Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Pb(II) và Cd(II) Trong Dung Dịch Bằng Than Sinh Học

Nghiên cứu khả năng hấp thụ ion Pb II và Cd II trong dung dịch bằng than sinh học từ bã mía, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe.

• Tác giả: Nguyễn Thành Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kim Diễm Mai
• Trường học: Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư phạm Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb(II) và Cd(II) trong dung dịch bằng than sinh học có nguồn gốc từ bã mía
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• NHẬN XÉT ĐỀ TÀI
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Ô nhiễm chì trong nước
• 1.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm chì trong nước
• 1.1.2. Tình hình ô nhiễm chì trên thế giới
• 1.1.3. Tình hình ô nhiễm chì ở Việt Nam
• 1.1.4. Sự xâm nhập chì vào cơ thể con người
• 1.1.4.1. Đường hô hấp
• 1.1.4.2. Đường tiêu hóa
• 1.1.4.3. Đường da
• 1.1.5. Độc tính của chì đối với con người
• 1.1.6. Triệu chứng ngộ độc chì
• 1.2. Nguồn gốc ô nhiễm
• 1.2.1. Sản xuất công nghiệp và làng nghề
• 1.2.2. Hoạt động khai thác khoáng sản
• 1.2.3. Sản xuất nông nghiệp
• 1.3. Cadmium xâm nhập vào cơ thể con người
• 1.4. Độc tính của cadmium đến sức khỏe con người
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hấp Phụ Pb II Cd II Bằng Than Sinh Học

Ô nhiễm kim loại nặng như chì (Pb(II)) và cadimi (Cd(II)) trong nguồn nước đang là vấn đề cấp bách toàn cầu. Các kim loại này có độc tính cao, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các phương pháp xử lý truyền thống thường tốn kém và không hiệu quả. Nghiên cứu sử dụng than sinh học từ bã mía làm vật liệu hấp phụ đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng, bền vững và kinh tế. Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá khả năng hấp phụ của than sinh học từ bã mía đối với Pb(II) và Cd(II), đồng thời tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ này. Theo ước tính của Viện năng lượng Việt Nam, lượng chất thải nông nghiệp ở Việt Nam rất đa dạng. Do đó, cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa về việc chế tạo than sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau nhằm tận dụng tối đa tài nguyên, nâng cao hiệu suất sản xuất than và đặc biệt là hiệu suất hấp phụ các kim loại nặng.

1.1. Tình Trạng Ô Nhiễm Kim Loại Nặng và Tác Hại

Ô nhiễm kim loại nặng trong nước là một vấn đề môi trường nghiêm trọng. Các nguồn ô nhiễm bao gồm nước thải công nghiệp, hoạt động khai thác mỏ, và sử dụng phân bón hóa học. Pb(II) và Cd(II) là hai trong số những kim loại nặng phổ biến nhất và gây ra nhiều tác hại cho sức khỏe con người, bao gồm tổn thương thần kinh, suy giảm chức năng thận và các vấn đề về xương. Theo JECFA, hằng ngày lượng chì đưa vào cơ thể trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ không được vượt quá 3,5 g/kg thể trọng.

1.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Than Sinh Học Từ Bã Mía

Bã mía là một phụ phẩm nông nghiệp dồi dào và rẻ tiền. Chuyển đổi bã mía thành than sinh học không chỉ giúp giải quyết vấn đề chất thải mà còn tạo ra một vật liệu có giá trị ứng dụng cao trong xử lý nước thải. Than sinh học có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn và chứa nhiều nhóm chức, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng. Đó cũng chính là lí do tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb(II) và Cd(II) trong dung dịch bằng than sinh học có nguồn gốc từ bã mía”.

II. Thách Thức Xử Lý Ô Nhiễm Pb II Cd II Cần Giải Pháp Mới

Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống như kết tủa hóa học, trao đổi ion và thẩm thấu ngược thường đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành cao, đồng thời có thể tạo ra các chất thải thứ cấp gây ô nhiễm. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả, kinh tế và bền vững là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá tiềm năng của than sinh học từ bã mía như một vật liệu hấp phụ hiệu quả và thân thiện với môi trường cho việc loại bỏ Pb(II) và Cd(II) khỏi nguồn nước bị ô nhiễm. Theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới cho phép nồng độ chì tối đa trong nước uống là 0,05 mg/L, nước biển ven bờ, hồ là 0,1 mg/L.

2.1. Giới Hạn Của Các Phương Pháp Xử Lý Truyền Thống

Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường có những hạn chế nhất định. Ví dụ, phương pháp kết tủa hóa học có thể không hiệu quả đối với nồng độ kim loại thấp. Phương pháp trao đổi ion có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các ion cạnh tranh. Các phương pháp màng như thẩm thấu ngược thường tốn kém về năng lượng và chi phí bảo trì. Vì vậy, một giải pháp giải pháp môi trường hiệu quả và có giá thành rẻ là rất cần thiết.

2.2. Tại Sao Cần Nghiên Cứu Vật Liệu Hấp Phụ Mới

Việc phát triển các vật liệu hấp phụ mới, đặc biệt là từ các nguồn tài nguyên tái tạo như bã mía, có thể mang lại nhiều lợi ích. Các vật liệu này có thể có chi phí sản xuất thấp hơn, hiệu quả hấp phụ cao hơn, và khả năng tái chế tốt hơn. Điều này góp phần vào việc xây dựng một hệ thống xử lý nước thải bền vững và thân thiện với môi trường. Cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa về việc chế tạo than sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau nhằm tận dụng tối đa tài nguyên, nâng cao hiệu suất sản xuất than và đặc biệt là hiệu suất hấp phụ các kim loại nặng.

III. Phương Pháp Chế Tạo Than Sinh Học Hấp Phụ Pb II Cd II Từ Bã Mía

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp nhiệt phân để sản xuất than sinh học từ bã mía. Bã mía được thu thập, làm sạch và sấy khô trước khi đưa vào lò nhiệt phân. Quá trình nhiệt phân được thực hiện ở nhiệt độ và thời gian tối ưu để tạo ra than sinh học có diện tích bề mặt và cấu trúc lỗ xốp cao. Sau đó, than sinh học được hoạt hóa bằng hóa chất hoặc nhiệt để tăng cường khả năng hấp phụ của nó đối với Pb(II) và Cd(II). Theo Alina Kabata-Pendias, công nghiệp khai thác khoáng phát thải vào môi trường 20.800 tấn cadmium (1988) và 19.

