nhau, nên trong tương lai sẽ có tiêu chuẩn để đánh giá nước thái cho từng ngành công nghiệp được ban hành. Chỉ tiêu Crôm trong nƣớc thải công nghiệp (5945 - 1995) Giá trị giới hạn Thông số Đơn vị A B C Crôm (VI) ppm 0,05 0,1 0,5 Crôm (III) ppm 0,2 1 2 Trong đó: - Cột A: Nồng độ tối đa cho phéo đổ vào các khu vực nước dùng làm nguồn cung cấp nước sinh hoạt. - Cột B: Nồng độ tối đa cho phép chỉ được đổ vào khu vực nước dùng cho các mục đích giao thông, thủy lợi, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản.
- Giá trị quy định tron cột B < giá trị nồng độ Crôm trong nước thải ≤ giá trị quy định trong cột C: Chỉ được cho phép đổ vào nơi quy định.