MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ở Việt Nam ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt là Asen (As) đã và đang được cộng đồng quan tâm. Theo điều tra của UNICEF, ô nhiễm As chủ yếu do hoạt động của con người trong nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Phần lớn các nguồn này đều thải trực tiếp hay gián tiếp ra ngoài môi trường mà không được xử lý theo quy định.
Từ đó cho thấy khả năng xâm nhiễm vào môi trường tự nhiên rất lớn, đặc biệt ở các vùng cửa sông, ven biển là nơi tích tụ các chất ô nhiễm có nguồn gốc từ nội địa. Asen trong nước uống có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người và được coi là một trong những nguyên nhân môi trường quan trọng nhất của bệnh ung thư trên thế giới. Do đó khắc phục của nước nhiễm asen đã trở thành một vấn đề lớn về môi trường. Chính vì tính chất nguy hiểm của Asen nên đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp giảm lượng asen trong nguồn nước đến mức tối thiểu nhất.
Có nhiều phương pháp được sử dụng để loại bỏ asen trong nước như kết tủa, trao đổi ion, lọc, hấp phụ. Trong số những phương pháp đó thì hấp phụ là phương pháp có thể thực hiện đơn giản mà vẫn đạt hiệu quả cao. Vật liệu dùng trong hấp phụ cũng rất đa dạng. Với mục tiêu xử lý Asen bằng loại vật liệu sẵn có, rẻ tiền, hiệu quả cao mà lại thân thiện với môi trường, chúng tôi thực hiên đề tài “TỔNG HỢP HYDROXYAPATIT TỪ VỎ SÒ DÙNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ ASEN”.
Nguyên liệu ban đầu sử dụng là vỏ sò. Mục đích và ý nghĩa của đề tài 1. Mục đích: góp phần vào những nghiên cứu nhằm tìm ra giải pháp tốt để xử lý Asen. Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, thân thiện với môi trường.
1 Tổng hợp Hydroxyapatit từ vỏ sò dùng làm chất hấp phụ Asen 1. Ý nghĩa: - Ý nghĩa về mặt khoa học: Tăng hiệu suất hấp phụ của vỏ sò bằng cách tổng hợp ra Hydroxyapatit. Sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền. Phương pháp đơn giản dễ thực hiện, hiệu quả cao.
- Ý nghĩa về mặt môi trường: Giảm lượng phế thải rắn từ vỏ sò. Không sử dụng hóa chất độc hại môi trường trong quá trình xử lý. Vật liệu hấp phụ sau khi xử lý asen có thể tái sử dụng. - Hiệu quả về kinh tế xã hội: Hiệu quả xử lý cao.
Chi phí thấp, tận dụng được nguồn nguyên liệu bỏ đi mà vẫn giải quyết được vấn đề quan tâm của toàn xã hôi hiện nay về ô nhiễm môi trường. Mục tiêu của đề tài Tổng hợp Hydroxyapatite(HAp) từ vỏ sò, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ asen. Nồng độ asen còn lại đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp có thể đổ vào các khu vực nước được dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt (giá trị giới hạn A). Đối tƣợng và phạm vi của đề tài Tổng hợp HAp từ vỏ sò để tăng hiệu quả hấp phụ.
Vỏ sò sử dụng trong đề tài được thu gom từ một số quầy hải sản ở quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ. Tiến hành hấp phụ trên dung dịch Asen giả lập trong phòng thí nghiệm. 2 Tổng hợp Hydroxyapatit từ vỏ sò dùng làm chất hấp phụ Asen CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tình trạng ô nhiễm Asen [1] Ô nhiễm Asen trên thế giới Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao.
Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh. Ở mỗi quốc gia, với đặc điểm địa lý, địa chất khác nhau, các nguyên nhân tìm được chưa hoàn toàn thống nhất. Tuy nhiên, sự có mặt của asen trong nước ngầm đang là thách thức lớn với chính phủ và chính quyền địa phương trong việc bảo vệ sưc khỏe nhân dân. Ô nhiễm Asen tại Việt Nam Ở đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng khoan có hàm lượng asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang.
Sự ô nhiễm asen ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở miền Nam. Qua điều tra cho thấy 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xử lý ở ngoại thành Hà Nội đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía nam thành phố (20.6%), huyện Thanh Trì (41%) và Gia Lâm (18. Điều nguy hiểm là asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả khi ở hàm lượng gây chết người nên nếu không phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn tại của asen. Bởi vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’.
Hiện nay có khoảng 13.5% dân số Việt Nam (10-15 triệu người đang sử dụng nước ăn từ giếng khoan nên rất dễ bị nhiễm asen). Nhìn chung, Asen trong nước mặt ở vùng mặn, lợ và ngọt ở ĐBSCL gia tăng từ sông rạch trong nội địa ra đến cửa sông ven biển và từ thượng nguồn đến hạ nguồn sông Tiền và Sông Hậu. Tại vùng mặn giá trị trung bình khoảng cao gấp 4 lần so với quy chuẩn nước ven bờ. Trên sông Cần Thơ, đoạn Cái Răng nồng độ Asen khá cao 8.
Tính chất và các hợp chất của Asen [3] Tính chất lý học: về tính chất lý học asen có tính chất gần với các kim loại, nó có bốn dạng thù hình: dạng kim loại, vàng, xám và nâu. Asen thường gặp ở dạng kim loại có màu sang bạc, asen kim loại có ánh kim, có cấu trúc tinh thể gần giống photpho đen. Một số thông số vật lý của asen như sau: tỉ trọng: 5.7 g/cm3, độ dẫn điện: 30 μΩ.cm, bán kính nguyên tử: 1.21 Å, năng lượng ion hoá thứ nhất: 9.81 3 Tổng hợp Hydroxyapatit từ vỏ sò dùng làm chất hấp phụ Asen eV, nhiệt độ nóng chảy 817°C, nhiệt độ bay hơi 615°C, khi gặp lạnh nó ngưng lại thành tinh thể tà phương, hơi asen có mùi tỏi rất độc. Asen là chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột.
Người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn của asen như GaAs và nó cũng có tính chất bán dẫn như Silic (Si) và Germani (Ge). Tính chất hoá học và các hợp chất của asen Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hoá học gần với tính chất của á kim, cấu hình lớp vỏ điện tử hoá trị của asen là 4s24p3. Trong cấu hình điện tử của asen có sự tham gia của các vân đạo d vì vậy có khả năng mở rộng vỏ hoá trị, trong các hợp chất asen có 4 số oxi hoá: -3; 0; +3; +5. Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho asen.
Về tính chất điện thế, asen đứng giữa hidro và đồng nên nó không tác dụng với các axit không có tính oxi hóa, nhưng dễ dàng phản ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc. Asen tinh khiết được xem là không độc, nhưng trong điều kiện bình thường asen không bao giờ ở trạng thái tinh khiết, vì khi tiếp xúc với không khí một phần asen bị oxi hóa thành các oxit rất độc. Asen có thể tạo thành ba oxit là trioxit asen, tetraoxit asen và pentaoxit asen. Sau đây là một vài dạng hợp chất điển hình của asen: + Trioxit asen (As2O3): còn được gọi là oxit asenơ hay anhidrit asenơ.
Đó là dạng bột hoặc dạng vô định hình. Bột trioxit asen thô thu được từ các quặng chứa asen được làm thăng hoa, hàm lượng As2O3 trong bột thô là 97%. Trioxit asen phản ứng với nước tạo thành axit asenơ (H3AsO3), từ axit này tạo thành các muối asenit. + Pentoxit asen (As2O5): hay anhidrit asenic là dạng bột màu trắng được sử dụng trong công nghệ thủy tinh, làm các hóa chất trừ dịch hại.
Phản ứng với nước tạo thành axit asenic (H2AsO4) và từ đó tạo thành các muối asenat. + Clorua asen (AsCl3): là dung dịch dầu, màu vàng nhạt, được sử dụng trong kỹ nghệ gốm. + Asin (AsH3): là một hợp chất vô cơ của asen ở thể khí, là một khí cực độc. Tùy theo từng điều kiện môi trường mà asen có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: -3; 0; +3; +5.
Trong nước tự nhiên, asen tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)]. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi hoá khử Eh của môi trường. 4 Tổng hợp Hydroxyapatit từ vỏ sò dùng làm chất hấp phụ Asen 2. Độc tính của Asen [4] Độ độc của asen phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa của asen, phụ thuộc vào dạng tồn tại vô cơ hay hữu cơ.
As(III) độc hơn nhiều so với As(V), asen vô cơ độc hơn rất nhiều so với asen hữu cơ. Qua nhiều nghiên cứu người ta thấy rằng độ độc giảm dần theo thứ tự: asin > asenit > asenat > monometyl asenat > đimetyl asenat. Dạng xâm nhập chính vào cơ thể là asen dạng vô cơ, đặc biệt là Asen (III) dễ hấp thụ vào cơ thể con người qua đường ăn uống. Các hợp chất asenit và asenat vô cơ bền, có khả năng hòa tan trong nước đều dễ dàng hấp thụ vào dạ dày và các tế bào của cơ thể.
As(III) cản trở nhóm (-SH) gắn vào các enzym và giữ lại trong các protein tế bào của cơ thể như keratin đisunfua trong tóc, móng và da. As(V) không độc bằng As(III) và không gây ức chế đối với hệ enzym. Tuy nhiên As(V) lại ngăn cản sự tổng hợp ATP. Cơ chế gây độc Asen vô cơ phá hủy các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận, nó tác động lên các enzim tấn công vào các nhóm hoạt động -SH của enzim làm vô hiệu hoá enzim: As(III) ở nồng độ cao còn làm đông tụ protein, có lẽ do As(III) tấn công vào các liên kết có nhóm sunfua.
Trong môi trường yếm khí As(III) có thể tạo hợp chất (CH3)3As rất độc. As(V) ở dạng có tính chất tương tự sẽ thay thế gây ức chế enzim, ngăn cản quá trình tạo ATP là chất sản sinh ra năng lượng sinh học. Nó can thiệp và làm rối loạn một số quá trình sinh hóa của cơ thể. Asen hữu cơ tác động lên các tế bào sinh học.
Các dạng As hữu cơ có tính độc thấp hơn rất nhiều, một số hợp chất As(V) vô cơ thậm chí không độc. Sự nhiễm độc asen Sự nhiễm độc asen được gọi là arsenicosis.