3.1. Quy Trình Sản Xuất Than Sinh Học Chi Tiết

Quy trình sản xuất than sinh học bao gồm các bước: thu thập và chuẩn bị bã mía, nhiệt phân, và hoạt hóa. Nhiệt độ, thời gian và tốc độ gia nhiệt trong quá trình nhiệt phân có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lý than sinh học và tính chất hóa học than sinh học của than sinh học. Hoạt hóa có thể được thực hiện bằng hóa chất (ví dụ: KOH, NaOH) hoặc nhiệt (ví dụ: CO2, hơi nước) để tạo ra các nhóm chức bề mặt than sinh học và tăng diện tích bề mặt than sinh học.

3.2. Tối Ưu Hóa Thông Số Sản Xuất Để Tăng Khả Năng Hấp Phụ

Các thông số sản xuất than sinh học cần được tối ưu hóa để đạt được khả năng hấp phụ cao nhất. Điều này bao gồm việc điều chỉnh nhiệt độ nhiệt phân, thời gian nhiệt phân, tỷ lệ hoạt hóa và loại tác nhân hoạt hóa. Các kỹ thuật phân tích như SEM, BET và FTIR được sử dụng để đánh giá cấu trúc lỗ xốp than sinh học, diện tích bề mặt than sinh học và nhóm chức bề mặt than sinh học của than sinh học.

IV. Kết Quả Đánh Giá Khả Năng Hấp Phụ Pb II Cd II Của Than

Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học từ bã mía có khả năng hấp phụ đáng kể đối với Pb(II) và Cd(II). Hiệu quả hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ kim loại và lượng vật liệu hấp phụ. Nghiên cứu cũng xác định các mô hình động học hấp phụ và đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp để mô tả quá trình hấp phụ. Theo thống kê, nồng độ cadmium trong bầu khí quyển ở khu vực nông thôn châu Âu là 1-6 mg/m3 ; khu vực thành thị là 3,6-20 mg/m3 và các khu công nghiệp là 16,5-54 mg/m3 [10].

4.1. Ảnh Hưởng Của pH Đến Quá Trình Hấp Phụ

Ảnh hưởng pH đến quá trình hấp phụ là một yếu tố quan trọng. pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của than sinh học và sự tồn tại của các ion kim loại trong dung dịch. Thông thường, hiệu quả hấp phụ cao nhất đạt được ở một khoảng pH tối ưu. Quá trình hấp phụ này chịu nhiều ảnh hưởng pH, vì thế cần điều chỉnh pH cho phù hợp.

4.2. Động Học và Đẳng Nhiệt Hấp Phụ Pb II Cd II

Nghiên cứu sử dụng các mô hình động học hấp phụ như pseudo-first-order và pseudo-second-order để mô tả tốc độ hấp phụ của Pb(II) và Cd(II) trên than sinh học. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ như Langmuir và Freundlich được sử dụng để xác định khả năng hấp phụ tối đa của than sinh học và cơ chế hấp phụ. Mô hình Langmuir và mô hình Freundlich đều được áp dụng để phân tích kết quả.

4.3. Ảnh Hưởng của Lượng Than Sinh Học và Thời Gian Tiếp Xúc

Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc và hàm lượng kim loại rất lớn đến hiệu quả hấp phụ. Lượng vật liệu hấp phụ cần thiết để loại bỏ một lượng nhất định kim loại nặng. Thời gian cần thiết để đạt được trạng thái cân bằng hấp phụ. Cần xác định lượng than sinh học tối ưu và thời gian tiếp xúc phù hợp để đạt hiệu quả cao nhất.

V. Cơ Chế Hấp Phụ Pb II Cd II Bằng Than Sinh Học Từ Bã Mía

Cơ chế hấp phụ của Pb(II) và Cd(II) trên than sinh học là phức tạp và có thể bao gồm nhiều quá trình khác nhau. Một số cơ chế quan trọng bao gồm hấp phụ vật lý (van der Waals), hấp phụ hóa học (tương tác ion), trao đổi ion và kết tủa. Nhóm chức bề mặt than sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết với các ion kim loại nặng. Hình 1. Cơ chế hấp phụ kim loại của than sinh học.

5.1. Vai Trò Của Nhóm Chức Bề Mặt Than Sinh Học

Các nhóm chức bề mặt than sinh học như hydroxyl (-OH), carboxyl (-COOH) và amine (-NH2) có khả năng tạo phức với các ion kim loại nặng. Sự hiện diện của các nhóm chức này trên bề mặt than sinh học có thể tăng cường đáng kể khả năng hấp phụ của nó. Việc tìm hiểu cơ chế hấp phụ này rất quan trọng.

5.2. Phân Tích Bề Mặt và Thành Phần Than Sinh Học

Các kỹ thuật phân tích như SEM, BET, FTIR và XPS được sử dụng để xác định diện tích bề mặt, cấu trúc lỗ xốp, nhóm chức bề mặt than sinh học và thành phần nguyên tố của than sinh học. Kết quả phân tích này cung cấp thông tin quan trọng về cơ chế hấp phụ và sự tương tác giữa than sinh học và các ion kim loại nặng.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Than Sinh Học Bền Vững

Nghiên cứu này chứng minh rằng than sinh học từ bã mía là một vật liệu hấp phụ tiềm năng cho việc loại bỏ Pb(II) và Cd(II) khỏi nguồn nước bị ô nhiễm. Việc sử dụng bã mía làm nguyên liệu đầu vào không chỉ giúp giải quyết vấn đề chất thải mà còn tạo ra một vật liệu có giá trị ứng dụng cao trong xử lý nước thải. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất than sinh học, đánh giá khả năng hấp phụ của than sinh học trong điều kiện thực tế và phát triển các phương pháp tái chế than sinh học đã qua sử dụng. Bên cạnh đó, nhiễm độc chì cũng là nguyên nhân gây bệnh thiếu máu. Ở gian đoạn đầu khi nhiễm độc chì, người ta phát hiện rối loạn tổ hợp máu.

6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Thực Tế Của Than Sinh Học Từ Bã Mía

Than sinh học từ bã mía có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô nhỏ và lớn. Nó cũng có thể được sử dụng để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước ngầm và đất. Việc ứng dụng than sinh học trong thực tế có thể góp phần vào việc cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Phát Triển Bền Vững

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm: Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến quá trình hấp phụ cạnh tranh. Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ bã mía trong điều kiện thực tế. Phát triển các phương pháp tái chế than sinh học đã qua sử dụng. Đánh giá tác động môi trường và kinh tế của việc sử dụng than sinh học trong xử lý nước thải. Cần có những nghiên cứu sâu rộng hơn để đưa ứng dụng này vào thực tiễn, hướng tới sự bền vững và kinh tế tuần hoàn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng độc hại như chì (Pb) và cadmium (Cd) là một trong những thách thức môi trường nghiêm trọng tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Kim loại nặng có đặc tính không bị phân hủy sinh học, tích tụ sinh học trong chuỗi thức ăn và gây tổn thương lâu dài đến sức khỏe sinh vật và con người. Cadmium có thời gian bán rã sinh học trong cơ thể người từ 10 đến 35 năm (tập trung chủ yếu tại thận) và mất khoảng 18 năm để phân rã trong tự nhiên, gây các tổn thương về xương, suy giảm chức năng thận và được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) xếp vào nhóm chất gây ung thư. Chì gây ức chế quá trình tổng hợp máu (ức chế enzyme tạo hemoglobin khi nồng độ trong máu vượt quá 0,8 mg/L), làm suy thoái hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, tổn thương não và thận. Theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), nồng độ chì tối đa trong nước uống là 0,05 mg/L (nước biển ven bờ, hồ là 0,1 mg/L) và cadmium là 0,003 mg/L. Tại Việt Nam, nhiều khu vực nước thải làng nghề (như Phù Xá 5,2 mg/L, xã Chỉ Đạo 3,278 mg/L) và nước ngầm/nước mặt xung quanh bãi rác Xuân Sơn (0,14–0,24 mg/L) đã vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT (0,05 mg/L đối với chì).

Việt Nam sở hữu nguồn sinh khối phụ phẩm nông nghiệp dồi dào với tổng khối lượng ước tính khoảng 118,21 triệu tấn/năm theo tính toán của Viện Năng lượng Việt Nam, bao gồm 15,6 triệu tấn bã mía, 32,8 triệu tấn rơm rạ, 8 triệu tấn trấu và 43,3 triệu tấn phế phẩm từ gỗ. Bã mía phát sinh từ các cơ sở chế biến và kinh doanh nước mía giải khát là nguồn phế thải sinh khối rẻ tiền, sẵn có, giàu cellulose, hemicellulose và lignin. Việc nhiệt phân bã mía thành than sinh học (biochar) để xử lý ion kim loại nặng trong môi trường nước vừa giải quyết bài toán rác thải sinh khối, vừa tạo ra vật liệu xử lý môi trường chi phí thấp.

Khóa luận tốt nghiệp ngành Sư phạm Hóa học của tác giả Nguyễn Thành Tâm (MSSV: 43.047) tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Kim Diễm Mai (tháng 5/2021), tập trung vào các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về ô nhiễm kim loại nặng Pb(II), Cd(II), các phương pháp xử lý nước thải và cơ chế hấp phụ của than sinh học.
2. Chế tạo than sinh học từ nguồn nguyên liệu bã mía bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí ở nhiệt độ 400°C trong dòng khí nitrogen ($N_2$).
3. Khảo sát các đặc tính cấu trúc bề mặt, hình thái và thành phần nguyên tố của than sinh học trước và sau hấp phụ bằng các phương pháp hóa lý hiện đại: SEM, EDX, FT-IR.
4. Khảo sát thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Pb(II) và Cd(II) trong dung dịch nước: ảnh hưởng của pH dung dịch (dải pH 2–6), thời gian tiếp xúc (5–1440 phút), nồng độ kim loại ban đầu (5–200 mg/L) và khối lượng than sinh học (0,02–0,10 g).
5. Xử lý số liệu thực nghiệm để thiết lập mô hình động học hấp phụ (phương trình động học bậc 1, bậc 2) và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ (Langmuir, Freundlich).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Than sinh học chế tạo từ bã mía phế thải và quá trình hấp phụ hai ion kim loại nặng Pb(II) và Cd(II) trong môi trường dung dịch nước.
• Phạm vi không gian: Thí nghiệm chế tạo, khảo sát hấp phụ và đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa Vô cơ, Hóa Môi trường và Phân tích Trung tâm (Trường Đại học Sư phạm TP.HCM); phân tích SEM và EDX tại Nanotechnology Lab; phân tích phổ FT-IR tại PTN Trung tâm (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM).
• Phạm vi thời gian: Đề tài được hoàn thành và bảo vệ vào tháng 5 năm 2021.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Khóa luận dựa trên lý thuyết về vật liệu xốp carbon và các cơ chế xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ. Than sinh học là vật liệu giàu carbon được tạo ra từ quá trình nhiệt phân sinh khối trong điều kiện thiếu hoặc không có oxygen ở nhiệt độ lớn hơn 300°C. Cấu trúc mao quản của than sinh học được phân loại thành ba nhóm:

• Lỗ nhỏ (micropore): Bán kính hiệu dụng $r < 2\text{ nm}$, thể tích lỗ từ $0,15\text{–}0,7\text{ cm}^3/\text{g}$, đóng góp tới 95% tổng diện tích bề mặt riêng.
• Lỗ trung (mesopore): Bán kính hiệu dụng $2\text{–}50\text{ nm}$, thể tích $0,1\text{–}0,2\text{ cm}^3/\text{g}$ (chiếm dưới 5% diện tích bề mặt).
• Lỗ lớn (macropore): Bán kính $r > 50\text{ nm}$ (thường $500\text{–}2000\text{ nm}$), thể tích $0,2\text{–}0,4\text{ cm}^3/\text{g}$, diện tích bề mặt nhỏ ($< 0,5\text{ m}^2/\text{g}$), đóng vai trò làm kênh dẫn chất bị hấp phụ vào các lỗ nhỏ và trung.

Quá trình lưu giữ ion kim loại $M^{n+}$ trên than sinh học diễn ra theo 5 cơ chế chủ đạo:

1. Hấp phụ vật lý: Phân tử/ion khuếch tán và lưu giữ trong hệ mao quản nhờ lực Van der Waals.
2. Trao đổi ion: Các ion kim loại nặng $M^{n+}$ thế chỗ các cation kiềm/kiềm thổ ($K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) liên kết với nhóm tích điện âm ($RO^-$, $RCO^-$) trong mạng lưới carbon.
3. Tạo phức bề mặt: Tương tác phối trí giữa $M^{n+}$ và các nhóm chức chứa oxygen như carboxyl ($-COOH$), hydroxyl ($-OH$).
4. Kết tủa khoáng: Hình thành muối không tan với các anion vô cơ trên bề mặt than ($CO_3^{2-}$, $PO_4^{3-}$, $SiO_3^{2-}$).
5. Hút tĩnh điện: Tương tác giữa cation $M^{n+}$ với bề mặt tích điện âm hoặc hệ electron $\pi$ tự do của vòng thơm carbon.

Dung lượng hấp phụ tại thời điểm $t$ ($q_t$, mg/g) được tính theo công thức: $$q_t = \frac{(C_0 - C_t) \cdot V}{m}$$ Trong đó $C_0$ và $C_t$ (mg/L) là nồng độ chất tan ban đầu và tại thời điểm $t$; $V$ (L) là thể tích dung dịch; $m$ (g) là khối lượng than sinh học.

Các mô hình động học và đẳng nhiệt được tác giả ứng dụng để mô tả quá trình:

• Phương trình động học bậc 1 (Lagergren): $\ln(q_e - q_t) = \ln q_e - k_1 t$
• Phương trình động học bậc 2 (Ho & McKay): $\frac{t}{q_t} = \frac{1}{k_2 q_e^2} + \frac{t}{q_e}$
• Mô hình đẳng nhiệt Langmuir (hấp phụ đơn lớp, bề mặt đồng nhất): $\frac{C_e}{q_e} = \frac{C_e}{q_{\max}} + \frac{1}{K_L \cdot q_{\max}}$
• Mô hình đẳng nhiệt Freundlich (hấp phụ đa lớp, bề mặt không đồng nhất): $\ln q_e = \ln K_F + \frac{1}{n} \ln C_e$

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết bị phân tích

Quy trình nghiên cứu kết hợp phương pháp nghiên cứu lý luận (tổng hợp tài liệu) và phương pháp thực nghiệm hóa phân tích - vật liệu:

Phương pháp phân tích	Thiết bị / Hãng sản xuất	Mục đích sử dụng trong khóa luận
Nhiệt phân yếm khí	Lò nung Nabertherm	Chế tạo than sinh học ở 400°C trong dòng khí $N_2$ (5 L/phút, 2 giờ)
Quang phổ F-AAS	Thermo Scientific ICE 3000	Xác định nồng độ Pb(II) (bước sóng 217,0 nm) và Cd(II) (bước sóng 228,8 nm) dùng ngọn lửa không khí–acetylene
Kính hiển vi SEM	FESEM S4800 HITACHI	Quan sát hình thái, cấu trúc lớp và mạng lưới lỗ xốp của bã mía thô và than sinh học
Phổ tán sắc tia X (EDX)	Horiba H-7593	Định tính và xác định sự xuất hiện/biến đổi của các nguyên tố (C, O, K, Si, Pb, Cd) trước và sau hấp phụ
Phổ hồng ngoại (FT-IR)	PerkinElmer Spectrum 10.2	Quy kết và nhận diện các nhóm chức hóa học bề mặt của than sinh học
Đo pH dung dịch	Hanna HI8314	Kiểm soát giá trị pH của môi trường phản ứng hấp phụ
Khuấy trộn pha lỏng	Scilogex SK-O330-Pro	Duy trì tốc độ lắc 500 vòng/phút trong các thí nghiệm hấp phụ

Hóa chất sử dụng có độ tinh khiết phân tích: $Pb(NO_3)_2$ 99% (Xilong), $CdCl_2 \cdot 2.5H_2O$ 99% (Uni-chem), dung dịch chuẩn chì 1000 mg/L trong $HNO_3$ 0,5 mol/L (Merck), dung dịch chuẩn cadmium 1000 mg/L trong $HNO_3$ 0,5 mol/L (Merck), $HNO_3$ 68% (Xilong), dung dịch đệm pH 4 và 7 (Qchemical) cùng nước khử ion (sản xuất từ máy Labconco 9000602 WaterPro PS).

---

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu và Tổng quan tài liệu

Phần mở đầu và tổng quan hệ thống hóa thực trạng ô nhiễm kim loại nặng, độc tính của Pb và Cd, phân tích cơ chế và so sánh các phương pháp xử lý kim loại nặng hiện hành trong nước thải:

Phương pháp	Cơ chế chính	Ưu điểm	Nhược điểm
Kết tủa hóa học	Chuyển ion kim loại thành hydroxide hoặc muối ít tan nhờ điều chỉnh pH (sữa vôi, NaOH, $Na_2CO_3$)	Xử lý nồng độ cao, kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp	Khó tách đồng thời nhiều kim loại, tạo bùn thải thứ cấp, kém hiệu quả với hydroxide lưỡng tính
Trao đổi ion	Cation kim loại thế chỗ $H^+$ trên nhóm $-SO_3H$, $-COOH$ của nhựa trao đổi	Làm sạch cao, có thể thu hồi kim loại và tái sinh nhựa	Nhựa đắt tiền, quy trình hoàn nguyên phức tạp
Điện hóa	Khử ion kim loại về dạng kim loại bám trên cathode	Tách triệt để nồng độ cao ($> 1000$ mg/L), không cần hóa chất bổ sung	Chi phí đầu tư, bảo trì và tiêu hao điện năng rất lớn
Oxy hóa khử	Dùng tác nhân khử ($NaHSO_3$, $FeSO_4$) chuyển dạng oxy hóa độc hại (như Cr(VI) về Cr(III)) rồi kết tủa	Tách tốt các chất đặc thù (Hg, Cr, As)	Tiêu tốn lượng lớn hóa chất
Sinh học	Dùng thực vật thủy sinh (bèo tây, tảo) tích lũy kim loại	Thân thiện môi trường, chi phí thấp	Chỉ áp dụng cho nồng độ thấp ($< 60$ mg/L), cần diện tích lớn, phụ thuộc dinh dưỡng
Hấp phụ	Lưu giữ chất tan trên bề mặt và mao quản vật liệu xốp	Xử lý tốt nồng độ thấp, thiết bị đơn giản, tận dụng phụ phẩm tự nhiên	Bị giảm hiệu suất khi có cạnh tranh hấp phụ đa cấu tử

Tác giả tổng quan các công trình nghiên cứu sử dụng than sinh học từ rơm (Yu-Ying Wang biến tính HAP), vỏ cam biến tính ghép đồng trùng hợp (Ningchuan Feng), nấm hương (Qianlan Wu, $q_{\max} = 398\text{ mg/g}$), bùn thải (Bing-Jie Ni), bã sữa và bã củ cải đường (Mandu Inyang); cùng các nghiên cứu trong nước từ phân bò (Nguyễn Văn Phương, $q_{\max} = 76,9\text{ mg/g}$ ở 600°C), bùn (Lê Thị Bạch), mùn cưa sunfo hóa (Nguyễn Mạnh Hà), và bã bưởi hoạt hóa (Nguyễn Thị Thanh Huệ, $q_{\max} = 39,8\text{ mg/g}$).

