Nghiên Cứu Tổng Hợp Và Đặc Trưng Vật Liệu Hấp Phụ Chọn Lọc Hơi Thủy Ngân Từ Than Hoạt Tính

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu hấp thụ chọn lọc hơi hg từ than hoạt tính, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Lê Thị Cẩm Nhung
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Quang Trung
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Và Đặc Trưng Vật Liệu Hấp Phụ Chọn Lọc Hơi Hg Từ Than Hoạt Tính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Độc tính và các nguồn phát thải thủy ngân
• 1.1.1. Giới thiệu chung về thủy ngân
• 1.1.2. Độc tính của thủy ngân
• 1.1.3. Các nguồn phát thải thủy ngân
• 1.1.4. Các công nghệ kiểm soát hơi thủy ngân
• 1.1.4.1. Công nghệ tinh chế nguyên liệu đầu vào
• 1.1.4.2. Công nghệ dùng tháp hấp thụ
• 1.1.4.3. Công nghệ dùng tháp hấp phụ
• 1.1.5. Các loại vật liệu hấp phụ xử lý hơi thủy ngân
• 1.1.5.1. Các loại vật liệu từ than hoạt tính
• 1.1.5.2. Các vật liệu khác
• 1.2. Mục tiêu và nội dung thực nghiệm
• 1.3. Nguyên vật liệu, hóa chất
• 1.3.1. Nguyên vật liệu
• 1.3.2. Thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân
• 1.3.2.1. Cấu tạo thiết bị
• 1.3.2.2. Nguyên tắc vận hành
• 1.4. Biến tính than hoạt tính bằng các hợp chất chứa clorua
• 1.4.1. Biến tính than bằng dung dịch HCl
• 1.4.2. Biến tính than bằng dung dịch ZnCl2
• 1.4.3. Biến tính than bằng dung dịch FeCl3
• 1.4.4. Biến tính than bằng dung dịch CuCl2
• 1.5. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang đến nồng độ thủy ngân đầu vào
• 1.6. Khảo sát các điều kiện biến tính than hoạt tính
• 1.6.1. Khảo sát hóa chất ngâm tẩm phù hợp
• 1.6.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính than hoạt tính với hóa chất đã lựa chọn
• 1.7. Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu
• 1.8. Phương pháp định lượng hơi thủy ngân trong dung dịch hấp thụ
• 1.9. Xác định đặc trưng của vật liệu
• 1.9.1. Đo phổ bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electronic Microscopy)
• 1.9.2. Đo phổ hồng ngoại (IR – InfraRed Spectroscopy)
• 1.9.3. Đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS – Energy-dispersive X-ray Spectroscopy)
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang đến nồng độ thủy ngân đầu vào
• 2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của các vật liệu
• 2.2.1. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của cát và than hoạt tính
• 2.2.2. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính đã biến tính bằng dung dịch HCl ở các nồng độ khác nhau
• 2.2.3. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính đã biến tính bằng dung dịch ZnCl2 ở các nồng độ khác nhau
• 2.2.4. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính đã biến tính bằng dung dịch CuCl2 ở các nồng độ khác nhau
• 2.2.5. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính đã biến tính bằng dung dịch FeCl3 ở các nồng độ khác nhau
• 2.2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính than hoạt tính bằng dung dịch CuCl2
• 2.2.6.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch CuCl2 đến khả năng hấp phụ hơi Hg của than biến tính
• 2.2.6.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình biến tính than hoạt tính bằng dung dịch CuCl2 1,0M
• 2.2.6.3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm tẩm đến quá trình biến tính than hoạt tính bằng dung dịch CuCl2 1,0M ở pH=3
• 2.2.7. Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu
• 2.2.8. Đặc trưng của vật liệu được xác định dựa trên dữ liệu phổ SEM, IR, BET và EDS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Hấp Phụ Hơi Thủy Ngân

Thủy ngân là một kim loại độc hại, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các nguồn phát thải thủy ngân bao gồm các nhà máy nhiệt điện than, lò đốt rác thải, và các cơ sở luyện kim. Việc kiểm soát phát thải thủy ngân, đặc biệt là hơi thủy ngân, là một vấn đề cấp thiết. Than hoạt tính là một vật liệu hấp phụ tiềm năng do khả năng bắt giữ hơi thủy ngân tốt và chi phí tương đối thấp. Tuy nhiên, thủy ngân đã hấp phụ có thể phát tán trở lại môi trường khi điều kiện thay đổi. Do đó, việc biến tính than hoạt tính để tăng cường khả năng liên kết và lưu giữ thủy ngân là rất quan trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng than hoạt tính biến tính bằng các hợp chất clorua để hấp phụ chọn lọc hơi thủy ngân.

1.1. Giới thiệu về ô nhiễm thủy ngân và nguồn phát thải

Ô nhiễm thủy ngân là một vấn đề toàn cầu, đe dọa sức khỏe con người và môi trường. Theo báo cáo của Chương trình Đánh giá và Giám sát Bắc Cực (AMAP), lượng thủy ngân cao được tìm thấy trong cơ thể động vật ở Bắc Cực. Các nguồn phát thải thủy ngân chính bao gồm các nhà máy nhiệt điện than, lò đốt rác thải nguy hại, và các cơ sở luyện kim. Việc kiểm soát phát thải thủy ngân tại nguồn là rất quan trọng để giảm thiểu ô nhiễm. Các nhà máy nhiệt điện than phát thải khoảng 150 tấn thủy ngân mỗi năm, trong đó các nhà máy ở Mỹ và Trung Quốc chiếm phần lớn. Các hoạt động khác như đốt rác thải và luyện kim cũng đóng góp đáng kể vào lượng thủy ngân phát thải.

1.2. Tổng quan về vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân

Nhiều loại vật liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng để hấp phụ hơi thủy ngân, bao gồm than hoạt tính, zeolite, và các vật liệu nano. Than hoạt tính là một lựa chọn phổ biến do chi phí thấp và khả năng hấp phụ tốt. Tuy nhiên, để tăng cường hiệu quả hấp phụ và ngăn ngừa thủy ngân phát tán trở lại môi trường, than hoạt tính thường được biến tính bằng các phương pháp khác nhau. Các phương pháp biến tính bao gồm tẩm hóa chất, xử lý nhiệt, và biến đổi bề mặt. Việc lựa chọn vật liệu hấp phụ phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chi phí, hiệu quả hấp phụ, và khả năng tái sinh.

II. Thách Thức Độc Tính Thủy Ngân và Kiểm Soát Ô Nhiễm

Thủy ngân là một kim loại nặng độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Độc tính của thủy ngân phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Hơi thủy ngân đặc biệt nguy hiểm vì nó dễ dàng xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương. Ion thủy ngân (II) cũng rất độc, có thể kết hợp với các amino axit chứa lưu huỳnh trong protein, gây rối loạn chức năng tế bào. Việc kiểm soát ô nhiễm thủy ngân đòi hỏi các giải pháp hiệu quả để loại bỏ thủy ngân khỏi khí thải và nước thải. Các công nghệ hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế về chi phí, hiệu quả, và khả năng tái sinh vật liệu.

2.1. Các dạng tồn tại và độc tính của thủy ngân

Thủy ngân tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm thủy ngân kim loại, hơi thủy ngân, ion thủy ngân (I), ion thủy ngân (II), và các hợp chất hữu cơ thủy ngân. Độc tính của thủy ngân phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Hơi thủy ngân rất độc vì nó dễ dàng xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương và gây tổn thương não. Ion thủy ngân (II) có thể kết hợp với các protein trong cơ thể, gây rối loạn chức năng tế bào. Các hợp chất hữu cơ thủy ngân, như metyl thủy ngân, đặc biệt nguy hiểm vì chúng có thể tích lũy trong chuỗi thức ăn và gây hại cho sức khỏe con người.

2.2. Các công nghệ kiểm soát ô nhiễm thủy ngân hiện tại

Các công nghệ kiểm soát ô nhiễm thủy ngân bao gồm hấp phụ, hấp thụ, kết tủa, và màng lọc. Công nghệ hấp phụ sử dụng các vật liệu như than hoạt tính để loại bỏ thủy ngân khỏi khí thải và nước thải. Công nghệ hấp thụ sử dụng các dung dịch hóa học để hòa tan thủy ngân. Kết tủa sử dụng các hóa chất để tạo thành các hợp chất không tan của thủy ngân, sau đó được loại bỏ bằng cách lọc. Màng lọc sử dụng các màng bán thấm để tách thủy ngân khỏi nước thải. Mỗi công nghệ có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chi phí, hiệu quả, và loại hình ô nhiễm.

III. Phương Pháp Biến Tính Than Hoạt Tính Hấp Phụ Thủy Ngân

Để cải thiện khả năng hấp phụ và tính chọn lọc của than hoạt tính đối với hơi thủy ngân, phương pháp biến tính than hoạt tính bằng các hợp chất clorua được sử dụng. Quá trình này bao gồm ngâm tẩm than hoạt tính trong dung dịch chứa clorua, sau đó sấy khô và nung. Các hợp chất clorua có thể tạo ra các trung tâm hoạt động trên bề mặt than hoạt tính, tăng cường khả năng liên kết với thủy ngân. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính bao gồm nồng độ dung dịch clorua, thời gian ngâm tẩm, nhiệt độ, và pH.

3.1. Quy trình biến tính than hoạt tính bằng clorua

Quy trình biến tính than hoạt tính bằng clorua bao gồm các bước sau: chuẩn bị dung dịch clorua với nồng độ mong muốn, ngâm tẩm than hoạt tính trong dung dịch trong một khoảng thời gian nhất định, lọc và rửa than hoạt tính để loại bỏ dung dịch dư thừa, sấy khô than hoạt tính ở nhiệt độ thấp, và nung than hoạt tính ở nhiệt độ cao để tạo ra các trung tâm hoạt động trên bề mặt. Các hợp chất clorua thường được sử dụng bao gồm HCl, ZnCl2, FeCl3, và CuCl2. Việc lựa chọn hợp chất clorua phù hợp phụ thuộc vào tính chất của than hoạt tính và yêu cầu của quá trình hấp phụ.

3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình biến tính

Nồng độ dung dịch clorua ảnh hưởng đến lượng clorua được hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính. Thời gian ngâm tẩm ảnh hưởng đến sự phân bố của clorua trên bề mặt than hoạt tính. Nhiệt độ sấy khô và nung ảnh hưởng đến sự hình thành các trung tâm hoạt động. pH của dung dịch ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của clorua và sự tương tác giữa clorua và bề mặt than hoạt tính. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả biến tính cao nhất.

IV. Nghiên Cứu Đánh Giá Khả Năng Hấp Phụ Hơi Thủy Ngân

Nghiên cứu này đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính đã được biến tính bằng các dung dịch clorua khác nhau. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định dung lượng hấp phụ, tính chọn lọc, và độ bền của vật liệu. Các phương pháp phân tích như SEM, IR, và EDS được sử dụng để xác định đặc trưng của vật liệu và cơ chế hấp phụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng than hoạt tính biến tính có khả năng hấp phụ hơi thủy ngân cao hơn so với than hoạt tính chưa biến tính.

4.1. Phương pháp đánh giá hiệu quả hấp phụ

Hiệu quả hấp phụ được đánh giá bằng cách đo lượng hơi thủy ngân được hấp phụ bởi vật liệu trong một khoảng thời gian nhất định. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện kiểm soát, với nồng độ hơi thủy ngân, nhiệt độ, và áp suất được duy trì ổn định. Lượng hơi thủy ngân được hấp phụ được xác định bằng các phương pháp phân tích như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) hoặc sắc ký khí (GC). Tính chọn lọc được đánh giá bằng cách đo khả năng hấp phụ hơi thủy ngân trong sự hiện diện của các chất ô nhiễm khác.

4.2. Phân tích đặc trưng vật liệu bằng SEM IR và EDS

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của vật liệu. Phổ hồng ngoại (IR) được sử dụng để xác định các nhóm chức trên bề mặt vật liệu. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) được sử dụng để xác định thành phần nguyên tố của vật liệu. Các phương pháp phân tích này cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc và tính chất của vật liệu, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ.

V. Kết Quả Ảnh Hưởng Của CuCl2 Đến Hấp Phụ Thủy Ngân

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc biến tính than hoạt tính bằng dung dịch CuCl2 có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ hơi thủy ngân. Nồng độ dung dịch CuCl2, pH, và thời gian ngâm tẩm đều ảnh hưởng đến hiệu quả biến tính. Than hoạt tính biến tính bằng dung dịch CuCl2 1,0M ở pH=3 trong 7 giờ cho thấy khả năng hấp phụ hơi thủy ngân cao nhất. Phân tích SEM, IR, và EDS cho thấy rằng CuCl2 đã tạo ra các trung tâm hoạt động trên bề mặt than hoạt tính, tăng cường khả năng liên kết với thủy ngân.

5.1. Tối ưu hóa điều kiện biến tính bằng CuCl2

Nồng độ dung dịch CuCl2 tối ưu là 1,0M. pH tối ưu là 3. Thời gian ngâm tẩm tối ưu là 7 giờ. Các điều kiện này tạo ra sự phân bố đồng đều của CuCl2 trên bề mặt than hoạt tính và tạo ra số lượng lớn các trung tâm hoạt động. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả hấp phụ cao nhất.

5.2. Cơ chế hấp phụ hơi thủy ngân trên than biến tính

Cơ chế hấp phụ hơi thủy ngân trên than hoạt tính biến tính bằng CuCl2 có thể bao gồm sự hình thành các phức chất giữa thủy ngân và các ion clorua trên bề mặt than hoạt tính. Các ion Cu2+ cũng có thể đóng vai trò là trung tâm hoạt động, tăng cường khả năng liên kết với thủy ngân. Ngoài ra, sự tăng diện tích bề mặt và độ xốp của than hoạt tính sau khi biến tính cũng góp phần vào việc tăng khả năng hấp phụ.

VI. Ứng Dụng và Tương Lai Vật Liệu Hấp Phụ Hơi Thủy Ngân

Vật liệu than hoạt tính biến tính có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý khí thải và nước thải chứa thủy ngân. Việc sử dụng vật liệu này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm thủy ngân và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc cải thiện độ bền và khả năng tái sinh của vật liệu, cũng như giảm chi phí sản xuất. Việc phát triển các vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân hiệu quả và thân thiện với môi trường là rất quan trọng để giải quyết vấn đề ô nhiễm thủy ngân toàn cầu.

6.1. Ứng dụng trong xử lý khí thải và nước thải

Than hoạt tính biến tính có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý khí thải của các nhà máy nhiệt điện than, lò đốt rác thải, và các cơ sở luyện kim. Vật liệu này cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải để loại bỏ thủy ngân khỏi nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Việc sử dụng vật liệu này có thể giúp đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai

Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc cải thiện độ bền và khả năng tái sinh của vật liệu. Các phương pháp tái sinh vật liệu bao gồm xử lý nhiệt, rửa bằng hóa chất, và sử dụng vi sóng. Việc giảm chi phí sản xuất cũng là một yếu tố quan trọng để tăng tính cạnh tranh của vật liệu. Ngoài ra, việc phát triển các vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân từ các nguồn phế thải nông nghiệp và công nghiệp cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo các báo cáo đánh giá môi trường toàn cầu, mỗi năm có khoảng 1.000 đến 6.000 tấn thủy ngân được phát thải vào sinh quyển, trong đó 30% đến 55% phát tán trực tiếp vào bầu khí quyển. Riêng các nhà máy nhiệt điện đốt than trên thế giới thải ra khoảng 150 tấn thủy ngân mỗi năm. Bên cạnh đó, sự gia tăng sử dụng các thiết bị chiếu sáng dân dụng như bóng đèn huỳnh quang compact (mỗi bóng chứa trung bình khoảng 5 mg thủy ngân nguyên tố) khi bị thải bỏ hoặc vỡ vụn tại các bãi chôn lấp rác thải đô thị đang tạo ra nguồn phát thải hơi thủy ngân thứ cấp vô cùng độc hại.

Thủy ngân nguyên tố ở pha hơi ($Hg^0$) có đặc tính bay hơi mạnh ở nhiệt độ phòng, áp suất hơi bão hòa đạt $1,3 \times 10^{-3}\text{ mmHg}$ ở 20°C, tương đối trơ về mặt hóa học và dễ dàng xâm nhập vào hệ tuần hoàn qua đường hô hấp, gây tổn thương nghiêm trọng đến hệ thần kinh trung ương và các cơ quan nội tạng. Các công nghệ xử lý khí thải ướt truyền thống thường chỉ loại bỏ hiệu quả các ion $Hg^{2+}$ mà khó bắt giữ được $Hg^0$ do độ tan trong nước cực thấp. Trong khi đó, than hoạt tính thương phẩm chưa biến tính có dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân hạn chế và dễ xảy ra hiện tượng giải hấp khi nhiệt độ dao động.

Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hóa môi trường của tác giả Lê Thị Cẩm Nhung, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Đỗ Quang Trung tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội (năm 2012), đã giải quyết trực tiếp vấn đề này. Đề tài tập trung nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng hóa vật liệu hấp phụ chọn lọc hơi thủy ngân từ nguồn than hoạt tính gáo dừa Trà Bắc (Trà Vinh, Việt Nam) được biến tính bề mặt bằng các hợp chất muối clorua ($HCl$, $ZnCl_2$, $FeCl_3$, $CuCl_2$). Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi tận dụng nguồn nguyên liệu nội địa giá rẻ để tạo ra vật liệu xử lý khí thải đạt hiệu suất thu giữ thủy ngân trên 90%, giảm thiểu đáng kể chi phí xử lý so với các dòng vật liệu nhập khẩu đắt đỏ (vốn có chi phí xử lý lên tới 110.000 – 150.000 USD cho mỗi kg thủy ngân thu hồi).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết hóa học và môi trường chuyên sâu:

• Thuyết hấp phụ đa pha (Multiphase Adsorption Theory): Mô tả quá trình lưu giữ hơi kim loại trên bề mặt chất rắn xốp qua hai cơ chế song song là hấp phụ vật lý (dựa vào lực hút Van der Waals trên hệ vi mao quản) và hấp phụ hóa học (tương tác tạo liên kết hóa trị và trao đổi electron giữa các tâm hoạt tính bề mặt với phân tử chất bị hấp phụ).
• Thuyết tạo phức phối trí của ion kim loại chuyển tiếp: Khả năng tạo phức bền vững của ion thủy ngân với các phối tử halogenua theo dãy độ bền tăng dần, trong đó phức chất $[HgCl_4]^{2-}$ có hằng số bền $K_b = 1,66 \times 10^{15}$, đóng vai trò quyết định trong việc cố định $Hg$ trên pha rắn.
• Mô hình oxy hóa - khử dị thể pha khí - rắn: Cơ chế chuyển hóa thủy ngân nguyên tố dạng hơi trơ ($Hg^0$) thành các hợp chất thủy ngân có số oxy hóa cao hơn ($Hg_2Cl_2$, $HgCl_2$) nhờ các ion kim loại chuyển tiếp mang tính oxy hóa cao như $Cu^{2+}$, $Fe^{3+}$.

Các khái niệm then chốt bao gồm: dung lượng hấp phụ cực đại ($q_{max}$), tải trọng hấp phụ động học, quá trình biến tính ngâm tẩm hóa chất, và phản ứng tạo phức chelate cố định thủy ngân.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình chế tạo và đánh giá nghiêm ngặt tại phòng thí nghiệm:

• Vật liệu và tiền xử lý: Sử dụng than hoạt tính Trà Bắc (hoạt hóa từ gáo dừa ở nhiệt độ 900 – 1.000°C), được nghiền mịn và sàng lấy kích thước hạt đồng đều $d < 0,5\text{ mm}$, rửa sạch tạp chất bằng nước cất và sấy khô. Cát thạch anh lọc nước ($0,5\text{ mm} < d < 1,18\text{ mm}$) được rửa sạch, sấy ở 110°C và phối trộn với than theo tỷ lệ khối lượng 1 than : 4 cát nhằm tạo lớp đệm phân tán, chống sụt áp và tránh tắc nghẽn dòng khí trong cột phản ứng.
• Cỡ mẫu và quy trình chọn mẫu: Tiến hành khảo sát trên 25 mẫu vật liệu biến tính độc lập với các tác nhân $HCl$ (nồng độ từ 0,5N đến 10N), $ZnCl_2$, $FeCl_3$ (nồng độ 0,1M đến 0,5M) và $CuCl_2$ (nồng độ 0,1M đến 1,0M; dải pH từ 1 đến 5; thời gian ngâm tẩm từ 1 đến 9 giờ). Việc lựa chọn dải nồng độ và thông số đa dạng này nhằm xác định chính xác ảnh hưởng của từng yếu tố lên dung lượng hấp phụ.
• Thiết bị và phương pháp phân tích: Thiết kế hệ thống hấp phụ dòng liên tục quy mô phòng thí nghiệm gồm bình điều nhiệt chứa $Hg$ lỏng, lưu lượng kế kiểm soát dòng khí mang $N_2$ (tốc độ 0,5 – 2,0 lít/phút), cột nhồi vật liệu hấp phụ, và hệ thống 3 bình hấp thụ nối tiếp chứa dung dịch $KMnO_4\text{ 0,1N}$ trong $H_2SO_4\text{ 2N}$ để bẫy toàn bộ lượng $Hg$ dư. Lượng $Hg$ hấp phụ được định lượng gián tiếp thông qua phương pháp trắc quang/chuẩn độ hóa học dung dịch hấp thụ.
• Đặc trưng hóa cấu trúc vật liệu: Sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái bề mặt; phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để xác định các nhóm chức bề mặt; phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) để định lượng thành phần nguyên tố ($C$, $O$, $Cu$, $Cl$, $Hg$); và phương pháp BET để đo diện tích bề mặt riêng. Toàn bộ chu trình thực nghiệm được triển khai trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã mang lại các phát hiện khoa học quan trọng:

1. Hiệu năng vượt trội của than biến tính $CuCl_2$: Trong số các tác nhân ngâm tẩm ($HCl$, $ZnCl_2$, $FeCl_3$, $CuCl_2$), than biến tính bằng dung dịch $CuCl_2$ cho dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân cao nhất. Trong khi cát trơ hầu như không có khả năng hấp phụ ($< 0,01\text{ mg/g}$) và than hoạt tính nguyên bản chỉ đạt dung lượng $0,18\text{ mg/g}$ sau 4 giờ chạy phản ứng, than biến tính $CuCl_2\text{ 1,0M}$ đạt dung lượng hấp phụ lên tới $1,68\text{ mg/g}$, cao gấp hơn 9,3 lần (tương đương mức tăng hơn 830%) so với than nguyên bản.
2. Ảnh hưởng quyết định của nồng độ muối và pH ngâm tẩm: Khi nồng độ dung dịch $CuCl_2$ tăng từ 0,1M lên 1,0M, dung lượng hấp phụ của than tăng đều từ $0,45\text{ mg/g}$ lên $1,68\text{ mg/g}$. Môi trường pH trong quá trình ngâm tẩm đóng vai trò then chốt: tại $\text{pH} = 3,0$, vật liệu đạt dung lượng hấp phụ cực đại ($1,68\text{ mg/g}$), cao hơn 46% so với mẫu chế tạo tại $\text{pH} = 5,0$ ($1,15\text{ mg/g}$) và cao hơn 29% so với mẫu tại $\text{pH} = 1,0$ ($1,30\text{ mg/g}$).
3. Thời gian ngâm tẩm và động học cân bằng hấp phụ: Khảo sát thời gian ngâm tẩm từ 1 đến 9 giờ cho thấy dung lượng hấp phụ tăng nhanh từ 1 đến 7 giờ (đạt đỉnh $1,72\text{ mg/g}$ ở mốc 7 giờ), sau đó giữ nguyên khi kéo dài lên 9 giờ. Dữ liệu động học cho thấy vật liệu duy trì hiệu suất bắt giữ thủy ngân trên 90% liên tục trong 4 giờ đầu và đạt trạng thái bão hòa hấp phụ sau khoảng 8 đến 10 giờ vận hành liên tục trong dòng khí.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm được biểu diễn rõ nét qua biểu đồ động học hấp phụ và bảng số liệu phân tích đặc trưng bề mặt. Phép đo diện tích bề mặt riêng BET cho thấy than hoạt tính nguyên bản có diện tích bề mặt lớn ($850\text{ m}^2\text{/g}$), nhưng sau khi tẩm $CuCl_2$, diện tích bề mặt giảm nhẹ xuống còn khoảng $610 - 640\text{ m}^2\text{/g}$. Nguyên nhân là do các tinh thể hợp chất đồng clorua kích thước nanomet đã xâm nhập và phân tán đều vào bên trong các mao quản xốp của than.

Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) khẳng định cấu trúc tổ ong xốp của than đã được phủ một lớp hạt mịn đồng nhất. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ghi nhận sự hiện diện rõ rệt của nguyên tố đồng ($Cu$ chiếm khoảng 4,8% đến 6,1% khối lượng) và clo ($Cl$ chiếm 5,2% đến 7,5% khối lượng). Sau khi dẫn khí chứa hơi thủy ngân đi qua cột, phổ EDS của mẫu vật liệu sau phản ứng xuất hiện đỉnh đặc trưng của thủy ngân ($Hg$ chiếm khoảng 1,5% đến 2,3% khối lượng bề mặt).

Cơ chế hấp phụ được giải thích thông qua chuỗi phản ứng oxy hóa - khử dị thể và tạo phức:

$$CuCl_2 + Hg^0 \rightarrow CuCl + HgCl$$

$$2HgCl + CuCl_2 \rightarrow 2HgCl_2 + Cu$$

$$HgCl_2 + 2Cl^- \rightarrow [HgCl_4]^{2-}$$

Sự kết hợp giữa ion $Cu^{2+}$ (chất oxy hóa) và ion $Cl^-$ (tác nhân tạo phức) trên nền khung cacbon xốp tạo ra các tâm bẫy hóa học vô cùng bền vững. Ngược lại với các nghiên cứu sử dụng $ZnCl_2$ hay $HCl$ (vốn chỉ tạo tương tác yếu hơn hoặc dễ bị rửa trôi), hệ biến tính $CuCl_2$ biến đổi hoàn toàn hơi $Hg^0$ dễ bay hơi thành muối và phức $Hg(II)$ cố định chặt chẽ trên pha rắn, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ tái phát tán ra môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa quy trình chế tạo vật liệu ở quy mô pilot: Đề nghị các viện nghiên cứu và doanh nghiệp khoa học công nghệ tiến hành mở rộng quy mô tổng hợp than hoạt tính biến tính $CuCl_2\text{ 1,0M}$ ($\text{pH} = 3,0$, ngâm tẩm 7 giờ) từ mẻ phòng thí nghiệm lên quy mô pilot 50 – 100 kg/mẻ trong vòng 6 – 12 tháng, kiểm soát sai số nồng độ muối ngâm tẩm dưới 3% để đảm bảo chất lượng đồng đều.
2. Thử nghiệm tích hợp hệ thống hấp phụ tại các nhà máy nhiệt điện than: Tập đoàn Điện lực và các nhà máy nhiệt điện (như Phả Lại, Ninh Bình, Mông Dương) cần triển khai lắp đặt hệ thống module tháp hấp phụ tầng cố định hoặc hệ thống phun than biến tính vào dòng khí thải trước buồng lọc bụi tĩnh điện (ESP), đặt mục tiêu cắt giảm 85% đến 95% lượng hơi thủy ngân phát thải trong lộ trình 18 tháng tới.
3. Xây dựng trạm thu gom và xử lý bóng đèn compact thải bỏ: Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng các công ty môi trường đô thị cần áp dụng mô hình thiết bị nghiền kín kết hợp cột lọc than gáo dừa biến tính để thu hồi hơi thủy ngân giải phóng từ các bóng đèn huỳnh quang hỏng, phấn đấu đạt mục tiêu xử lý an toàn 80% lượng bóng đèn thải tại các thành phố lớn trong vòng 24 tháng.
4. Phát triển công nghệ giải hấp nhiệt và thu hồi thủy ngân kim loại: Nhóm nghiên cứu môi trường cần tiếp tục hoàn thiện công nghệ tái sinh than biến tính bằng phương pháp gia nhiệt có kiểm soát ở 350 – 450°C trong môi trường khí trơ $N_2$ để thu hồi thủy ngân lỏng tinh khiết, giảm hơn 90% khối lượng chất thải nguy hại cần chôn lấp vĩnh viễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Hóa học, Kỹ thuật Môi trường: Tài liệu cung cấp phương pháp luận chuẩn xác về công nghệ biến tính vật liệu xốp, quy trình bố trí thí nghiệm hấp phụ pha khí - rắn và kỹ năng phân tích chuyên sâu các dữ liệu phổ hiện đại (SEM, FTIR, EDS, BET).
• Kỹ sư vận hành hệ thống xử lý khí thải công nghiệp: Cung cấp thông số vận hành thực tế (lưu lượng khí mang, tỷ lệ đệm cát 1:4, nhiệt độ phản ứng, dung lượng hấp phụ cân bằng) để trực tiếp tính toán, thiết kế tháp hấp phụ xử lý khí thải chứa kim loại nặng độc hại.
• Doanh nghiệp sản xuất than hoạt tính và vật liệu lọc môi trường: Mở ra hướng đi mới nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị thương phẩm của than gáo dừa Việt Nam thành vật liệu lọc khí công nghệ cao, cạnh tranh trực tiếp với các dòng than nhập khẩu.
• Cán bộ quản lý môi trường tại các cơ quan ban ngành: Nắm bắt cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy để phục vụ công tác xây dựng định mức xả thải, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kiểm soát thủy ngân và xây dựng lộ trình thực thi Công ước Minamata tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao than hoạt tính gáo dừa Trà Bắc lại được chọn làm vật liệu nền?

Than hoạt tính gáo dừa Trà Bắc được hoạt hóa ở nhiệt độ cao (900 – 1.000°C), sở hữu hệ thống vi mao quản phát triển với diện tích bề mặt riêng đạt trên $800\text{ m}^2\text{/g}$ và độ bền cơ học cao. Đây là nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, giá thành rẻ, rất ổn định khi ngâm tẩm hóa chất và vận hành trong cột nhồi.

Cơ chế nào giúp than biến tính $CuCl_2$ giữ hơi thủy ngân tốt hơn than nguyên bản?

Than nguyên bản chỉ giữ thủy ngân bằng lực hấp phụ vật lý yếu nên hiệu suất thấp và dễ bị giải hấp. Khi biến tính bằng $CuCl_2$, $Cu^{2+}$ đóng vai trò chất oxy hóa chuyển $Hg^0$ thành $Hg^{2+}$, kết hợp với ion $Cl^-$ tạo thành phức chất $[HgCl_4]^{2-}$ cực kỳ bền vững ($K_b = 1,66 \times 10^{15}$), giúp cố định chặt chẽ thủy ngân trên bề mặt than.

Vai trò của việc phối trộn cát với than hoạt tính theo tỷ lệ 1:4 trong cột hấp phụ là gì?

Cát lọc nước ($0,5\text{ mm} < d < 1,18\text{ mm}$) đóng vai trò làm pha đệm trơ giúp phân tán đều dòng khí, giảm hiện tượng sụt áp và ngăn ngừa hiện tượng dòng chảy ngắn (channeling). Nhờ đó, hơi thủy ngân tiếp xúc đồng đều với toàn bộ diện tích bề mặt của các hạt than mịn ($d < 0,5\text{ mm}$).

Vì sao môi trường $\text{pH} = 3,0$ lại tối ưu nhất cho quá trình ngâm tẩm than với $CuCl_2$?

Ở $\text{pH} < 2,0$, nồng độ ion $H^+$ quá cao sẽ cạnh tranh vị trí hấp phụ trên bề mặt than. Ở $\text{pH} > 4,0$, ion $Cu^{2+}$ bắt đầu bị thủy phân tạo kết tủa hydroxit đồng làm bít tắc các mao quản. Môi trường $\text{pH} = 3,0$ duy trì $Cu^{2+}$ và $Cl^-$ ở dạng ion hòa tan linh động, giúp phân tán sâu và bám dính tối ưu vào mạng lưới mao quản.

Vật liệu sau khi bão hòa thủy ngân được xử lý như thế nào để tránh ô nhiễm thứ cấp?

Vật liệu đã hấp phụ no có thể được xử lý bằng hai phương án: giải hấp nhiệt có kiểm soát ở nhiệt độ 350 – 400°C trong luồng khí trơ để ngưng tụ thu hồi thủy ngân kim loại lỏng tái sử dụng, hoặc phối trộn đóng rắn bằng chất kết dính vô cơ (xi măng, silicat) để chôn lấp an toàn theo đúng quy chuẩn quản lý chất thải nguy hại.

Kết luận

• Luận văn đã tổng hợp thành công vật liệu hấp phụ chọn lọc hơi thủy ngân hiệu năng cao từ than hoạt tính gáo dừa Trà Bắc biến tính bằng dung dịch $CuCl_2\text{ 1,0M}$ ở điều kiện $\text{pH} = 3,0$ và thời gian ngâm tẩm 7 giờ.
• Dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính đạt mức $1,68 - 1,72\text{ mg/g}$, cao gấp hơn 9 lần so với than hoạt tính chưa biến tính, duy trì hiệu suất thu giữ trên 90%.
• Làm sáng tỏ bản chất của quá trình hấp phụ thông qua các kỹ thuật phân tích hiện đại (SEM, FTIR, BET, EDS), chứng minh cơ chế chủ đạo là sự kết hợp giữa hấp phụ vật lý và phản ứng oxy hóa - tạo phức hóa học $[HgCl_4]^{2-}$.
• Thiết kế, lắp đặt và vận hành ổn định hệ thống thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân liên tục quy mô phòng thí nghiệm với độ an toàn cao và sai số lặp lại thấp.
• Mở ra giải pháp công nghệ xử lý khí thải chứa hơi thủy ngân giá thành thấp, tận dụng nguồn nguyên liệu nội địa sẵn có để phục vụ các ngành nhiệt điện than, xử lý rác thải và tái chế thiết bị chiếu sáng.

Trong giai đoạn tiếp theo, các đơn vị nghiên cứu và ứng dụng nên tiến hành thử nghiệm vật liệu trên dòng khí thải thực tế (có chứa hỗn hợp $SO_2$, $NO_x$ và hơi nước ở nhiệt độ 120 – 150°C) và hoàn thiện dây chuyền sản xuất quy mô công nghiệp trong vòng 12 đến 18 tháng tới. Các nhà khoa học, kỹ sư và doanh nghiệp quan tâm hãy tham khảo toàn văn luận văn để tiếp cận toàn bộ số liệu thực nghiệm và sơ đồ thiết kế chi tiết!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Độc tính và các nguồn phát thải thủy ngân 1. Giới thiệu chung về thủy ngân [6] Thủy ngân là nguyên tố thứ 80 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Với cấu hình electron nguyên tử là [Xe]4f 145d106s2, thủy ngân là nguyên tố cuối cùng trong dãy nguyên tố d.

Vì obitan d của nguyên tử nguyên tố đã điền đủ 10 electron nên electron hóa trị của nó chỉ là các electron s và chúng có các trạng thái oxy hóa là 0, +1, +2, trong đó với trạng thái oxy hóa +1 thủy ngân nằm ở dạng ion Hg22  (-Hg-Hg-). Xác suất tạo thành hai trạng thái oxy hóa +1 và +2 là gần tương đương nhau về mặt nhiệt động học, nhưng người ta hay tìm thấy các hợp chất trong đó thủy ngân có số oxy hóa là +2.1 Thủy ngân kim loại ở nhiệt độ Hình 1.2 Khoáng Cinnabar chứa thủy phòng ngân a) Tính chất vật lý [6] Thủy ngân là kim loại màu trắng bạc (Hình 1.1), nhưng trong không khí ẩm chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Trong thiên nhiên, thủy ngân có 7 đồng vị bền, trong đó 200Hg chiếm 23,3% và 202Hg chiếm 29,6%. Thủy ngân là chất lỏng ở nhiệt độ thường, đồng thời là kim loại nặng ở trạng thái lỏng (có 3 z tỷ khối lớn, d=13,55 g/cm3) nên được dùng trong nhiệt kế, áp kế, phù kế và bơm chân không cao.

Thủy ngân kim loại có đặc điểm: mềm, nhiệt độ nóng chảy thấp -38,86˚C, nhiệt độ sôi cao 356,66˚C, dễ bay hơi và ở 20˚C áp suất hơi bão hòa của thủy ngân là 1,3x10-3 mmHg. Vì rất dễ nóng chảy, dễ bay hơi và thường tạo ra ion Hg22  nên có giả thiết cho rằng trong thủy ngân lỏng tồn tại những phân tử giả Hg2. Thủy ngân dễ tan trong dung môi phân cực và dung môi không phân cực. Với các đặc tính của thủy ngân; người ta đựng thủy ngân trong bình tối màu và phải cẩn thận khi sử dụng.

Thủy ngân tạo hợp kim với nhiều kim loại, gọi là hỗn hống (theo tiếng Ả Rập thì hỗn hống gọi là amalgam – nghĩa là hợp kim). Thủy ngân tạo được hỗn hống với Al, Ag, Au; khó tạo hỗn hống với Pt; không tạo hỗn hống với Mn, Fe, Co, Ni; do vậy người ta thường dùng các thùng sắt trong chuyên chở thủy ngân. Cũng dựa trên khả năng này của thủy ngân mà từ xưa người ta đã biết tách vàng, bạc ra khỏi đất. b) Tính chất hóa học [6] Do tương đối trơ về mặt hóa học; thủy ngân không phản ứng với oxy ở nhiệt độ phòng, phản ứng mạnh ở 300˚C tạo ra HgO và ở 400˚C oxit đó lại phân hủy cho ra thủy ngân nguyên tố.

Thủy ngân dễ phản ứng với lưu huỳnh và iot ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, người ta thường dùng lưu huỳnh ở dạng bột mịn để thu gom các hạt thủy ngân bị rơi vãi khi các dụng cụ chứa thủy ngân bị vỡ (bột lưu huỳnh mịn bao phủ xung quanh hạt thủy ngân lỏng ngăn cản nó bay hơi, đồng thời phản ứng tạo thành hợp chất bền HgS không gây độc với người). Thủy ngân phản ứng với các axit có tính oxy hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc. Hg  4 HNO3đ  Hg  NO3 2  2 NO2  2 H 2O 1 3Hg  8HNO3l  3Hg  NO3 2  2 NO  4 H 2O  2  4 z Nếu trong phản ứng các phản ứng này mà người ta sử dụng dư thủy ngân thì sản phẩm của phản ứng có chứa thủy ngân (I) (ở dạng Hg22+).

6Hg  8HNO3l  3Hg2  NO3 2  2 NO  4H 2O  3 c) Các hợp chất của thủy ngân [6]  Thủy ngân (I) halogenua (Hg2X2) Là chất có dạng tinh thể tứ phương, tinh thể Hg2F2 và Hg2I2 có màu vàng còn tinh thể Hg2Cl2 và Hg2Br2 có màu trắng. Trừ Hg2I2 kém bền với nhiệt, còn các halogenua còn lại có thể thăng hoa mà không bị phân hủy. Khi tác dụng với dung dịch NH3, Hg2Cl2 tạo nên một sản phẩm ít tan màu đen bao gồm kết tủa HgNH2Cl màu trắng trộn lẫn với các hạt Hg rất bé màu đen, nó có tên là calomen nghĩa là có màu đen đẹp (calos là đẹp, melos là đen theo tiếng Hy Lạp). Trong điện hóa học, người ta dùng Hg2Cl2 để điều chế điện cực calomen, đây là loại điện cực so sánh được dùng khá phổ biến.

Điện cực đó làm bằng thủy ngân, bên trên có phủ một lớp bột nhão gồm có calomen và thủy ngân, tiếp xúc với dung dịch KCl bão hòa. Ở 25ºC điện cực này có giá trị thế khử chuẩn là 0,246 V.  Thủy ngân (II) oxit (HgO) HgO là chất ở dạng tinh thể tà phương, hạt rất nhỏ có màu vàng, hạt to hơn có màu đỏ. Nó rất ít tan trong nước, dễ tan trong dung dịch axit nhưng không tan trong dung dịch kiềm mạnh.

Khi nó tác dụng với dung dịch NH3 tạo nên hợp chất ít tan màu vàng gọi là bazơ Milon. 2HgO  NH3  H 2O  Hg2 NOH .2H 2O  4  Bazơ Milon phản ứng với axit tạo nên những muối có công thức chung là Hg2NX.H2O, trong đó X là NO3 , ClO4 , Cl  , Br  , I . Sự tạo thành kết tủa nâu Hg2NI.H2O là phản ứng rất nhạy để phát hiện NH3 hoặc NH 4 bằng thuốc thử Nessler (là dung dịch K2[HgI4] trong kiềm). 2K  HgI 4   3KOH  NH3  Hg2 NI .H 2O nâu 7 KI  2H 2O  5 HgO tồn tại ở dạng khoáng vật hiếm Montroidite, dùng để điều chế các hợp chất khác của thủy ngân, chế sơn vỏ tàu biển, thuốc mỡ và pin thủy ngân.

5 z  Muối của thủy ngân (II) Sơ đồ thế oxy hóa khử: Từ giản đồ ta thấy muối của thủy ngân (II) có tính oxy hóa mạnh, tác dụng với nhiều chất khử, giai đoạn đầu cho muối của thủy ngân (I) sau đó mới biến thành thủy ngân (0). Thủy ngân (II) sunfua (HgS) là chất dạng tinh thể có màu đỏ hoặc đen. Thủy ngân (II) suafua màu đỏ tồn tại ở dạng khoáng vật Cinnabar có màu đỏ (Hình 1. Còn khi nghiền lưu huỳnh với thủy ngân hoặc sục khí H2S vào dung dịch muối thủy ngân (II) chúng ta thu được thủy ngân (II) sunfua màu đen.

 Phức chất của thủy ngân (II) [1, 6] Ion Hg2+ tạo nên nhiều phức chất bền, phức có dạng [HgX4]n với X là Cl  , Br  , I  , CN  , SCN  , NH 3. và n nhận giá trị là 2+ hoặc 2-. Hằng số bền của các phức cho bởi Bảng 1.1 Hằng số bền của phức chất [HgX4]n Phức [HgCl4]2- [HgBr4]2- [HgI4]2- [Hg(CN)4]2- [Hg(SCN)4]2- [Hg(NH3)4]2+ chất Hằng số 1,66x1015 4,4x1021 1,5x1030 9,3x1038 1,69x102 1,8x1019 bền, Kb Dựa trên khả năng tạo phức này của thủy ngân (II) mà hai phức chất được dùng nhiều trong hóa học phân tích là K2[HgI4] và (NH4)2[Hg(SCN)4]. * Thuốc thử Nessler (K2[HgI4] trong dung dịch KOH) được dùng để định tính và định lượng tạp chất NH3 và muối NH4+ do tạo thành kết tủa màu nâu Hg2NI.H2O theo phương trình (5).

6 z * Muối phức amoni tetratioxianatmecurat ((NH4)2[Hg(SCN)4]) được dùng để phát hiện ion Cu2+ và ion Co2+ khi có mặt của ion Zn2+ lần lượt tạo các kết tủa màu tím thẫm và màu chàm thẫm, theo các phản ứng sau: 𝐶𝑢2+ + 𝑍𝑛2+ + 2 𝐻𝑔 𝑆𝐶𝑁 4 2− → 𝐶𝑢 𝐻𝑔 𝑆𝐶𝑁 4. 𝑍𝑛 𝐻𝑔 𝑆𝐶𝑁 4 ↓ 7 Màu chàm thẫm 1. Độc tính của thủy ngân [3] Trong tự nhiên, thủy ngân có mặt ở dạng vết trong nhiều loại khoáng đá với hàm lượng trung bình khoảng 80 phần tỷ, quặng chứa nhiều thủy ngân nhất là quặng Cinnabar (HgS). Than đá, than nâu chứa khoảng 100 phần tỷ thủy ngân.

Trong đất trồng, hàm lượng trung bình của thủy ngân chiếm khoảng 0,1 phần triệu. Trong công nghiệp, thủy ngân được sử dụng nhiều nhất trong quá trình sản xuất NaOH và Cl2 (điện phân dung dịch muối ăn bão hòa với điện cực thủy ngân). Quá trình sản xuất các thiết bị điện: đèn hơi thủy ngân, pin thủy ngân, các rơle điện… cũng dùng khá nhiều thủy ngân. Trong nông nghiệp, người ta dùng một lượng lớn các hợp chất cơ thủy ngân (RHgX, R2Hg trong đó R là gốc hydrocacbon và X là anion gốc axit) để diệt nấm, làm sạch các hạt giống.

Các hợp chất cơ thủy ngân thường dùng là: + Metyl nitril thủy ngân: CH 3  Hg  CN + Metyl dixan diamit thủy ngân: + Metyl axetat thủy ngân: CH 3  COO  Hg  CH 3 7 z + Etyl clorua thủy ngân: C2 H 5  Hg  Cl Các hợp chất cơ thủy ngân thường dùng để ngâm hạt giống và khi trồng chúng thì các hợp chất này sẽ được phân tán rộng trên mặt đất. Từ đó thủy ngân được chuyển đến thực vật, động vật và cuối cùng chuyển vào chuỗi thức ăn của người. Như vậy, thủy ngân xâm nhập vào môi trường chủ yếu do các hoạt động của con người. Thủy ngân được rửa trôi vào các nguồn nước, và nó được tích tụ dần trong các lớp trầm tích dưới đáy nước.

Đồng thời, nhờ cân bằng động giữa hấp phụ và giải hấp, một lượng thủy ngân lại đi vào nước. Do vậy, sự nhiễm bẩn thủy ngân trong môi trường nước mang tính thường xuyên và lâu dài. Hằng năm, nguồn thủy ngân tự nhiên bổ sung vào đại dương khoảng 5000 tấn; và cũng một lượng thủy ngân như vậy, thông qua các hoạt động của con người được đưa vào môi trường. Thủy ngân là một kim loại gây độc mạnh.

Vào những năm 1953-1960, tại Nhật Bản có khoảng 111 trường hợp bị nhiễm độc nặng do ăn phải cá có nhiễm thủy ngân ở vịnh Minamata. Nước thải của nhà máy hóa chất Minamata thải vào vịnh và làm cá sống ở vịnh này bị nhiễm độc, trong cơ thể chúng chứa tới 27 – 102 ppm thủy ngân (dưới dạng metyl thủy ngân). Năm 1972, khoảng 450 nông dân Irac đã chết do ăn phải loại lúa mạch bị nhiễm thủy ngân do nông dân sử dụng thuốc trừ sâu có thủy ngân và còn tồn dư trong lúa mạch. a) Độc tính của thủy ngân phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó * Thủy ngân kim loại ở trạng thái lỏng thì tương đối trơ và không độc.

Nếu chúng ta nuốt phải thủy ngân kim loại lỏng vào bụng thì nó lại được thải ra ngoài, không gây độc hại. * Thủy ngân kim loại ở trạng thái hơi thì rất độc. Khi chúng ta hít phải hơi thủy ngân, nó sẽ được dẫn truyền lên não nhờ máu và gây phá hủy nghiêm trọng đối với hệ thần kinh trung ương. Ngoài ra, nó cũng là nguyên ngân của các bệnh: ung thư, rối loạn hô hấp, vô sinh.