MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế ở các nước do vậy vấn đề ô nhiễm môi trường, nguồn nước đang trở thành vấn nạn của nhiều quốc gia. Ở nước ta, quá trình phát triển các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và sản xuất công nghiệp, góp phần hình thành các khu đô thị mới , giảm khoảng cách về kinh tế giữa các vùng. Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế là những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do các khu công nghiệp gây ra đặc biệt là các nước đang phát triển và có tốc độ tăng trưởng nhanh như nước ta hiện nay. Thực tế, hiện nay rất nhiều nhà máy ở các khu công nghiệp vì lợi nhuận trước mắt vẫn hàng ngày thải trực tiếp nước thải có chứa các ion kim loại nặng với hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép ra môi trường.
Hậu quả của việc làm này là môi trường nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng rất nghiêm trọng gây ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái và sức khỏe người dân. Đã có nhiều phương pháp khác nhau được nghiên cứu và áp dụng để tách loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước. Một trong các phương pháp đang được nhiều người quan tâm hiện nay là tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp như vỏ trấu, bã mía, vỏ lạc…làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại. Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác.
Tuy nhiên, hiệu quả của việc sử dụng các vật liệu trên để hấp phụ chưa đạt hiệu quả như mong muốn. Trong các phụ phẩm trên thì phụ phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn ở nước ta là vỏ trấu. Hàng năm có khoảng 100 triệu tấn trấu được thải ra như phế thải nông nghiệp, theo phân tích thì vỏ trấu có chứa 20% khối lượng là silic, chính vì vậy 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com không quá ngạc nhiên khi đã có rất nhiều công trình tập trung vào việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ sử dụng nguyên liệu từ vỏ trấu để tách, loại các kim loại nặng ra khỏi nguồn nước thải. 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 một số ion kim loại nặng của vỏ trấu biến tính” 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.
Sơ lƣợc về một số kim loại nặng 1. Giới thiệu chung. Kim loại có mặt ở hầu hết các đối tượng trong tự nhiên, tùy thuộc vào bản chất của mỗi kim loại mà sự phân bố cũng như các dạng tồn tại và tác động của chúng cũng khác nhau. Các kim loại nói chung và kim loại nặng nói riêng đều có vai trò nhất định trong cuộc sống .[20] Đồng (Cu) là kim loại nặng nhóm IB, có màu đỏ và tương đối phổ biến, trong vỏ Trái đất chiếm 0,03% tổng số nguyên tử.
Trong tự nhiên đồng tồn tại cả dạng đơn chất và hợp chất. Ở dạng hợp chất chủ yếu trong các quặng: Chancopirit (Cu2S) chứa 79,8% Cu; cuprit (Cu2O) chứa 88,0% Cu; covelin (CuS) chứa 66,5%; malachit (CuCO3. Trong cơ thể sinh vật, đồng thường có trong một số loại protein như: cytochrome oxidaza, tyrosinaza và laccaza. Trong nước đồng có thể tồn tại ở ba dạng: hạt lơ lửng, dạng keo và dạng hòa tan.
[11] Chì (Pb) là kim loại nhóm IVA, có màu xám thẫm, mềm, chì là nguyên tố phân bố khá rộng trong tự nhiên ở dạng kết hợp với các kim loại khác, đặc biệt là với Ag và Zn. Chì chiếm 0,0001% tổng số nguyên tử vỏ Trái đất. Trong tự nhiên ít thấy chì ở dạng đơn chất mà thường thấy ở dạng hợp chất như: Sunfua, cácbonat, phốtphat hoặc clorua. Khoáng vật quan trọng nhất của chì là galen (PbS), ngoài ra còn có các khoáng vật khác là cerusit (PbCO3); anglesit (PbSO4) và pyromophit (Pb5Cl(PO4)3).
Cadimi (Cd) là kim loại thuộc nhóm IIB được tìm thấy vào năm 1817, là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng và dễ mất ánh kim trong môi trường không khí ẩm do tạo màng oxit. Trữ lượng của cadimi trong vỏ Trái đất là 7,6.10-6 so với tổng số nguyên tử. Khoáng vật chính của cadimi là grenokit (CdS), khoáng vật này 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ít tồn tại một mình mà thường tồn tại cùng các khoáng vật của kẽm và của thủy ngân là xinaba hay thần sa (HgS) [43]. Cadimi và hợp chất của nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp mạ, công nghiệp chất dẻo hay gốm sứ… cadimi phốt phát dùng làm trong vô tuyến, đèn huỳnh quang, màn chắn tia X và ống phát tia catôt… Kẽm là một nguyên tố kim loại lưỡng tính, được kí hiệu là Zn và số nguyên tử là 30.
Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền. Quặng kẽm được khai thác nhiều nhất là sphalerit , và sunfua kẽm. Kẽm là một chất khoáng thiết yếu cho sinh vật. Thiếu kẽm ảnh hưởng đến khoảng 2 triệu người ở các nước đang phát triển và liên quan đến một số bệnh.