Phương pháp nghiên cứu và Quy trình thực nghiệm

Chương thực nghiệm trình bày quy trình chế tạo vật liệu và thiết kế các lô thí nghiệm khảo sát:

• Quy trình chế tạo than: Bã mía được rửa sạch bằng nước cất 2 lần và nước deion, phơi khô, cắt nhỏ và sấy ở 80°C trong 24 giờ. Nhiệt phân yếm khí diễn ra ở 400°C (dòng khí $N_2$ 5 L/phút) trong 2 giờ. Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng, than được ngâm rửa trong nước deion nhiều lần trong 3 giờ cho đến khi pH dịch lọc đạt giá trị trung tính xấp xỉ nước deion ($\approx 6,8$), tiếp tục sấy khô ở 80°C trong 24 giờ, nghiền rây chọn kích thước hạt 75 $\mu m$ và lưu trữ trong bình hút ẩm.
• Xây dựng đường chuẩn AAS: Dãy chuẩn Pb(II) gồm 6 điểm nồng độ (0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 10,0 mg/L); dãy chuẩn Cd(II) gồm 5 điểm nồng độ (0,01; 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 mg/L) pha trong nền $HNO_3$ 0,5%.

Bảng điều kiện thí nghiệm khảo sát các thông số hấp phụ của than sinh học bã mía:

Thí nghiệm khảo sát	Biến số thay đổi	Thông số cố định
Khảo sát pH hấp phụ Pb(II)	$\text{pH} = 2, 3, 4, 5, 6$	$C_0 = 50\text{ mg/L}$, $t = 120\text{ phút}$, $m = 0,05\text{ g}$, 500 rpm
Khảo sát thời gian hấp phụ Pb(II)	$t = 5, 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240, 1440\text{ phút}$	$\text{pH} = 4$, $C_0 = 50\text{ mg/L}$, $m = 0,05\text{ g}$, 500 rpm
Khảo sát nồng độ ban đầu Pb(II)	$C_0 = 5, 10, 25, 50, 75, 100, 200\text{ mg/L}$	$\text{pH} = 4$, $t = 120\text{ phút}$, $m = 0,05\text{ g}$, 500 rpm
Khảo sát khối lượng than xử lý Pb(II)	$m = 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,08; 0,10\text{ g}$	$\text{pH} = 4$, $C_0 = 100\text{ mg/L}$, $t = 120\text{ phút}$, 500 rpm
Khảo sát pH hấp phụ Cd(II)	$\text{pH} = 2, 3, 4, 5, 6$	$C_0 = 25\text{ mg/L}$, $t = 120\text{ phút}$, $m = 0,05\text{ g}$, 500 rpm
Khảo sát thời gian hấp phụ Cd(II)	$t = 5, 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240, 1440\text{ phút}$	$\text{pH} = 5$, $C_0 = 25\text{ mg/L}$, $m = 0,05\text{ g}$, 500 rpm
Khảo sát nồng độ ban đầu Cd(II)	$C_0 = 5, 10, 25, 50, 75, 100, 200\text{ mg/L}$	$\text{pH} = 5$, $t = 120\text{ phút}$, $m = 0,05\text{ g}$, 500 rpm
Khảo sát khối lượng than xử lý Cd(II)	$m = 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,08; 0,10\text{ g}$	$\text{pH} = 5$, $C_0 = 50\text{ mg/L}$, $t = 120\text{ phút}$, 500 rpm

Để tạo mẫu đo phổ EDX xác nhận hấp phụ, tác giả tiến hành xử lý trong điều kiện tối ưu: Pb(II) ($C_0 = 50\text{ mg/L}$, $V = 200\text{ mL}$, $\text{pH} = 4$, $m = 0,02\text{ g}$, $t = 120\text{ phút}$); Cd(II) ($C_0 = 25\text{ mg/L}$, $V = 200\text{ mL}$, $\text{pH} = 5$, $m = 0,02\text{ g}$, $t = 120\text{ phút}$). Than sau phản ứng được lọc, rửa bằng nước deion đến trung tính và sấy ở 80°C trong 24 giờ.

Kết quả nghiên cứu và Thảo luận

1. Đặc trưng hình thái bề mặt (SEM): Ảnh SEM của bã mía thô ban đầu có cấu trúc dạng khối gồm nhiều lớp dày xếp chồng lên nhau. Sau khi nhiệt phân ở 400°C, các lớp dày bị phân cắt thành các phiến mỏng có kích thước khoảng 100 $\mu m$ và xuất hiện mật độ lỗ xốp dày đặc trên bề mặt, làm tăng diện tích tiếp xúc với dung dịch (diện tích bề mặt riêng của than sinh học bã mía theo tài liệu tham khảo đạt khoảng 33,1 $\text{m}^2/\text{g}$).
2. Thành phần nguyên tố bề mặt (EDX): Phổ EDX của than sinh học bã mía ban đầu ghi nhận sự hiện diện của các nguyên tố C, O, K và Si. Sau quá trình hấp phụ dung dịch Pb(II) và Cd(II), trên phổ EDX xuất hiện các đỉnh năng lượng đặc trưng của chì (Pb) và cadmium (Cd). Đồng thời, đỉnh của nguyên tố kali (K) biến mất hoàn toàn sau hấp phụ, chứng minh ion $Pb^{2+}$ và $Cd^{2+}$ đã thay thế vị trí của $K^+$ trong mạng lưới cấu trúc thông qua cơ chế trao đổi ion.
3. Ảnh hưởng của pH và cơ chế tương tác: Tại pH thấp ($\text{pH} = 2$), hiệu suất hấp phụ của cả hai ion đều đạt giá trị thấp do nồng độ ion $H^+$ cao trong dung dịch cạnh tranh vị trí hấp phụ và gây lực đẩy tĩnh điện với cation kim loại, đồng thời ức chế sự phân ly của các nhóm carboxyl ($-COOH$) và hydroxyl ($-OH$). Khi tăng pH lên 4 đối với Pb(II) và 5 đối với Cd(II), mật độ điện tích âm trên bề mặt tăng lên, tạo điều kiện thuận lợi cho liên kết tĩnh điện và tạo phức bề mặt.

---

Kết quả và đóng góp

• Kết quả thực nghiệm chính:
  • Chế tạo thành công vật liệu than sinh học từ phụ phẩm bã mía với kích thước hạt $\le 75\ \mu m$ bằng quy trình nhiệt phân 400°C trong môi trường $N_2$.
  • Xác định được các điều kiện công nghệ tối ưu cho quá trình hấp phụ: ion Pb(II) đạt hiệu quả cao tại pH = 4, ion Cd(II) đạt hiệu quả cao tại pH = 5; thời gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ cho cả hai hệ là 120 phút ở tốc độ khuấy lắc 500 vòng/phút.
  • Cung cấp bằng chứng thực nghiệm qua phổ EDX chứng minh cơ chế trao đổi ion: cation $Pb^{2+}$ và $Cd^{2+}$ thay thế trực tiếp ion $K^+$ trên bề mặt than sinh học.
• Đóng góp học thuật và ứng dụng:
  • Đóng góp vào hướng nghiên cứu chuyển hóa chất thải rắn nông nghiệp (bã mía từ các cửa hàng đồ uống) thành vật liệu xử lý nước có giá trị gia tăng, giảm thiểu áp lực rác thải sinh hoạt đô thị.
  • Xây dựng quy trình chế tạo đơn giản, không sử dụng hóa chất độc hại trong khâu nhiệt phân biến tính, định hướng ứng dụng xử lý nước ngầm và nước thải công nghiệp nhiễm kim loại nặng ở nồng độ thấp đến trung bình.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thực nghiệm của khóa luận, nghiên cứu có các hạn chế và định hướng mở rộng:

• Hạn chế:
  • Thí nghiệm khảo sát chỉ tiến hành trên dung dịch chuẩn đơn kim loại (hệ 1 cấu tử Pb(II) hoặc Cd(II) riêng biệt), chưa đánh giá hiệu ứng cạnh tranh hấp phụ trong dung dịch hỗn hợp đa kim loại hoặc trên nền nước thải công nghiệp thực tế có chứa nhiều anion/cation tạp chất.
  • Khóa luận chưa tiến hành các thí nghiệm giải hấp phụ (desorption) và đánh giá khả năng tái sinh, độ bền của vật liệu sau nhiều chu kỳ sử dụng.
  • Toàn bộ khảo sát dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm theo chế độ hấp phụ mẻ (batch system), chưa thiết lập mô hình cột hấp phụ dòng chảy liên tục (continuous fixed-bed column).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Khảo sát khả năng hấp phụ đồng thời hỗn hợp nhiều ion kim loại ($Pb^{2+}$, $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Ni^{2+}$) và ảnh hưởng của các ion cạnh tranh ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $SO_4^{2-}$, $Cl^-$).
  • Nghiên cứu biến tính hóa học bề mặt than sinh học bã mía (bằng tác nhân oxy hóa như $HNO_3$, $H_2O_2$, $KMnO_4$ hoặc nạp hạt nano kim loại) để nâng cao dung lượng hấp phụ cực đại.
  • Khảo sát quy trình giải hấp bằng acid loãng ($HCl$, $HNO_3$) hoặc $EDTA$ để thu hồi kim loại và tái sử dụng than sinh học.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên cao học các ngành Sư phạm Hóa học, Hóa học (Hóa Vô cơ, Hóa Phân tích, Hóa Môi trường), Công nghệ Môi trường và Khoa học Vật liệu khi thực hiện các đề tài về vật liệu hấp phụ sinh khối và xử lý kim loại nặng.
• Phần nội dung đáng tham khảo nhất:
  • Quy trình chi tiết chế tạo và tinh chế than sinh học bã mía ở quy mô phòng thí nghiệm (nhiệt độ 400°C, dòng khí $N_2$, quy trình rửa kiểm soát pH).
  • Phương pháp xây dựng đường chuẩn và thông số kỹ thuật đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F-AAS đối với Pb (217,0 nm) và Cd (228,8 nm).
  • Phương pháp luận phân tích cơ chế hấp phụ kết hợp giữa ảnh SEM và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) để chứng minh sự trao đổi ion kim loại.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Than sinh học từ bã mía trong khóa luận được chế tạo ở điều kiện nhiệt độ và môi trường nào?
Than sinh học được chế tạo bằng cách nhiệt phân bã mía đã rửa sạch, cắt nhỏ và sấy khô ở 80°C trong 24 giờ. Quá trình nhiệt phân được thực hiện trong lò nung Nabertherm ở nhiệt độ 400°C, duy trì dòng khí trơ nitrogen ($N_2$) với lưu lượng 5 L/phút trong thời gian 2 giờ, sau đó than được ngâm rửa bằng nước deion đến khi dịch lọc đạt $\text{pH} \approx 6,8$ và rây lấy hạt kích thước $\le 75\ \mu m$.

2. Bằng chứng thực nghiệm nào trên phổ EDX chứng minh ion Pb(II) và Cd(II) đã được hấp phụ lên than sinh học bã mía?
Trên phổ EDX của than sinh học ban đầu chỉ xuất hiện các đỉnh của nguyên tố C, O, K và Si. Sau khi hấp phụ Pb(II) và Cd(II), phổ EDX xuất hiện rõ rệt các đỉnh đặc trưng của chì và cadmium, đồng thời đỉnh tín hiệu của nguyên tố kali (K) hoàn toàn biến mất, chứng tỏ các ion kim loại nặng đã được giữ lại và thế chỗ của cation $K^+$ trong cấu trúc than.

3. Giá trị pH tối ưu và thời gian cân bằng hấp phụ đối với ion Pb(II) và Cd(II) là bao nhiêu?
Giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ ion Pb(II) là $\text{pH} = 4$, trong khi đối với ion Cd(II) là $\text{pH} = 5$. Thời gian cần thiết để quá trình hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng đối với cả hai ion kim loại trong điều kiện lắc 500 vòng/phút là 120 phút.

4. Thiết bị và bước sóng nào được sử dụng để định lượng nồng độ ion Pb(II) và Cd(II) trong dung dịch?
Nồng độ ion kim loại được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) trên máy Thermo Scientific ICE 3000 sử dụng hỗn hợp khí không khí–acetylene, đo tại bước sóng 217,0 nm đối với chì (Pb) và 228,8 nm đối với cadmium (Cd).

5. Sự biến đổi hình thái bề mặt của bã mía sau khi nhiệt phân thành than sinh học được quan sát qua ảnh SEM như thế nào?
Ảnh SEM cho thấy bã mía thô ban đầu có cấu trúc dạng khối gồm nhiều lớp dày xếp chồng lên nhau. Sau khi nhiệt phân ở 400°C, các lớp dày này bị phân cắt thành các phiến mỏng có kích thước khoảng 100 $\mu m$ và xuất hiện hệ thống vi lỗ xốp phân bố đều trên bề mặt, làm tăng diện tích tiếp xúc với các ion chất tan.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thành Tâm đã chế tạo thành công vật liệu than sinh học từ phụ phẩm bã mía qua phương pháp nhiệt phân yếm khí ở 400°C. Kết quả phân tích hóa lý và thực nghiệm F-AAS đã xác định được các điều kiện hấp phụ tối ưu cho hai ion kim loại độc hại Pb(II) ($\text{pH} = 4$) và Cd(II) ($\text{pH} = 5$) sau 120 phút tiếp xúc. Nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ chế lưu giữ kim loại thông qua sự kết hợp giữa hệ mao quản xốp và tương tác trao đổi ion thế chỗ cation $K^+$ trên bề mặt than. Công trình là tài liệu tham khảo thực nghiệm có giá trị trong việc định hướng tận dụng phụ phẩm sinh khối nông nghiệp để xử lý môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ở nước ta mặc dù đã có hệ thống cung cấp nước sạch, tuy nhiên vẫn còn rất nhiều khu vực phải sử dụng nguồn nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt. Tuy nhiên, nguồn nước ngầm ở một số khu vực bị ô nhiễm, chứa các chất có hại cho sức khỏe của con người như các hợp chất của nitrogen, sulfur, halogen và các hợp chất hữu cơ…Vấn đề ô nhiễm đáng quan tâm hiện nay đó là sự ô nhiễm các kim loại nặng như chì và cadmium trong môi trường. Độc tính của các kim loại này đối với sức khỏe con người và động vật đặc biệt nghiêm trọng do chúng có khả năng tồn tại rất lâu trong cơ thể con người và môi trường. Theo ước tính, trung bình phải mất khoảng 10 năm để lượng cadmium trong cơ thể con người phân rã sinh học và mất khoảng 18 năm để phân rã trong môi trường tự nhiên.

Chính vì những tác hại của kim loại nặng đối với con người mà hiện nay trên thế giới có rất nhiều hướng nghiên cứu để xử lí kim loại nặng trong đó than sinh học hiện đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và phát triển. Nước ta có tiềm năng phát triển than sinh học rất lớn. Theo tính toán của Viện năng lượng Việt Nam, lượng chất thải nông nghiệp ở Việt Nam rất đa dạng (rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô, vỏ cà phê, phế thải gỗ,…) thường được thải ra môi trường hoặc đốt ngoài đồng ruộng. Trung bình tổng các nguồn năng lượng sinh khối vào khoảng 118,21 triệu tấn/ năm bao gồm: khoảng 32,8 triệu tấn rơm rạ; 8 triệu tấn trấu; 15,6 triệu tấn bã mía; 1,2 triệu tấn vỏ cà phê; 9,2 triệu tấn lõi ngô; 8,1 triệu tấn các loại phụ phẩm nông nghiệp khác và phế thải từ gỗ khoảng 43,3 triệu tấn [1].

Do đó, cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa về việc chế tạo than sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau nhằm tận dụng tối đa tài nguyên, nâng cao hiệu suất sản xuất than và đặc biệt là hiệu suất hấp phụ các kim loại nặng. Trong đó, than sinh học từ bã mía có tiềm năng rất lớn do có thể tận dụng bã mía từ các xe nước mía vừa đảm bảo lợi ích cả về kinh tế và môi trường. Đó cũng chính là lí do tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb(II) và Cd(II) trong dung dịch bằng than sinh học có nguồn gốc từ bã mía”. Ô nhiễm chì trong nước 1.

Nguồn gốc ô nhiễm chì trong nước Có nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm chì trong nước, bên cạnh các nguyên nhân tự nhiên như núi lửa phun trào, cháy rừng,… thì nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người. Phần lớn nguồn phát thải của chì là từ cơ sở sản xuất pin, acqui, luyện kim và hóa dầu. Ngoài ra, ô nhiễm chì còn bắt nguồn từ khí thải của các phương tiện giao thông do việc sử dụng xăng pha chì. Theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới cho phép nồng độ chì tối đa trong nước uống là 0,05 mg/L, nước biển ven bờ, hồ là 0,1 mg/L.

Tình hình ô nhiễm chì trên thế giới Viện nghiên cứu Blacksmith-Hoa Kỳ, một tổ chức nghiên cứu môi trường quốc tế có trụ sở tại New York (Mỹ) đã tiến hành điều tra và xác định hàm lượng chì tại các khu vực được thể hiện bảng 1. Hàm lượng chì tại một số khu vực trên thế giới [2] Tên khu vực Hàm lượng Nguyên nhân chì Thành phố Haina, Cộng hòa 400000 mg/L Tái chế acquy chì Dominica Tái chế và nấu luyện chì từ bình Tây Java, Indonesia 200000 mg/L acquy Galena, Kansas, Mỹ 7600 mg/L Luyện kim Một số thành phố công nghiệp ở 120-3000 Các hoạt động công nghiệp Anh mg/L 1. Tình hình ô nhiễm chì ở Việt Nam Từ những năm 1990, quá trình công nghiệp hóa và cơ giới hoá nhanh cùng với sự phát triển của các làng nghề đã giúp nền kinh tế của Việt Nam có bước nhảy vọt đáng kể. Song song với sự phát triển kinh tế đó là nguy cơ ô nhiễm môi trường, đặc biệt tại các thành phố lớn và các làng nghề tái chế kim loại.

Do đó, việc nghiên cứu về tình trạng ô nhiễm môi trường trở nên vô cùng cấp thiết, đặc biệt là sự ô nhiễm kim 3 loại nặng đang thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà quản lí, các nhà khoa học và cộng đồng. Hàm lượng chì tại một số khu vực ở Việt Nam Tác giả Khu vực nghiên Hàm lượng chì tại các khu vực nghiên cứu cứu Hàm lượng chì trong nước thải của: -Nhà máy pin Văn Điền: 0,012 mg/L; Lê Đức Đồng bằng sông -Nhà máy Phả Lại: 0,013 mg/L; [3] Hồng -Làng nghề Phù Xá: 5,2 mg/L; -Làng nghề xã Chỉ Đạo: 3,278 mg/L. - Có 6/10 điểm lấy mẫu nước sinh hoạt vượt quá Đặng Một số sông hồ tại tiêu chuẩn cho phép (QCVN 08:2008/BTNMT: Xuân địa bàn xã Thạch 0,05 mg/L). Hàm lượng chì tại trong nước tại các khu vực xung quanh bãi chôn lấp Xuân Sơn vượt quá tiêu chuẩn cho phép (QCVN 08:2008/BTNMT: 0,05 Vũ Đức Bãi chôn lấp rác mg/L) như sau: Toàn Xuân Sơn, Sơn Tây, - Nước ở ruộng phía Tây Bắc, cách bãi rác [5] Hà Nội khoảng 200 m có hàm lượng chì là 0,24 mg/L.

- Nước ở hồ Lễ Khê, cách bãi rác 1000 m về phía Tây Bắc có hàm lượng chì là 0,14 mg/L. Sự xâm nhập chì vào cơ thể con người Chì xâm nhập vào cơ thể qua nhiều đường: a. Đường hô hấp Đây là con đường xâm nhập chính, chì có trong không khí thường ở dạng muối, oxide hoặc hơi khói. Khi hít vào, tùy thuộc vào kích thước của các hạt bụi cũng như 4 dung tích và tốc độ thông khí ở phổi sẽ quyết định lượng bụi tồn đọng trong phổi là nhiều hay ít.

Thông thường, trẻ em có nguy cơ nhiễm chì cao hơn người lớn vì lượng bụi chì tồn đọng trong đường hô hấp của trẻ cao hơn người lớn từ 1,6 - 2,7 lần. Trong đó, trên 90% lượng chì chứa trong hạt bụi đọng lại trong phổi được hấp thụ vào máu [6]. Đường tiêu hóa Thực phẩm được trồng ở những vùng đất có hàm lượng chì cao là nguyên nhân trực tiếp làm cơ thể nhiễm chì. Ngoài ra, việc sử dụng bát, đĩa, sứ tráng men có pha chì để đựng thức ăn cũng là một trong những nguyên nhân làm chì ngấm vào thực phẩm.

Đồng thời, chì có thế ngấm vào thức ăn nếu rửa và nấu thực phẩm bằng nguồn nước có chứa hàm lượng chì cao [7]. Đường da Chì hữu cơ tan được trong mỡ nên có thể hấp thụ vào cơ thể khi tiếp xúc qua da. Ngược lại, chì vô cơ hấp thụ qua da rất ít, chỉ hấp thụ qua da khi bụi chì tiếp xúc vào vùng da bị tổn thương [6]. Độc tính của chì đối với con người Thông qua việc kìm hãm trực tiếp hoặc gián tiếp sự chuyển hóa vitamin D, chì đã kìm hãm quá trình chuyển hóa calcium.

Ngoài ra, chì còn gây độc cho cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên [7]. Hơn nữa, tác dụng dụng hóa sinh chính của chì đó là gây rối loạn quá trình tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu. Do trong quá trình trao đổi chất, chì có khả năng ức chế một số enzyme quan trọng làm tích đọng các hợp chất trung gian. Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 0,8 mg/L có thể gây ra hiện tượng thiếu máu do thiếu hemoglobin.

Nếu hàm lượng chì trong máu khoảng 0,5-0,8 mg/L sẽ gây rối loạn chức năng của thận và phá hủy não [7]. Theo JECFA, hằng ngày lượng chì đưa vào cơ thể trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ không được vượt quá 3,5 g/kg thể trọng [7]. Triệu chứng ngộ độc chì Tùy vào mức độ nhiễm độc mà người nhiễm sẽ có những triệu chứng khác nhau như đau bụng trên, táo bón, nôn mửa, xuất hiện đường xanh đen ở lợi do PbS đọng lại, 5 nghiêm trọng hơn có thể dẫn đến chứng viêm não ở trẻ em. Bên cạnh đó, nhiễm độc chì cũng là nguyên nhân gây bệnh thiếu máu.

Ở gian đoạn đầu khi nhiễm độc chì, người ta phát hiện rối loạn tổ hợp máu. Sự kìm hãm tổ hợp máu là yếu tố gây bệnh thiếu máu [8]. Tác động của chì ở từng độ tuổi là khác nhau. Chì thường gây các tác động nghiêm trọng tới hệ thần kinh của thai nhi, trẻ sơ sinh và trẻ em dưới 6 tuổi, dẫn đến sự chậm phát triển trí tuệ do hệ thần kinh ở trẻ đang phát triển rất nhạy cảm khi bị nhiễm chì dù ở nồng độ thấp thì hệ số thông minh (IQ) sẽ giảm xuống.

Với những phụ nữ có thai thường xuyên tiếp xúc với chì có khả năng bị xảy thai hoặc thai nhi chết sau khi sinh là rất lớn. Đối với người trưởng thành, do đặc thù công việc thường xuyên tiếp xúc với chì có thể bị nhiễm bệnh thần kinh ngoại vi hoặc thần kinh mãn tính. Tuy nhiên ở người lớn các ảnh hưởng cấp tính hay hầu hết các ảnh hưởng nhạy cảm của chì có thể là bệnh tăng huyết áp. Ngoài ra khi nhiễm độc chì còn có thể ảnh hưởng đến một số cơ quan khác trong cơ thể như dạ dày, ruột non, cơ quan sinh sản [8].

Nguồn gốc ô nhiễm *Sản xuất công nghiệp và làng nghề Nguyên nhân chính gây ô nhiễm cadmium xuất phát từ các hoạt động sản xuất cadmium thương mại bắt đầu vào đầu thế kỷ 20. Ban đầu, cadmium được dùng chủ yếu trong mạ điện, nhưng đến những năm 1960 cadmium được sử dụng trong sản xuất pin Ni-Cd. Ngoài ra, trong thành phần của những loại nước sơn trong kỹ nghệ làm đồ sứ, chén dĩa cũng có chứa cadmium. Cadmium cũng được dùng làm chất ổn định trong sản xuất nhựa polyvinyl chloride do đó đồ chơi trẻ em và các lon hộp làm bằng nhựa polyvinyl chloride thường có cadmium.

Khi đốt những rác thải này làm lượng cadmium trong không khí ở các vùng sản xuất công nghiệp có thể đạt ở mức cao và dẫn đến tình trạng công nhân bị phơi nhiễm cadmium ngày càng phổ biến [9]. Theo thống kê, nồng độ cadmium trong bầu khí quyển ở khu vực nông thôn châu Âu là 1-6 mg/m3 ; khu vực thành thị là 3,6-20 mg/m3 và các khu công nghiệp là 16,5-54 mg/m3 [10]. Trên phạm vi toàn thế giới, ước tính lượng lắng đọng cadmium hàng năm là 5700 tấn. Ngoài ra, hàm lượng cadmium trong nước thải công nghiệp khá cao.

Hàm lượng 6 cadmium trong nước thải đã qua xử lí ở New York được phát hiện có nguồn gốc từ các cơ sở mạ điện là 33%, các khu dân cư là 49%, dòng chảy tràn là 12%, công nghiệp là 6% [10].