ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRẦN VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XI (Pteris vittata L.) VÀ VẬT LIỆU Fe2O3 Nano LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRẦN VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XI (Pteris vittata L.) VÀ VẬT LIỆU Fe2O3 Nano Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM Hà Nội - 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới cô TS. Nguyễn Kiề u Băng Tâm giảng viên, phó chủ nhiệm bô ̣ môn Sinh Thái môi trường, cô đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ dạy cho em rất nhiều điều để em có thể hoàn thành luận văn này. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị cán bộ của Trung tâm Khoa học Vật liệu, các anh chị Bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường Đất, phòng Phân tích Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình làm thí nghiệm.
Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô khoa Môi Trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội, đã tận tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập để em có thể hoàn thành tốt luận văn này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên để em có thể hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Trầ n Văn Đức LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU. 1 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN.
Tổng quan về Asen. Giới thiệu chung về Asen. Ứng dụng của Asen. Độc tính của Asen.
Các dạng tồn tại của asen trong nước. Khái quát về vật liệu nano. Phân loại vật liệu nano. Một số tính chất của vật liệu nano.
Phương pháp chế tạo vật liệu nano. Ứng dụng của vật liệu nano. Tổng quan về Biện pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc. Khái niệm chung.
Công nghê ̣ xử lý ô nhiễm nước bằ ng thực vâ ̣t. Cơ chế sinh ho ̣c xử lý KLN trong nước bằ ng thực vâ ̣t. Hiện trạng ô nhiễm Asen. Hiện trạng ô nhiễm Asen trên thế giới.
Hiện trạng ô nhiễm Asen ở Việt Nam. Các phƣơng pháp xử lý Asen. Oxi hoá As(III). Kĩ thuật keo tụ - kết tủa.
22 i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phương pháp trao đổi ion. Phương pháp lọc màng. Phương pháp hấp phụ.
Tổng quan về phƣơng pháp hấp phụ. Nguyên lý của phương pháp hấp phụ. Động học của các quá trình hấp phụ. Cân bằng của quá trình hấp phụ trong dung dịch.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. 27 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tƣợng nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.
Phƣơng pháp nghiên cứu. Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa. Phương pháp phân tích. Phương pháp chế tạo vật liệu Fe2O3 nano.
Phương pháp bố trí thí nghiê ̣m. Phương pháp xử lý Asen trong nước bằ ng cây Ráng Chân xỉ. 39 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CƢ́U VÀ THẢO LUẬN. Kế t quả nghiên cƣ́u vâ ̣t liêụ.
Kết quả chụp Xray để xác định thành phần vật liệu. Kết quả Chụp TEM và chụp SEM để xác định hình dạng kích thước vật liệu. Kết quả đo điện tích bề mặt vật liệu tại các pH khác nhau. Kế t quả nghiên cƣ́u hiêụ quả xƣ̉ lý Asen trong nƣớc của vâ ̣t liêụ Fe2O3 nano.
Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu Fe2O3 nano. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Asen của vật liệu Fe2O3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe2O3/As đến hiệu quả hấp phụ As. 48 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý As của vật liệu Fe2O3 nano. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới hiệu quả xử lý As trong nước của vật liệu. Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý Asen trong mẫu nước lấy ngoài thực địa bằng vật liệu Fe2O3 nano. Kế t quả nghiên cƣ́u hiêụ quả xƣ̉ lý Asen t rong nƣớc của cây Ráng Chân xỉ.
Kế t quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý Asen trong nước của cây Ráng chân xỉ. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ A sen ban đầu đến hiệu quả xử lý Asen của cây Ráng Chân Xỉ. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng Chân Xỉ đối với mẫu thực địa. Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hƣởng của nồng độ As ban đầu tới hiệu quả xử lý asen trong nƣớc của vật liệu Fe 2O3 nano và cây Ráng chân xỉ.
Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới hiệu quả xử lý của vật liệu Fe2O3 nano và cây Ráng chân xỉ. Kết quả thí nghiệm so sánh Hiệu quả xử lý Asen trong mẫu ngoài thực địa của Vật liệu Fe2O3 nano và cây Ráng chân xỉ. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 59 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TIẾNG ANH DỊCH NGHĨA AAS Atomic Absorption Spectroscopy Phổ hấp phụ nguyên tử FAC Free activated chlorine Clo tự do hoạt động TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD X – Ray diffraction Nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 1.
Một số khoáng vật tự nhiên chứa Asen [26]. Trạng thái tồn tại các dạng Asen trong điều kiện oxi hóa khử và pH khác nhau. Dung lượng hấp phụ As của vật liệu Fe2O3. 45 Bảng 4: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ As của vật liệu Fe2O3 nano.
47 Bảng 5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe2O3/As đến hiệu quả hấp phụ As. 48 Bảng 6: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý của vật liệu Fe2O3 nano. 50 Bảng 7 : Ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới hiệu quả xử lý As trong nước của vật liệu. 51 Bảng 8: Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý Asen trong mẫu nước lấy ngoài thực địa bằng vật liệu Fe2O3 nano.
52 Bảng 9: kế t quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đế n hiê ̣u quả xử lý asen trong nước của cây Ráng Chân Xỉ. 53 Bảng 10:ảnh hưởng của nồng độ Asen đến hiệu quả xử lý Asen của cây ráng chân xỉ. 54 Bảng 11 :Hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng chân xỉ đối với mẫu thực địa. 55 Bảng 12: Hiệu quả xử lý Asen của vật liệu và cây Ráng chân xỉ.
56 Bảng 13: Kết quả hiệu quả xử lý Asen trong mẫu nước ngoài thực địa của vật liệu Fe2O3 nano và cây Ráng chân xỉ. 57 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1: Khoáng vật chứa Asen. Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO3 ,H2AsO3-,HAsO32-, AsO33- theo pH (Asen III). Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO4 ,H2AsO4-,HAsO42-, AsO43- theo pH (Asen V).
10 Hình 4: Ứng dụng của vật liệu nano. 14 Hình 5: Sử dụng thảm thực vật trong xử lý nước thải. Bản đồ các khu vực ô nhiễm asen trên toàn quốc. Tình hình nhiễm Asen ở Hà nội 12/1999 [21].
Hệ thống máy hấp thu nguyên tử AAS của hãng Varian. Hệ lò vi sóng điều chế vật liệu Fe2O3 nano. Sơ đồ quy trình chế tạo hạt nano oxit sắt vô định hình. 34 Hình 11: Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý asen trong mẫu thực địa bằ ng vâ ̣t liê ̣u Fe2O3 nano.
39 Hình 12: Giản đồ XRD của vật liệu nano Fe2O3 vô định hình. 41 Hình 13: Ảnh TEM của vật liệu Fe2O3 nano vô định hình có độ phóng đại 50nm. Ảnh chụp SEM của vật liệu Fe2O3 nano vô định hình. Thế Zeta của vật liệu Fe2O3 nano ở các pH khác nhau.
Đồ thị biểu diễn điện tích bề mặt của vật liệu Fe2O3. 44 Hình 17: Đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. 45 Hình 18: Đồ thị xác định dung lượng hấp phụ cực đại theo phương trình Langmuir. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu qủa xử lý As của vật liệu Fe2O3 nano.
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe 2O3/As đến hiệu quả hấp phụ As. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý của vật liệu Fe2O3 nano. 50 Hình 22: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As. 52 Hình 23: Biểu diễn hiệu suất hấp thụ của cây Ráng chân xỉ theo thời gian.
54 Hình 24: Biểu diễn dung lượng hấp thụ của cây Ráng chân xỉ. 55 Hình 25: Hiệu quả xử lý Asen của Ráng chân xỉ và vật liệu. 56 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Asen là một nguyên tố rất phổ biến trong tự nhiên, tồn tại dưới nhiều dạng hợp chất khác nhau cả vô cơ lẫn hữu cơ. Asen có cấp độ độc hại là Ia (cực độc) và có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua chuỗi thực phẩm, nước uống và không khí.
Một lượng cực nhỏ (0,1-0,2g) có thể gây chết người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc mãn tính thì có thể gây ra nhiều loại bệnh khác nhau, tổn thương da, một số bệnh cơ tim, cao huyết áp, thiếu máu cơ tim.[34] Trên thế giới hiện nay đã có hàng chục triệu người mắc các căn bệnh này do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao và điều đáng lo ngại là hiện nay chưa có phương pháp điều trị hiệu quả các căn bệnh nguy hiểm này.