Ở trẻ em, thiếu kẽm gây ra chứng chậm phát triển, phát dục trễ, dễ nhiễm trùng và tiêu chảy, các yếu tố này gây thiệt mạng khoảng 800.000 trẻ em trên toàn thế giới mỗi năm. Các enzym liên kết với kẽm trong trung tâm phản ứng có vai trò sinh hóa quan trọng như alcohol dehydrogenase ở người. Ngược lại việc tiêu thụ quá mức kẽm có thể gây ra một số chứng như hôn mê, bất động cơ và thiếu đồng [33]. Tính chất độc hại của các kim loại nặng: Cadimi, đồng, kẽm và chì 1.
Tính chất độc hại của đồng. Đồng đóng vai trò quan trọng đối với nhiều loại thực vật và động vật, đồng tác động đến nhiều chức năng cơ bản và là một phần cấu thành các enzym quan trọng trong cơ thể. Nó tham gia vào các hoạt động như sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin; tổng hợp nhiều hoocmon, tổng hơp nhiều sắc tố… Do vậy, với hàm lượng nhỏ đồng là môt chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể. Đối với trẻ sơ sinh và đang bú mẹ nếu thiếu đồng sẽ dẫn đến thiếu máu và thiếu bạch cầu trung tính.[5] 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tuy nhiên với hàm lượng đồng vượt quá mức cho phép đồng lại gây ra một số ảnh hưởng tới sức khỏe con người.
Nếu nhiễm độc đồng trong thời gian ngắn có thể gây rối loạn dạ dày và nôn mửa [43]. Việc sử dụng nước có nồng độ đồng vượt quá giới hạn cho phép trong nhiều năm có thể gây ra những bệnh về gan và thận. Khi cơ thể hấp thu một lượng đồng lớn sẽ có biểu hiện của bệnh Wilson, là căn bệnh do đồng tích tụ trong gan, não và da gây nên chứng đãng trí và thần kinh. Ngoài ra những người làm việc thường xuyên tiếp xúc với đồng dễ mắc ung thư phổi.
Tính chất độc hại của chì. Chì thuộc loại chất độc bảng A, với động vật và con người chì và các hợp chất của nó đều rất độc. Hàng ngày bình thường con người tiếp nhận khoảng 0,1 – 0,2mg Pb từ các nguồn không khí , nước và thực phẩm. Nhưng nếu tiếp nhận lâu dài khoảng 1,0mg/ngày sẽ bị nhiễm độc chì mãn tính và nếu hấp thu trên 1,0mg/ngày có thể dẫn đến tử vong.[1;43] Chì đặc biệt độc hại đối với não, thận, hệ thống sinh sản và hệ thông tim mạch.
Nhiễm độc chì sẽ dẫn tới những ảnh hưởng có hại tới chức năng của trí óc, gây vô sinh, xẩy thai và tăng huyết áp. Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3ppm thì sẽ ngăn cản quá trình sử dụng oxi, còn từ 0,5-0,8ppm sẽ gây ra sự rối loạn chức năng của thận và ảnh hưởng đến não.[34] Với vai trò làm chất chống kháng nổ, trước đây hợp chất Ankyl –chì đã được cho vào xăng nhưng do độc tính cao của chì mà ngay nay người ta không dùng xăng pha chì. Tính chất độc hại của cadimi. Cadimi là nguyên tố rất độc, năm 1972 Ủy ban Hỗn hợp FAO- OMS đã ấn định liều lượng hàng tuần được chấp nhận tạm thời đối với người lớn là: 400- 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Khả năng tích lũy cadimi trong cơ thể rất lớn, điều này chứng tỏ cadimi gây độc từ từ và đến khi đủ giới hạn thì phát bệnh.[16] Những thí nghiệm nghiên cứu trên động vật cho thấy tính độc hại của cadimi ngay ở hàm lượng rất nhỏ. Khi trẻ bị nhiễm cadimi sẽ chậm phát triển, ngoài ra nhiễm độc cadimi cũng làm giảm sức đề kháng của hệ miễn dịch và giảm trí thông minh của trẻ. Với liều lượng cao cadimi sẽ gây bệnh thận và huyết áp. Đặc biệt khi đã vào cơ thể cadimi lại có tính tích lũy cao và bị đào thải chậm.Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương, ở nồng độ cao cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá hủy xương, gây ung thư.[31;32] Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như tiếp xúc với bụi cadimi, ăn thức ăn và nước uống cadimi… Với liều lượng 30mg cadimi cũng đủ dẫn đến tử vong đối với người.
Tính chất độc hại của kẽm. Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động vật không xương sống và thậm chí là cả động vật có xương sống.[22] Có bằng chứng về sự thiếu hụt đồng khi uống ở mức thấp một lượng kẽm 100–300 mg/ngày; một thử nghiệm gần đây cho thấy số người nhập viện cao hơn liên quan đến các biến chứng tiết niệu so với "thuốc trấn an" trong số đàn ông lớn tuổi uống 80 mg/ngày.
Hàm lượng kẽm vượt quá 500 ppm trong đất gây rối cho khả năng hấp thụ các kim loại cần thiết khác của thực vật, như sắt và mangan. Cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã khuyến cáo rằng kẽm phá hủy các thụ thể thần kinh trong mũi gây ra chứng mất khứu giác.[40] Các báo cáo về chứng mất khứu giác cũng được quan sát trong thập niên 1930. Khi các công 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.