Chương 1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ 1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng Quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa thúc đẩy sự hình thành các khu công nghiệp, khu chế xuất. Gắn liền với sự phát triển các khu công nghiệp là vấn đề gia tăng ô nhiễm môi trường.
Trong đó, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng cũng đang là một trong những vấn đề cấp thiết, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, sức khỏe và sinh hoạt của người dân. Kim loại nặng độc hại phát tán vào môi trường ngày càng tăng. Nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt của người dân chưa được xử lý hoặc xử lý không triệt để vẫn đang hàng ngày thải ra môi trường nước; Các khu công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, mạ kim loại, khai thác mỏ hoạt động cũng gây ảnh hưởng đến môi trường; Bên cạnh đó hàng trăm làng nghề thủ công như: đúc đồng, xử lý nhôm, chì,. cũng chưa có các biện pháp xử lý nước thải hiệu quả trước khi thải ra ngoài môi trường.
Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước gần các khu công nghiệp đều xấp xỉ hoặc vượt quá giới hạn cho phép. Không giống như các chất ô nhiễm hữu cơ, các ion kim loại nặng không phân hủy thành sản phẩm cuối cùng vô hại [1, 3]. Tác động sinh hóa của ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đối với con người Hầu hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng của chúng vượt quá giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, gây ra những tác động hết sức nguy hại đến sức khỏe con người và sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước là nước thải có chứa các ion kim loại nặng của các khu công nghiệp, khu chế xuất thải ra môi trường. Một số hợp chất kim loại nặng khi thải ra môi trường bị tích tụ và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại nặng thường xâm nhập vào cơ thể theo chu trình thức ăn.
Ngoài ra còn thông qua Luận văn tốt nghiệp 2 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học con đường hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức khỏe của cong người và sinh vật. Về mặt sinh hóa, các ion kim loại có ái lực lớn với nhóm -SH, -SCH3 của các nhóm enzym trong cơ thể. Vì thế khi xâm nhập vào cơ thể nó làm cho các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein trong cơ thể theo phương trình phản ứng sau: SH S + M2+ M +2H+ Enzym Enzym SH S 1. Crom là một kim loại cứng nhưng lại rất dễ rèn, có màu xám với độ bóng và nhiệt độ nóng chảy cao.
Các trạng thái ôxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, trong đó trạng thái +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái ôxi hóa +6 là những chất có tính ôxi hóa mạnh. Trong không khí, crom được ôxy thụ động hóa, tạo thành một lớp mỏng oxit bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn quá trình oxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới nên được sử dụng chủ yếu trong ngành luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt.
Trong nước Crom nằm ở hai dạng Cr(III) và Cr(VI); Crom xâm nhập vào nguồn nước từ nước thải của các nhà máy công nghiệp nhuộm len, công nghiệp mạ, thuộc da, sản xuất gốm sứ, chất nổ. Nhìn chung, sự hấp thụ của Crom vào cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó. Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thụ) và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr(III) chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr(VI) lên tới 50%.
Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Crom nhất. Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc trực tiếp với da. Con đường xâm nhập, đào thải Crom ở cơ thể người chủ Luận văn tốt nghiệp 3 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học yếu qua con đường thức ăn, Cr(VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư, tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm kết tủa các protein, các axit nuclêic và ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào Crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l; sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu 10 ÷ 20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu.
Từ các cơ quan phủ tạng Crom hoà tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm. Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr6+ nhiều hơn Cr3+ nhưng độc tính của Cr6+ lại cao hơn Cr3+ gấp khoảng 100 lần. Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng crom tới 0,7µg/ml (hàm lượng tối đa cho phép là 0,5µg/ml), mà chủ yếu ở dạng Cr(VI) có độc tính với nhiều loại động vật có vú. Cr(VI) dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây độc đối với con người.
Nếu Crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1mg/l gây rối loạn sức khoẻ như nôn mửa, … Khi thâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm –SH trong enzym và làm mất hoạt tính của enzym gây ra rất nhiều bệnh đối với con người: + Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da. Bề mặt da là bộ phận dễ bị ảnh hưởng. Niêm mạc mũi dễ bị loét, phần sụn của vách mũi dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương.
Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên, kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hoá. + Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi). Khi ở dạng CrO3 hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm.
+ Nhiễm độc Crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư Luận văn tốt nghiệp 4 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim, … Các tác giả Langard và Vigander đã kiểm tra các công nhân NaUy làm việc trong các nhà máy sản xuất màu Crom có nồng độ Cr(VI) là 0,05mg/m3 phát hiện rằng khả năng liên quan đến ung thư phổi cao hơn người bình thường 44 lần. Nghiên cứu những người công nhân làm việc ở nhà máy sản xuất chất màu New Jersey chỉ ra rằng những người công nhân làm việc 2 năm thì khả năng mắc bệnh cao hơn 1,6 lần và nếu 10 năm thì khả năng này là 1,9 lần so với người bình thường. Niken là kim loại có màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Niken nằm trong nhóm sắt từ.
Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lưu huỳnh trong quặng niken. Ở điều kiện bình thường, nó trơ với oxi trong không khí nên thường được dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v., cho các thiết bị hóa học, và trong một số hợp kim như bạc Đức (German silver). Niken là một nguyên tố cần thiết cho vi sinh vật và thực vật để thực hiện các phản ứng quan trọng của sự sống.
Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử,. Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải công nghiệp, hoặc bùn thải. Niken xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường hô hấp, nó gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu tiếp xúc nhiều với niken sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận.
Da tiếp xúc với niken sẽ gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng,. Nồng độ Niken trong nước uống tối đa cho phép là 0,02 mg/l. Đồng Luận văn tốt nghiệp 5 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Đồng (Z = 29) là nguyên tố thuộc nhóm IB trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron là: [Ar] 3d104s1. Đồng là một kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt cao.
Đồng được phân bố rộng rãi trong tự nhiên và là nguyên tố vi lượng quan trọng, cần thiết cho các loài động vật, thực vật bậc cao. Đồng được tìm thấy trong một số loại enzym như: oxidaza, tirozinaza, uriaza, citocrom oxidaza và galactoza. Trong nước đồng kìm hãm sự sinh trưởng của tảo ngay cả nồng độ thấp. Thực vật mẫn cảm với đồng hơn động vật.
Nước có hàm lượng 1 µg/l đã gây ô nhiễm đối với thực vật, trong khi đó với cá tới 3 µg/l mới gây độc. Đồng tồn tại trong nước dưới dạng phức như phức đồng với axit humic, các phức đồng ít độc đối với động thực vật thủy sinh. Đồng xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đường ăn uống, lượng đồng đi vào cơ thể từ thực phẩm khoảng 1-3 mg/ngày. Các muối đồng gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc.