Nghiên Cứu Khả Năng Xử Lý Hơi Thủy Ngân Trên Cơ Sở Biến Tính Than Hoạt Tính Bằng Iodua

Thủy ngân ở bất kỳ dạng nào đều độc hại, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, tiêu hóa và thận. Ngộ độc có thể do hít phải hơi thủy ngân, ăn phải hoặc hấp thụ qua da. Thủy ngân phản ứng với axit amin chứa lưu huỳnh, hemoglobin, albumin, liên kết màng tế bào, thay đổi hàm lượng kali, cân bằng axit bazơ và làm thiếu hụt năng lượng cho tế bào thần kinh. Chất độc tính cao nhất là metyl thủy ngân, hòa tan trong chất béo, qua màng tế bào, tới não, phá hủy hệ thần kinh trung ương, làm phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản phân chia tế bào. Cá từ vùng nước ô nhiễm là nguồn gây độc phổ biến nhất. Nhiễm độc cấp tính gây ho, khó thở, tim đập nhanh, sốt, choáng váng, nôn mửa, hôn mê. Nhiễm độc mãn tính gây lơ đãng, da xanh tái, khó tiêu, đau đầu, viêm lợi, rụng răng, tổn thương da, liệt, run, khó điều khiển vận động, nói khó, thiểu năng trí tuệ ở trẻ em.

Lượng thủy ngân phát thải vào sinh quyển ngày càng tăng từ cả nguồn tự nhiên và con người. Nghiên cứu của EPA trên 198 địa điểm ô nhiễm không khí nguy hiểm công nhận thủy ngân là chất ô nhiễm độc hại nhất, đe dọa sức khỏe con người và môi trường. Tổng lượng thủy ngân phát thải từ hoạt động công nghiệp liên tục tăng, đạt khoảng 3,500 tấn/năm, từ hoạt động tự nhiên (chủ yếu là núi lửa) khoảng 2,500 tấn/năm. Hiện nay, phát thải thủy ngân từ hoạt động của con người chiếm khoảng 30-35% tổng lượng phát thải vào khí quyển toàn cầu. Tại Hoa Kỳ năm 2004, lượng thủy ngân phát thải do con người ước tính là 158 tấn/năm, trong đó nhà máy đốt than nhiệt điện phát ra khoảng 42,2 tấn. Tại Canada, tổng lượng thủy ngân phát thải do con người ước tính là 7,84 tấn/năm, trong đó nhà máy đốt than phát ra khoảng 1,96 tấn, chiếm khoảng 25% tổng lượng phát thải.

Than hoạt tính có cấu trúc tinh thể đặc trưng, với mạng lưới các lỗ xốp phát triển. Cấu trúc xốp này tạo ra diện tích bề mặt lớn, cho phép than hoạt tính hấp phụ một lượng lớn chất ô nhiễm. Cấu trúc hóa học của bề mặt than hoạt tính cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ. Các nhóm cacbon-oxi trên bề mặt than hoạt tính có thể tương tác với các chất ô nhiễm, tăng cường khả năng hấp phụ. Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên đặc tính hấp phụ đã được nghiên cứu rộng rãi.

Biến tính than hoạt tính là quá trình thay đổi cấu trúc bề mặt của than hoạt tính để tăng cường khả năng hấp phụ thủy ngân. Có nhiều phương pháp biến tính khác nhau, bao gồm xử lý bằng hóa chất, nhiệt độ cao hoặc plasma. Mục tiêu của biến tính là tạo ra các vị trí hấp phụ đặc biệt trên bề mặt than hoạt tính có ái lực cao với thủy ngân. Dung dịch biến tính thường được sử dụng là các muối kim loại, oxit kim loại hoặc các hợp chất hữu cơ.

Quy trình biến tính than hoạt tính bằng dung dịch KI bao gồm các bước sau: (1) Làm sạch than hoạt tính để loại bỏ tạp chất. (2) Ngâm than hoạt tính trong dung dịch KI với nồng độ khác nhau (ví dụ: 0.1M, 0.2M, 0.3M, 0.5M) trong một khoảng thời gian nhất định. (3) Lọc và rửa than hoạt tính để loại bỏ dung dịch KI dư thừa. (4) Sấy khô than hoạt tính ở nhiệt độ thích hợp. (5) Hoạt hóa than hoạt tính đã sấy khô ở nhiệt độ cao trong môi trường trơ để tăng diện tích bề mặt và tạo các vị trí hấp phụ.

Hiệu quả hấp phụ thủy ngân của than biến tính iodua được đánh giá bằng cách cho hơi thủy ngân đi qua cột chứa than hoạt tính và đo nồng độ thủy ngân ở đầu ra. Các thông số như tải trọng hấp phụ, động học hấp phụ và cân bằng hấp phụ được xác định. Phương pháp phân tích như phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được sử dụng để xác định nồng độ thủy ngân. So sánh các phương pháp xử lý thủy ngân khác nhau cũng được thực hiện để đánh giá tính ưu việt của phương pháp biến tính bằng iodua.

Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính và than biến tính được xác định bằng phương pháp BET. Kết quả cho thấy biến tính có thể làm thay đổi diện tích bề mặt của than hoạt tính. Ảnh SEM được sử dụng để quan sát cấu trúc bề mặt của vật liệu trước và sau khi biến tính. Phổ IR cung cấp thông tin về các nhóm chức trên bề mặt than hoạt tính và sự thay đổi sau khi biến tính bằng iodua.

Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính và than biến tính được đánh giá ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ. Tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính thường và than biến tính CB4 được xác định ở 40oC. Mối liên hệ giữa lượng thủy ngân hấp phụ trên cột theo thời gian được phân tích.

Việc sử dụng than hoạt tính biến tính trong xử lý khí thải giúp các nhà máy tuân thủ tiêu chuẩn khí thải và quy định pháp luật về kiểm soát ô nhiễm. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý là cần thiết để đảm bảo bền vững môi trường. Tác động môi trường của việc sử dụng than hoạt tính biến tính cũng cần được xem xét.

An toàn lao động là yếu tố quan trọng trong phòng thí nghiệm và quy trình xử lý thủy ngân. Cần tuân thủ các biện pháp an toàn lao động để tránh tiếp xúc với thủy ngân và các hóa chất độc hại. Thiết bị phân tích và phương pháp phân tích thủy ngân cần được sử dụng đúng cách để đảm bảo kết quả chính xác. Cần kiểm soát nồng độ thủy ngân và đánh giá độc tính thủy ngân để bảo vệ sức khỏe người lao động.

Nghiên cứu về quá trình giải hấp phụ thủy ngân từ than hoạt tính đã qua sử dụng là cần thiết để tái sử dụng vật liệu hấp phụ. Các phương pháp giải hấp phụ như gia nhiệt, sử dụng dung môi hoặc hóa chất có thể được áp dụng. Tái sinh than hoạt tính giúp giảm thiểu lượng chất thải và tiết kiệm chi phí.

Nghiên cứu về các vật liệu hấp phụ mới có khả năng hấp phụ thủy ngân cao và thân thiện với môi trường là một hướng đi quan trọng. Các vật liệu như vật liệu nano, zeolit hoặc vật liệu composite có thể được sử dụng. Nguồn phát thải thủy ngân cần được kiểm soát và giảm thiểu để bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.