MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho cuộc sống của con người, là sự phát triển bền vững của mọi quốc gia, là ưu tiên hàng đầu để phát triển bền vững. Nước là yếu tố cơ bản không thể thiếu trong việc duy trì sự sống và mọi hoạt động của con người trên trái đất. Nó đảm bảo sự tồn tại cho tất cả các loài sinh vật trên trái đất kể cả con người, nước phục vụ cho phát triển nông - lâm - ngư nghiệp và rất nhiều ngành kinh tế khác, do đó tài nguyên nước nói chung và tài nguyên nước mặt nói riêng là một trong những yếu tố quyết định sự phát triển kinh tế xã hội của một vùng lãnh thổ hay một quốc gia.
Vì vậy, việc đáp ứng nhu cầu về nước đảm bảo cả về chất lượng và số lượng là một điều kiện tiên quyết để phát triển bền vững [9]. Tuy nhiên, nhu cầu phát triển kinh tế nhanh với mục tiêu lợi nhuận cao, con người đã cố tình bỏ qua các tác động đến môi trường một cách trực tiếp hoặc gián tiếp; cùng với sự gia tăng dân số gây nguy cơ thiếu nước, đặc biệt là nước ngọt và nước sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất. Hiện nay trên thế giới, nước sạch đang là nguồn tài nguyên cực kì quý giá và rất khan hiếm ở một số vùng đất. Theo báo cáo của WHO, khoảng 2,4 tỉ người trên thế giới không có nước sạch để uống hàng ngày và 1,8 tỉ người phải uống những nguồn nước ô nhiễm, gây ảnh hưởng đến sức khỏe và tính mạng.000 trẻ em tử vong vì nước bẩn và vệ sinh kém [Quỹ Nhi đồng Liên Hợp Quốc UNICEF công bố].
Giám đốc Điều hành UNICEF, bà Ann M. Veneman cho biết: “Trên thế giới, cứ 15 giây lại có một trẻ em tử vong bởi các bệnh do nước không sạch gây ra và nước không sạch là thủ phạm của Thai Nguyen University – TNU 2 hầu hết các bệnh và nạn suy dinh dưỡng. Chỉ tính riêng ở Châu Phi, do biến đổi khí hậu, số người chịu cảnh thiếu nước nhiều hơn vào năm 2020 là từ 75 đến 250 triệu người. Khan hiếm nước ở một số vùng khô hạn và bán khô hạn sẽ tác động lớn tới sự di cư; do hiếm nước sẽ có từ 24 triệu đến 700 triệu người dân mất chỗ ở.
Tại các khu vực miền núi ở Việt Nam cũng đang đối diện với tình trạng khan hiếm nguồn nước sạch trầm trọng. Trong bối cảnh nguồn nước mặt đang dần trở nên cạn kiện còn nguồn nước ngầm thì không phải nơi nào cũng có. Đặc biệt tại các khu vực miền núi phía Bắc thì việc tìm được nguồn nước ngầm là rất khó khăn. Ngoài ra thì chất lượng của các nguồn nước cũng không đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt hàng ngày.
Cho đến thời điểm này theo thông tin của Ban Chỉ đạo quốc gia về chương trình nước sạch và vệ sinh môi trường thì 60% người dân vùng nông thôn, miền núi không có nước sạch để sử dụng. Theo ước tính của Quỹ Nhi đồng Liên Hợp Quốc (UNICEF) ở Việt Nam có khoảng 17 triệu (52%) trẻ em chưa được sử dụng nước sạch. Do đó, cần phải nhanh chóng có các biện pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước [9]. Tại các vùng núi cao luôn có một lượng sương dày đặc quanh năm.
Ở nước ra có rất nhiều loại sợi tự nhiên có khả năng hút ẩm, giữ nước tốt như sợi gai, sợi đay, sợi dừa,. Các loại sợi này là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm có thể phục vụ cho việc thu sương rất tốt. Từ đó em đưa ra ý tưởng làm đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình lưới thu sương (hơi) thành nước từ các sợi tự nhiên” nhằm cung cấp nước sạch cho các tỉnh vùng núi của Việt Nam. Mục tiêu của đề tài 1.
Mục tiêu chung Đánh giá khả năng thu sương (hơi) của một số sợi có nguồn gốc tự nhiên để tạo nước. Thai Nguyen University – TNU 3 1. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá khả năng thu sương (hơi) của các sợi tự nhiên: sợi đay, sợi gai, sợi dừa. - Tìm ra điều kiện thu sương (hơi) tốt nhất: kiểu lưới, nhiệt độ.
- Đánh giá chất lượng nước sau khi thu được. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học: Giúp bản thân em có cơ hội tiếp cận với cách thức thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học, giúp em vận dụng kiến thức đã học vào thực tế và rèn luyện, tiếp thu và học hỏi những kinh nghiệm từ thực tế. Trên cơ sở những kiến thức nắm được sẽ là hành trang phục vụ cho công việc của sinh viên sau khi ra trường. - Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài là bước đầu đánh giá được khả năng thu sương tạo nước sạch từ các sợi tự nhiên.
Đưa ra biện pháp mới trong việc cung cấp nguồn nước sạch cho cộng đồng. Thai Nguyen University – TNU 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học và cơ sở pháp lí của đề tài 2. Cơ sở khoa học - Khái niệm nước: Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O.
Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hydro và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống. 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống. Bên cạnh nước "thông thường" còn có nước nặng và nước siêu nặng. Ở các loại nước này, các nguyên tử hidro bình thường được thay thế bởi các đồng vị doteri và triti.
Nước nặng có tính chất vật lý (điểm nóng chảy cao hơn, nhiệt độ sôi cao hơn, khối lượng riêng cao hơn) và hóa học khác với nước thường. - Khái niệm nước sạch: Nước sạch là nước không màu, không mùi, không vị, có thể chứa các yếu tố vật lý hóa học và vi sinh trong mức độ cho phép không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Đáp ứng các chỉ tiêu theo quy định của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt - QCVN 02:2009/BYT do Bộ Y tế ban hành ngày 17/6/2009. Cấu tạo và tính chất của phân tử nước: *Cấu tạo Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy.
Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện Thai Nguyen University – TNU 5 tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet. Tính lưỡng cực: Oxy có độ âm điện cao hơn hidro.
Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hidro và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử oxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hidro, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.
Liên kết hidro: Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hidro và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.Đường kính nhỏ của nguyên tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hidro mới có thể đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, thí dụ như dihidro sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết.
Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hidro [14]. Thai Nguyen University – TNU 6 * Các tính chất hóa lý của nước: Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hidro giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước.
Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá.
Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hidro. Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở 4°C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4°C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác.
Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4°C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4°C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải rời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng.Khi đông lạnh dưới 4°C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở.