Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Xác Định Kim Loại Nặng Và Kim Loại Quý Trong Bùn Sông Ô Nhiễm

Luận văn nghiên cứu quy trình xác định kim loại nặng và kim loại quý trong bùn sông ô nhiễm, hỗ trợ đánh giá và xử lý môi trường hiệu quả.

• Tác giả: Trương Đình Kiều
• Người hướng dẫn: Ks. Nguyễn Văn Tam
• Trường học: Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
• Chuyên ngành: Khoa học và Công nghệ Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các kim loại nặng và kim loại quý trong bùn của các sông bị ô nhiễm nặng
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về kim loại nặng và kim loại quý trong bùn sông ô nhiễm

Kim loại nặng và kim loại quý là những nguyên tố có mặt trong môi trường tự nhiên, đặc biệt là trong bùn sông bị ô nhiễm. Các kim loại này bao gồm Đồng (Cu), Chì (Pb), Cadimi (Cd), Mangan (Mn), Thủy ngân (Hg), Bạc (Ag), và Vàng (Au). Chúng có thể tồn tại ở dạng tự do hoặc hợp chất, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Việc xác định và phân tích các kim loại này là cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề xuất các biện pháp xử lý hiệu quả.

1.1. Đặc điểm của kim loại nặng

Kim loại nặng như Cu, Pb, Cd, Mn, và Hg có tính chất vật lý và hóa học đặc trưng. Chúng thường tồn tại trong môi trường nước và đất dưới dạng ion hoặc hợp chất. Ví dụ, Cu có tính dẫn điện tốt, Pb dễ dàng kết tủa, Cd ít phổ biến nhưng độc tính cao, Mn tham gia vào quá trình quang hợp, và Hg là kim loại lỏng duy nhất ở điều kiện thường.

1.2. Đặc điểm của kim loại quý

Kim loại quý như Ag và Au có giá trị kinh tế cao. Ag có tính phản xạ ánh sáng tốt, trong khi Au có tính dẻo và dẫn điện tốt. Chúng thường tồn tại trong các khoáng vật đa kim và có thể được thu hồi từ bùn sông ô nhiễm.

II. Độc tính của kim loại nặng

Các kim loại nặng như Cu, Pb, Cd, Mn, và Hg có độc tính cao đối với con người và môi trường. Chúng có thể tích tụ trong cơ thể, gây ra các bệnh nghiêm trọng như nhiễm độc gan, thận, và hệ thần kinh. Việc đánh giá ô nhiễm và xác định nồng độ các kim loại này là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.1. Độc tính của Đồng Cu

Cu là nguyên tố cần thiết cho cơ thể nhưng khi dư thừa có thể gây bệnh Wilson, tích tụ trong não và thận. Nồng độ Cu cao trong nước cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật thủy sinh.

2.2. Độc tính của Chì Pb

Pb là nguyên tố có độc tính cao, gây thiếu máu, tổn thương não và thận. Trẻ em nhiễm Pb có thể bị rối loạn thần kinh và thiểu năng trí tuệ.

III. Phương pháp xác định kim loại nặng và kim loại quý

Các phương pháp xác định kim loại nặng và kim loại quý trong bùn sông bao gồm phân tích khối lượng, phân tích thể tích, phân tích trắc quang, và phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Các phương pháp này giúp xác định chính xác nồng độ các kim loại trong mẫu bùn.

3.1. Phương pháp phân tích khối lượng

Phương pháp này dựa trên việc đo khối lượng của các hợp chất chứa kim loại. Nó thường được sử dụng để xác định các kim loại có hàm lượng lớn trong mẫu.

3.2. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

AAS là phương pháp hiện đại, cho phép xác định nồng độ các kim loại ở mức vi lượng. Phương pháp này có độ chính xác cao và được sử dụng rộng rãi trong các thí nghiệm môi trường.

IV. Quy trình xác định kim loại nặng và kim loại quý

Quy trình xác định kim loại nặng và kim loại quý trong bùn sông bao gồm các bước lấy mẫu, xử lý mẫu, và phân tích. Các điều kiện tối ưu như nhiệt độ, thời gian, và tỷ lệ mẫu/dung môi được khảo sát để đảm bảo kết quả chính xác.

4.1. Chuẩn bị mẫu

Mẫu bùn được lấy từ các sông bị ô nhiễm và xử lý bằng các dung môi axit để phân hủy các hợp chất hữu cơ. Quá trình này đảm bảo các kim loại được giải phóng và sẵn sàng cho phân tích.

4.2. Phân tích mẫu

Mẫu sau khi xử lý được phân tích bằng các phương pháp như AAS để xác định nồng độ các kim loại. Kết quả được so sánh với các tiêu chuẩn môi trường để đánh giá mức độ ô nhiễm.

V. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả phân tích cho thấy các kim loại nặng và kim loại quý trong bùn sông có nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Việc xác định chính xác nồng độ các kim loại này giúp đề xuất các biện pháp xử lý ô nhiễm và thu hồi kim loại quý, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

5.1. Đánh giá ô nhiễm

Kết quả phân tích được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm của các sông và đề xuất các biện pháp xử lý như xử lý bùn, lọc nước, và trồng cây phục hồi môi trường.

5.2. Thu hồi kim loại quý

Các kim loại quý như Ag và Au có thể được thu hồi từ bùn sông, mang lại lợi ích kinh tế và giảm thiểu tác động môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

bé c«ng th−¬ng viÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ má - luyÖn kim b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu x©y dùng qui tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quÝ trong bïn cña c¸c s«ng bÞ « nhiÔm nÆng M∙ sè : N62 Chñ nhiÖm ®Ò tµi : Ks. NguyÔn v¨n Tam Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008 Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008 Thñ tr−ëng c¬ quan chñ qu¶n Thñ tr−ëng c¬ quan chñ tr× 7358 19/5/2009 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý …. c¸c c¬ quan phèi hîp 1. ViÖn C«ng nghÖ X¹ hiÕm 2.

Héi Ho¸ häc ViÖt Nam 3. C«ng ty M«i tr−êng §« thÞ Hµ Néi 4. Khoa Hãa - §¹i häc Quèc gia Hµ Néi nh÷ng ng−êi thùc hiÖn chÝnh 1. Tr−¬ng §×nh KiÒu: Cö nh©n ho¸ - ViÖn KH & CN Má - LuyÖn kim 2.

Bïi Thu Hµ : Cö nh©n ho¸ - ViÖn KH & CN Má - LuyÖn kim 3. Phan Thanh Hµ : Cö nh©n ho¸ - ViÖn KH & CN Má - LuyÖn kim ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ Má - LuyÖn kim 2 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý …. Môc lôc Trang Më §Çu 9 Ch−¬ng 1.1 Vµi nÐt s¬ l−îc vÒ c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim 10 lo¹i quÝ 1.1 Kim lo¹i §ång 10 1.2 Kim lo¹i Ch× 10 1.3 Kim lo¹i Cadimi 10 1.4 Kim lo¹i Mangan 10 1.5 Kim lo¹i Thuû ng©n 10 1.7 Kim lo¹i Vµng 11 1.2 §éc tÝnh cña c¸c kim lo¹i nÆng (Cu, Pb, Cd, Mn vµ 11 Hg) 1.1 §éc tÝnh cña §ång 11 1.2 §éc tÝnh cña Ch× 12 1.3 §éc tÝnh cña Cadimi 12 1.4 §éc tÝnh cña Mangan 12 1.5 §éc tÝnh cña Thuû ng©n 13 1.6 Mét vµi tiªu chuÈn m«i tr−êng vÒ c¸c kim lo¹i nÆng 13 1.3 C¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ 15 kim lo¹i quý 1.1 Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch khèi l−îng 15 1.2 Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch thÓ tÝch 15 1.3 Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch tr¾c quang 15 1.4 Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö (AES) 16 1.5 Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ hÊp thô nguyªn tö (F- 17 AAS) 1.4 C¸c ph−¬ng ph¸p t¸ch vµ lµm giµu c¸c kim lo¹i 18 nÆng, kim lo¹i quý 1.1 Ph−¬ng ph¸p kÕt tña vµ céng kÕt 18 ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ Má - LuyÖn kim 3 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý ….2 Ph−¬ng ph¸p t¸ch b»ng ®iÖn ho¸ 18 1.3 Ph−¬ng ph¸p chiÕt pha láng - láng 18 1.4 Ph−¬ng ph¸p chiÕt pha r¾n (SPE) 18 1.5 Ph−¬ng ph¸p hÊp phô 19 Ch−¬ng 2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vµ c«ng t¸c 20 chuÈn bÞ 2.1 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vµ giíi h¹n thö nghiÖm 20 ¸p dông 2.2 Ho¸ chÊt, dông cô vµ thiÕt bÞ 21 2.3 ThiÕt bÞ 22 Ch−¬ng 3.

