CHƯƠNG 1. Tổng quan về một số chất độc hại trong nước 1. Tính chất và tác hại của crom (VI) Các hợp chất Cr (VI) có tính oxi hóa mạnh, đó cũng là nguyên nhân và tác hại gây bệnh của crom với cơ thể người và sinh vật. Crom (VI) oxit (CrO3) là chất oxi hóa mạnh, nó oxi hóa được I2, S, P, C, CO, HBr… và nhiều chất hữu cơ khác.
Là anhidrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và kết hợp với nước tạo thành axit, là axit cromic (H2CrO4) và axit polycromic (H2Cr2O7, H2Cr3O10, H2Cr4O13). Axit cromic và axit policromic là những axit rất độc với người, không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch. Dung dịch axit cromic (H2CrO4) có màu vàng,cdung dịch axit đicromic (H2Cr2O7) có màu da cam, màu của axit đậm dần tới màu đỏ khi số phân tử crom trong phân tử tăng. Do vậy khi các dung dịch axit trên tác dụng với dung dịch kiềm nó có thể tạo nên các muối cromat, đicromat, tricromat… Những muối cromat và đicromat thường gặp là: Na 2CrO4, K2CrO4, PbCrO4, NiCrO4, ZnCrO4; K2CrO7, Na2CrO7 và (NH4)2Cr2O7.
Trong đó các muối PbCrO4, ZnCrO4, NiCrO4 được dùng nhiều trong công nghệ chất màu, sơn, mạ… Trong nước thải mạ điện Cr (VI) có mặt ở dạng anion như cromat (CrO42-); đicromat (Cr2O72-) và bicromat (HCrO4-). Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ crom mà Cr (VI) tồn tại với hằng số cân bằng sau: H2CrO4 H+ + HCrO4- pK1 = 6,15 HCrO4- H+ + CrO42- pK2 = 5,65 2HCrO4- Cr2O72- + H2O pK3 = 14,56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn Nước thải từ công nghiệp mạ điện, khai thác mỏ, nung đốt các nguyên liệu hóa thạch, …là nguồn gốc gây ô nhiễm crom, crom có thể có mặt trong nước mặt và nước ngầm. Crom trong nước thải thường gặp ở dạng Cr (III), Cr (VI), Cr (III) ít độc hơn nhiều so với Cr (VI). Với hàm lượng nhỏ Cr (III) rất cần cho cơ thể, trong khi Cr (VI) lại rất độc và nguy hiểm.
Crom xâm nhập vào cơ thể theo 3 con đường: hô hấp, tiêu hóa, và da. Qua nghiên cứu thấy rằng, crom có vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa glucozo. Tuy nhiên với hàm lượng cao crom có thể làm kết tủa protein, các axit nucleic, và ức chế hệ thống enzyme cơ bản. Nhiễm độc crom cấp tính có thể gây xuất huyết, viêm da, u nhọt.
Crom được xếp vào chất độc nhóm 1 (có khả năng gây ung thư cho người và vật nuôi). Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, viêm da tiếp xúc, loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan, ung thư phổi. Giới hạn cho phép theo TCVN 5945 – 1995 của crom trong nước thải công nghiệp là 0,05 mg/l đối với loại A, 0,1 mg/l đối với loại B, và 0,5 mg/l đối với loại C [2,3]. Tính chất và tác hại của chì (II) Chì là kim loại màu xám sẫm, mềm có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt, t 0 nóng chảy =327 o C , t 0 sôi =1745 0 C.
Chì và các hợp chất của nó đều độc. Ở điều kiện thường chì bị oxi hóa lớp bề mặt tạo lớp oxit bảo vệ. Khi có mặt của không khí, chì bị nước phá hủy dần 2Pb + O 2 + 2H 2 O 2Pb(OH) 2 Tuy nhiên khi tiếp xúc với nước cứng, chì bị bao phủ bởi một màng muối không tan bảo vệ ( chủ yếu là chì sunfat và cacbonat). Chì thường được ứng dụng làm que hàn trong hợp kim thiếc - chì.
Một lượng lớn chì được dùng để chế tạo vỏ dây cáp và các bản cực ắc quy. Ô nhiễm kim loại chì chủ yếu là các làng nghề chế biến lại chì bằng phương pháp thủ công và công nghệ thô sơ. Chì chủ yếu được thải ra môi trường nước, sau đó ngấm dần xuống đất, ngấm vào động, thực vật quanh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn làng nghề, hay ở các khu công nghiệp sản xuất ắc quy bằng chì, thải ra môi trường xung quanh mà không được xử lí [4]. Trong tự nhiên, Pb tồn tại dưới dạng quặng như PbS, PbCO3.
Chì tương đối bền, có độc tính cao, có ái lực mạnh nên có thể thế chỗ kim loại khác trong cấu trúc của enzym. Chì có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể thông qua dây chuyền thực phẩm, tích lũy sinh học trong cơ thể động vật biển thông qua quá trình metyl hóa. Trong cơ thể người, chì không đóng bất kể một vai trò sinh lý và tham gia phản ứng sinh hóa nào, nên ngưỡng an toàn dành cho chì là không hề có. Bất kể một lượng nhỏ nào của chì cũng sẽ gây hại cho cơ thể.
Trong nguồn nước tự nhiên người ta chỉ tìm thấy nồng độ chì ở dạng vết, thông thường dưới 5ppb và rất khó có thể nhận biết được chỉ bằng mắt thường. Ô nhiễm chì trong nước ăn uống, sinh hoạt chỉ có thể xuất hiện khi có tác động của con người từ bên ngoài vào nguồn nước. Nước bị ô nhiễm chì sẽ có chứa hàm lượng chì vượt mức cho phép là 0,015mg/L dựa trên tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. Khi đường ống làm từ chì, hoặc kim loại chứa chì bị ăn mòn sẽ giải phóng chì và các ion chì vào trong nước theo nhiều cách khác nhau.
Đặc biệt là khi nước có đặc tính hòa tan cao, nếu đường ống mà làm từ chì và đồng sẽ dễ dàng tạo ra hệ pin Galvanic. Trong đó, chì đóng vai trò là cực dương, đồng là cực âm, nước sẽ là dung dịch điện ly khiến tốc độ chì bị ăn mòn nhanh hơn. Những dây chuyền sản xuất cũ có thể sinh ra rất nhiều chì hòa vào trong nước trước khi được đổ vào trong chai nhựa để dập nắp. Nếu nguồn gốc chai nhựa đựng cũng từ nhựa tái chế, rẻ tiền thì đây cũng có thể là nguyên nhân khiến nước nhiễm chì.
Những chất thải công nghiệp chứa nhiều chì từ các nhà máy hay cơ sở sản xuất bị thải ra ngoài môi trường, sau đó thấm một lượng lớn xuống lòng đất và thấm trực tiếp vào nước [5]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Tổng quan về vật liệu compozit polyanilin - nhôm oxit 1. Polyanilin Polyanilin (PANi) là một trong số nhiều loại polyme dẫn điện và có tính chất tương tự với một số kim loại.
PANi là vật liệu đang được cả thế giới quan tâm do nó có khả năng ứng dụng rất lớn, với nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ tổng hợp. Ngoài ra, nó còn có khả năng chịu nhiệt độ cao, bền cơ học, tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa - khử khác nhau và đặc biệt là khả năng điện hóa rất cao. Người ta có thể nâng cao tính năng của nó nhờ sử dụng kĩ thuật doping các chất vô cơ hay hữu cơ [6]. Cấu trúc phân tử PANi PANi là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin trong điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác.
Dạng tổng quát của PANi gồm 2 nhóm cấu trúc: a, b = 0, 1, 2, 3, 4, 5… Khi a = 0, ở trạng thái pernigranilin (màu xanh thẫm) Khi b = 0, ở trạng thái Leucoemaradin (màu vàng) Khi a = b, ở trạng thái Emaradin (màu xanh) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn Do các quá trình trên đều xảy ra thuận nghịch nên tương tự quá trình oxi hóa, quá trình khử cũng xảy ra từng phần hoặc toàn phần. Trong quá trình tổng hợp PANi người ta còn quan sát được các màu sắc khác nhau tương ứng với cấu trúc khác nhau của PANi [7] [8]. Các tính chất cơ bản của PANi PANi là một chất vô định hình, màu sắc của nó thay đổi từ xanh sang tím biếc. Nó ít bị phân hủy ở nhiệt dộ dưới 25°C và quá trình phá hủy mạch polyme chỉ xảy ra ở nhiệt độ lớn hơn 300°C với tốc độ và mức đáng kể.
Khi dùng HCl làm tác nhân pha tạp, PANi bị phân hủy gần như hoàn toàn ở nhiệt độ 500°C- 520°C. Độ dẫn điện của PANi từ 10-13 đến 102 S/cm. Độ dẫn điện của PANi bao gồm cả độ dẫn điện ion và độ dẫn điện điện từ [9]. Tính chất hóa học Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính chất hóa học mạnh nhất của polyaniline là thuộc tính trao đổi anion và là tính khác biệt với những polyme trao đổi ion thông thường.
Lý do có thể do sự phân tán điện tích trên polyaniline. Tính chất quang học Polyaniline có đặc tính điện sắc vì màu của nó thay đổi do phản ứng oxy hoá khử của màng. Người ta đã chứng minh rằng PANi thể hiện nhiều màu từ vàng nhạt đến xanh lá cây, xanh sẫm và tím đen tùy vào phản ứng oxy hoá khử ở các thế khác nhau. Tính chất cơ học Thuộc tính cơ học của PANi phụ thuộc nhiều vào điều kiện tổng hợp.
PANi tổng hợp điện hóa cho độ xốp cao, độ dài phân tử ngắn, độ bền cơ học kém. Phương pháp hóa học thì ít xốp hơn và được sử dụng phổ biến, PANi tồn tại dạng màng, sợi hay phân tán hạt. Tính dẫn điện Polyalinin có thể tồn tại cả ở trạng thái cách điện và cả ở trạng thái dẫn điện. Trong đó trạng thái muối emeraldin có độ dẫn điện cao nhất và ổn định nhất.
Sự chuyển từ trạng thái cách điện sang trạng thái dẫn điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Tính chất điện hóa và cơ chế dẫn điện Quá trình oxy hoá PANi quan sát được bằng cách quét thế tuần hoàn trong dung dịch axit cho thấy rõ hai sóng: sóng đầu tiên (Ox1) bắt đầu ở thế khoảng 0V, đạt pic khoảng 0,2V và không nhạy với pH. Sóng thứ hai (Ox2) nằm trong khoảng 0,2 ÷ 0,8V và phụ thuộc mạnh vào pH. Đặc tính điện hoá của PANi phụ thuộc vào pH.
Ở pH cao không có quá trình proton hoá xảy ra và PANi ở trạng thái cách điện. Nếu chất điện ly đủ tính axit thì xảy ra quá trình proton hoá tạo thành dạng nigraniline và PANi có độ dẫn điện nhất định [9]. Ứng dụng của PANi Polyaniline đặc biệt hấp dẫn vì nó tương đối rẻ tiền, có ba trạng thái oxy hóa khác biệt với màu sắc khác nhau và có thể doping axit/bazo. Tính chất kế tiếp là có thể làm cảm biến hơi axit/bazo.
Màu sắc khác nhau, hình thái sắp sếp của nhiều trạng thái oxy hóa làm cho vất liệu có khả năng ứng dụng như thiết bị truyền thông, siêu tụ điện và công nghệ electrochromic. PANi rất thích hợp cho sản xuất các loại sợi dẫn điện, lớp phủ chống tĩnh điện, che chắn điện từ, và các điện cực [10].