Néi dung nghiªn cøu 24 3.1 ChuÈn bÞ mÉu nghiªn cøu 24 3.1 C¸c ®iÒu kiÖn lÊy mÉu vµ xö lý mÉu 24 3.2 Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn tèi −u cho qu¸ tr×nh ph©n huû mÉu 25 3.1 ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn kÕt qu¶ ph©n huû mÉu 25 3.2 ¶nh h−ëng cña thêi gian ®Õn kÕt qu¶ ph©n huû mÉu 26 3.3 ¶nh h−ëng cña tû lÖ mÉu so víi dung m«i hoµ tan, tû lÖ r¾n - 26 láng (R/L) ®Õn kÕt qu¶ ph©n huû mÉu 3.3 S¬ ®å ph©n tÝch chung 27 3.1 S¬ ®å ph©n tÝch (I) - Ph©n huû mÉu b»ng hçn hîp axÝt HCl + 27 HNO3 3.2 S¬ ®å ph©n tÝch (II) - Ph©n huû mÉu b»ng axÝt HNO3 28 3.3 S¬ ®å ph©n tÝch (III) - Ph©n huû mÉu b»ng axÝt HNO3* 29 3.4 X¸c ®Þnh hµm l−îng Cu, Pb, Cd vµ Mn trong cïng mét 29 l−îng c©n 3.5 X¸c ®Þnh hµm l−îng Au theo l−îng c©n riªng 30 3.6 X¸c ®Þnh hµm l−îng Ag theo l−îng c©n riªng 30 3.7 X¸c ®Þnh hµm l−îng Hg theo l−îng c©n riªng 30 3.2 Ph−¬ng ph¸p Quang phæ hÊp thô Nguyªn tö (F- 31 AAS) x¸c ®Þnh hµm l−îng Cu, Pb, Cd, Mn,Ag vµ Au 3.1 Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn ®o phæ 31 ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ Má - LuyÖn kim 4 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý ….3 C−êng ®é dßng ®Ìn cat«t rçng (HCL) 33 3.2 C¸c ®iÒu kiÖn nguyªn tö ho¸ 33 3.1 ChiÒu cao ®Ìn nguyªn tö ho¸ 33 3.2 Thµnh phÇn khÝ ch¸y 34 3.3 Tèc ®é dÉn mÉu 35 3.3 C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn phÐp ®o 36 3.1 ¶nh h−ëng cña nÒn 36 3.2 ¶nh h−ëng cña c¸c lo¹i axÝt 37 3.3 ¶nh h−ëng cña c¸c lo¹i ion 38 3.4 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý 40 3.1 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña §ång 40 3.2 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña Ch× 41 3.3 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña Cadimi 42 3.4 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña Mangan 43 3.5 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña B¹c 44 3.6 Ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña Vµng 45 3.5 X©y dùng ®−êng chuÈn x¸c ®Þnh hµm l−îng c¸c kim lo¹i 47 nÆng vµ kim lo¹i quý 3.6 C«ng thøc tÝnh 49 3.1 Hµm l−îng phÇn tr¨m (%) cña c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i 49 quý 3.2 Hµm l−îng g/t cña c¸c kim lo¹i quý 50 3.7 Sai sè vµ®é lÆp l¹i cña phÐp ®o (F-AAS) 50 3.1 Sai sè cña phÐp ®o (sai sè % t−¬ng ®èi) 50 3.2 §é lÆp l¹i cña phÐp ®o 51 3.8 Tæng hîp c¸c ®iÒu kiÖn, x¸c ®Þnh hµm l−îng c¸c kim lo¹i 52 nÆng vµ kim lo¹i quý b»ng ph−¬ng ph¸p (F-AAS) 3.3 Ph−¬ng ph¸p tr¾c quang x¸c ®Þnh hµm l−îng 53 Hg 3.1 Kh¶o s¸t c¸c ®iÒu kiÖn tèi −u 53 3.1 Kh¶o s¸t phæ hÊp thô cña phøc Hg (II) - PAR 53 3.2 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña thêi gian ®Õn kh¶ n¨ng t¹o phøc Hg 54 ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ Má - LuyÖn kim 5 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý ….3 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng t¹o phøc Hg (II) - 55 PAR 3.4 Kh¶o s¸t kho¶ng nång ®é Hg (II) tu©n theo ®Þnh luËt Lambeer 56 - Beer 3.5 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña c¸c cation 57 3.6 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña c¸c anion 58 3.2 X©y dùng ®−êng chuÈn x¸c ®Þnh hµm l−îng thuû ng©n 60 3.3 C«ng thøc tÝnh 61 3.4 Sai sè vµ ®é lÆp l¹i cña phÐp ®o tr¾c quang 61 3.1 Sai sè cña phÐp ®o (sai sè phÇn tr¨m - % t−¬ng ®èi) 61 3.2 §é lÆp l¹i cña phÐp ®o 62 3.5 Ph−¬ng ph¸p t¸ch vµ lµm giµu Hg (II) b»ng than ho¹t tÝnh 63 3.1 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô Hg (II) 63 3.2 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña thêi gian ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô Hg 65 (II) 3.3 Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô cña than ho¹t tÝnh 66 3.4 Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng röa gi¶i Hg (II) b»ng axÝt (HCl) 67 3.5 Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng röa gi¶i Hg (II) b»ng Natrihydroxit 68 (NaOH) 3.6 Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng röa gi¶i Hg (II) theo ph©n ®o¹n 68 3.6 Tæng hîp c¸c ®iÒu kiÖn tèi −u ®Ó x¸c ®Þnh hµm l−îng Hg 69 (II) b»ng ph−¬ng ph¸p tr¾c quang Ch−¬ng 4. KÕt qu¶ vµ BiÖn luËn 71 4.1 Ph©n tÝch mÉu bïn th¶i theo ph−¬ng ph¸p 71 ®−êng chuÈn vµ ph−¬ng ph¸p thªm chuÈn 4.1 ChuÈn bÞ dung dÞch ph©n tÝch theo ph−¬ng ph¸p ®−êng 71 chuÈn 4.2 ChuÈn bÞ dung dÞch ph©n tÝch theo ph−¬ng ph¸p thªm 71 chuÈn KÕt luËn vµ KiÕn nghÞ 78 Tµi liÖu tham kh¶o 81 ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ Má - LuyÖn kim 6 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý …. Môc lôc b¶ng Sè hiÖu Danh môc Trang B¶ng 1 S¬ ®å lÊy mÉu bïn cña c¸c s«ng néi thµnh Hµ Néi 24 B¶ng 2 C¸c v¹ch phæ ®Æc tr−ng 32 B¶ng 3 ¶nh h−ëng cña chiÒu cao ®Ìn nguyªn tö ho¸ (Burner) 34 B¶ng 4 Kh¶o s¸t l−u l−îng khÝ C2H2 35 B¶ng 5 ¶nh h−ëng cña nÒn NH4Cl 36 B¶ng 6 ¶nh h−ëng cña nÒn CH3COONa 36 B¶ng 7 ¶nh h−ëng cña nÒn CH3COONH4 36 B¶ng 8 ¶nh h−ëng cña nång ®é axit HCl 37 B¶ng 9 ¶nh h−ëng cña nång ®é axit HNO3 38 B¶ng 10 ¶nh h−ëng cña c¸c cation nhãm kim lo¹i kiÒm vµ kiÒm 38 thæ B¶ng 11 ¶nh h−ëng cña c¸c cation kim lo¹i ho¸ trÞ II vµ III 39 B¶ng 12 ¶nh h−ëng cña c¸c anion 40 B¶ng 13 Kh¶o s¸t ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña phÐp ®o Cu theo F- 40 AAS B¶ng 14 Kh¶o s¸t ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña phÐp ®o Pb theo F- 42 AAS B¶ng 15 Kh¶o s¸t ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña phÐp ®o Cd theo F- 43 AAS B¶ng 16 Kh¶o s¸t ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña phÐp ®o Mn theo F- 44 AAS B¶ng 17 Kh¶o s¸t ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña phÐp ®o Ag theo F- 45 AAS B¶ng 18 Kh¶o s¸t ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña phÐp ®o Au theo F- 46 AAS B¶ng 19 Sai sè phÇn tr¨m t−¬ng ®èi cña phÐp ®o F-AAS ®èi víi 50 Cu, Pb, Cd, Mn, Ag vµ Au B¶ng 20 KÕt qu¶ ph−¬ng sai (®é lÖch chuÈn) vµ hÖ sè biÕn ®éng 52 cña mÉu B¶ng 21 C¸c ®iÒu kiÖn ®o phæ F-AAS 53 B¶ng 22 Sù phô thuéc cña mËt ®é quang (D) vµo b−íc sãng (λ) 54 ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ Má - LuyÖn kim 7 BCTK: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i nÆng vµ kim lo¹i quý ….