Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính từ nguyên liệu đã qua xử lý hơi thủy ngân

Nghiên cứu thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính từ nguyên liệu xử lý hơi thủy ngân, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Cao Phương Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Hồng Côn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Thu Hồi Thủy Ngân Và Tái Sinh Than Hoạt Tính Từ Nguyên Liệu Đã Qua Xử Lý Hơi Thủy Ngân
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về thủy ngân
• 1.2. Thủy ngân và các hợp chất của thủy ngân
• 1.3. Độc tính và nguồn tiếp xúc của thủy ngân
• 1.3.1. Độc tính của thủy ngân
• 1.3.2. Nguồn tiếp xúc của thủy ngân
• 1.3.3. Các nguồn phát thải của thủy ngân
• 1.4. Than hoạt tính và cấu trúc bề mặt của than hoạt tính
• 1.4.1. Cấu trúc tinh thể của than hoạt tính
• 1.4.2. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính
• 1.4.3. Cấu trúc hóa học của bề mặt than hoạt tính
• 1.4.4. Nhóm cacbon – oxi trên bề mặt than hoạt tính
• 1.4.5. Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên đặc tính hấp phụ
• 1.4.6. Tính axit bề mặt của than
• 1.4.7. Tính kị nước
• 1.4.8. Sự hấp phụ hơi phân cực
• 1.5. Biến tính bề mặt than hoạt tính và ứng dụng xử lý thủy ngân
• 1.5.1. Biến tính than hoạt tính bằng Nitơ
• 1.5.2. Biến tính bề mặt than hoạt tính bằng halogen
• 1.5.3. Biến tính bề mặt than hoạt tính bằng sự lưu huỳnh hóa
• 1.5.4. Một số vật liệu xử lý thủy ngân khác
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị và hóa chất nghiên cứu
• 2.2.1. Hóa chất và nguyên vật liệu
• 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.3. Phương pháp thực nghiệm khảo sát khả năng rửa giải thủy ngân
• 2.3.1. Phương pháp thu hồi thủy ngân từ dung dịch Hg2+
• 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu
• 2.3.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
• 2.3.2.2. Xác định nồng độ Hg2+ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
• 2.3.2.3. Cách xây dựng đường chuẩn
• 2.3.2.4. Phương pháp tính tải trọng hấp phụ cực đại
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát sơ bộ khả năng rửa giải thủy ngân hấp phụ trên than AC-Br bằng các tác nhân khác nhau
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến khả năng rửa giải thủy ngân hấp phụ trên than AC-Br
• 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ KMnO4
• 3.4. Khảo sát số lần rửa giải
• 3.5. Giải hấp liên tục trên cột
• 3.6. Tính chất của vật liệu tái sinh
• 3.6.1. Xác định bề mặt riêng của than (BET)
• 3.6.2. Phổ IR của vật liệu
• 3.6.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính

Thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính là một trong những vấn đề cấp bách trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Thủy ngân, một kim loại độc hại, thường được phát thải từ các hoạt động công nghiệp, đặc biệt là từ việc sử dụng bóng đèn huỳnh quang. Việc thu hồi và tái sinh than hoạt tính không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng vật liệu hấp phụ. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình và hiệu quả của việc thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính.

1.1. Đặc điểm và tính chất của thủy ngân

Thủy ngân là kim loại chuyển tiếp, có tính độc cao và dễ bay hơi. Nó tồn tại ở dạng lỏng và có khả năng gây hại cho sức khỏe con người. Các hợp chất của thủy ngân có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe, bao gồm tổn thương hệ thần kinh và các bệnh ung thư. Việc hiểu rõ về tính chất của thủy ngân là rất quan trọng trong việc phát triển các phương pháp thu hồi hiệu quả.

1.2. Vai trò của than hoạt tính trong thu hồi thủy ngân

Than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp phụ hiệu quả nhất để thu hồi thủy ngân. Với cấu trúc bề mặt xốp và diện tích bề mặt lớn, than hoạt tính có khả năng hấp phụ cao đối với các hợp chất thủy ngân. Việc biến tính than hoạt tính có thể nâng cao khả năng hấp phụ, từ đó tăng cường hiệu quả thu hồi thủy ngân từ môi trường.

II. Thách thức trong thu hồi thủy ngân từ môi trường

Mặc dù có nhiều phương pháp thu hồi thủy ngân, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quá trình này. Các phương pháp hiện tại thường gặp khó khăn trong việc đạt được hiệu quả cao và chi phí thấp. Hơn nữa, việc xử lý các sản phẩm thải ra từ quá trình thu hồi cũng là một vấn đề cần được giải quyết. Nghiên cứu này sẽ phân tích các thách thức chính trong thu hồi thủy ngân và đề xuất các giải pháp khả thi.

2.1. Khó khăn trong việc thu hồi thủy ngân

Một trong những khó khăn lớn nhất trong việc thu hồi thủy ngân là tính bay hơi của nó. Thủy ngân có thể dễ dàng phát tán vào không khí, làm giảm hiệu quả thu hồi. Hơn nữa, các phương pháp hiện tại thường yêu cầu điều kiện hoạt động nghiêm ngặt, dẫn đến chi phí cao và khó khăn trong việc áp dụng rộng rãi.

2.2. Vấn đề xử lý chất thải sau thu hồi

Sau khi thu hồi, các chất thải chứa thủy ngân cần được xử lý đúng cách để tránh ô nhiễm môi trường. Việc xử lý này thường phức tạp và tốn kém, đòi hỏi các công nghệ tiên tiến và quy trình an toàn. Nghiên cứu hiện tại sẽ xem xét các phương pháp xử lý chất thải hiệu quả và an toàn.

III. Phương pháp thu hồi thủy ngân hiệu quả từ than hoạt tính

Để thu hồi thủy ngân hiệu quả, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và phát triển. Trong đó, việc biến tính than hoạt tính là một trong những phương pháp hứa hẹn nhất. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các tác nhân biến tính như brom có thể nâng cao đáng kể khả năng hấp phụ của than hoạt tính đối với thủy ngân. Nghiên cứu này sẽ trình bày chi tiết về các phương pháp thu hồi thủy ngân từ than hoạt tính.

3.1. Biến tính than hoạt tính bằng brom

Biến tính than hoạt tính bằng brom đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả trong việc tăng cường khả năng hấp phụ thủy ngân. Brom tạo ra các liên kết bền vững hơn giữa thủy ngân và than hoạt tính, từ đó nâng cao hiệu suất thu hồi. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng than hoạt tính biến tính bằng brom có thể thu hồi đến 90% thủy ngân trong môi trường.

3.2. Các phương pháp biến tính khác

Ngoài brom, còn có nhiều phương pháp biến tính khác như sử dụng nitơ hoặc halogen. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của quá trình thu hồi. Nghiên cứu sẽ phân tích các phương pháp này và so sánh hiệu quả của chúng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của than hoạt tính trong thu hồi thủy ngân

Than hoạt tính không chỉ được sử dụng trong phòng thí nghiệm mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp. Việc áp dụng than hoạt tính trong các hệ thống xử lý khí thải và nước thải đã cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu ô nhiễm thủy ngân. Nghiên cứu này sẽ trình bày các ứng dụng thực tiễn của than hoạt tính trong thu hồi thủy ngân.

4.1. Ứng dụng trong xử lý khí thải

Trong các nhà máy điện và công nghiệp, than hoạt tính được sử dụng để xử lý khí thải chứa thủy ngân. Việc sử dụng than hoạt tính giúp giảm thiểu nồng độ thủy ngân trong khí thải, từ đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính có thể giảm đến 90% nồng độ thủy ngân trong khí thải.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Ngoài xử lý khí thải, than hoạt tính cũng được sử dụng trong xử lý nước thải chứa thủy ngân. Việc áp dụng than hoạt tính trong các hệ thống xử lý nước thải đã cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ thủy ngân, giúp bảo vệ nguồn nước và sức khỏe con người.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong thu hồi thủy ngân

Việc thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và cần thiết trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Các phương pháp hiện tại đã cho thấy hiệu quả, nhưng vẫn cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới và hiệu quả hơn trong việc bảo vệ môi trường.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp thu hồi thủy ngân mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường. Việc nghiên cứu các vật liệu hấp phụ mới và cải tiến quy trình tái sinh sẽ là những hướng đi quan trọng trong lĩnh vực này.

5.2. Tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường

Bảo vệ môi trường là trách nhiệm của tất cả mọi người. Việc thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này sẽ đóng góp tích cực vào việc xây dựng một môi trường sống an toàn và bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thủy ngân là một kim loại độc hại, tồn tại ở dạng hơi dễ bay hơi và có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo ước tính, tổng lượng thủy ngân phát thải vào môi trường từ các hoạt động công nghiệp và tự nhiên lên đến khoảng 6.000 tấn mỗi năm, trong đó các nguồn công nghiệp như đốt than và xử lý bóng đèn huỳnh quang chiếm phần lớn. Tại Việt Nam, việc sử dụng bóng đèn huỳnh quang ngày càng phổ biến, dẫn đến lượng lớn hơi thủy ngân thải ra môi trường khi các bóng đèn này bị thải bỏ. Than hoạt tính được sử dụng rộng rãi để xử lý hơi thủy ngân nhờ khả năng hấp phụ cao, tuy nhiên, liên kết vật lý giữa thủy ngân và than hoạt tính còn yếu, dễ gây phát tán trở lại môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính biến tính brom từ nguyên liệu đã qua xử lý hơi thủy ngân. Mục tiêu cụ thể là khảo sát ảnh hưởng của các dung dịch oxi hóa như HNO3 và KMnO4 đến khả năng rửa giải thủy ngân hấp phụ trên than AC-Br, đánh giá hiệu quả tái sinh than hoạt tính và khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu sau tái sinh. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2014.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý và thu hồi thủy ngân, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tái sử dụng vật liệu hấp phụ hiệu quả. Các chỉ số như dung lượng hấp phụ cực đại, hiệu suất rửa giải thủy ngân và diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được sử dụng làm metrics đánh giá hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết hấp phụ Langmuir: Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được sử dụng để tính toán dung lượng hấp phụ cực đại của than hoạt tính đối với thủy ngân. Giả thiết rằng bề mặt hấp phụ đồng nhất, mỗi trung tâm hấp phụ chỉ liên kết với một phân tử thủy ngân.

• Cấu trúc bề mặt than hoạt tính: Than hoạt tính có cấu trúc vi lỗ đa dạng gồm micropores (<2 nm), mesopores (2-50 nm) và macropores (>50 nm), ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các phân tử thủy ngân. Các nhóm chức bề mặt như cacbon-oxi, cacbon-halogen (đặc biệt là brom) đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường liên kết hóa học với thủy ngân.

• Phổ hồng ngoại (IR) và phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): Phổ IR được dùng để xác định các nhóm chức trên bề mặt than hoạt tính trước và sau tái sinh, trong khi AAS được sử dụng để đo nồng độ ion Hg2+ trong dung dịch, phục vụ đánh giá hiệu quả rửa giải và hấp phụ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính biến tính brom (AC-Br) đã hấp phụ hơi thủy ngân, các dung dịch oxi hóa HNO3 và KMnO4, cùng các hóa chất chuẩn để phân tích thủy ngân.

• Phương pháp phân tích:

  • Khảo sát khả năng rửa giải thủy ngân bằng cách lắc than với dung dịch oxi hóa trong thời gian xác định, sau đó lọc và đo nồng độ thủy ngân trong dung dịch bằng AAS.
  • Thu hồi thủy ngân từ dung dịch Hg2+ bằng phản ứng khử với bột kẽm kim loại.
  • Đánh giá diện tích bề mặt riêng của than bằng phương pháp hấp phụ khí N2 (BET).
  • Phân tích nhóm chức bề mặt than bằng phổ IR.
  • Đo dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân trên than trước và sau tái sinh.

• Cỡ mẫu và timeline: Mỗi thí nghiệm sử dụng 1-3 g than hoạt tính, dung dịch rửa giải 10 ml, thời gian lắc từ 1 giờ đến 26 giờ tùy mục đích. Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2014 tại phòng thí nghiệm chuyên ngành Hóa môi trường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng rửa giải thủy ngân trên than AC-Br:

   • Dung dịch KMnO4 1N kết hợp HNO3 3M cho hiệu quả rửa giải cao nhất với hàm lượng thủy ngân rửa giải đạt 178 mg/L, so với chỉ 23 mg/L khi dùng HNO3 đơn thuần và gần như không có khi dùng nước cất.
   • Khi tăng nồng độ HNO3 từ 0,2M đến 1M trong dung dịch KMnO4/HNO3, lượng thủy ngân rửa giải tăng lên đến 138,26 mg/L, cho thấy nồng độ axit càng cao càng tăng hiệu quả rửa giải.

2. Ảnh hưởng của nồng độ KMnO4:

   • Khi tăng nồng độ KMnO4 từ 0,1N đến 0,6N (với HNO3 0,6M), lượng thủy ngân rửa giải giảm dần, đạt hiệu quả tối ưu ở 0,1N với 45,78 mg/L.

3. Số lần rửa giải:

   • Sau 10 lần rửa giải liên tiếp với dung dịch KMnO4 0,1N/HNO3 0,6M, lượng thủy ngân rửa giải gần như hoàn toàn, giảm từ 444 mg/L lần đầu xuống dưới 0,001 mg/L lần thứ 10.

4. Tái sinh than hoạt tính:

   • Diện tích bề mặt riêng của than AC-Br trước xử lý là 614,34 m²/g, sau tái sinh là 666 m²/g, cho thấy phương pháp tái sinh không làm giảm diện tích bề mặt.
   • Phổ IR cho thấy các nhóm chức như C-H, C=O, C=C, C-Br vẫn tồn tại sau tái sinh, chỉ có liên kết C≡C bị phá vỡ do oxi hóa mạnh.
   • Dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân của than sau tái sinh duy trì hiệu quả cao, tương đương hoặc tốt hơn so với than trước xử lý.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy dung dịch oxi hóa KMnO4 kết hợp HNO3 là tác nhân rửa giải hiệu quả, có khả năng chuyển hóa các dạng thủy ngân bền vững trên bề mặt than thành dạng ion Hg2+ hòa tan, thuận lợi cho việc thu hồi. Việc tăng nồng độ HNO3 làm tăng khả năng rửa giải nhưng cần cân nhắc tránh phá hủy cấu trúc bề mặt than do phản ứng oxi hóa quá mạnh.

Hiệu quả rửa giải giảm khi tăng nồng độ KMnO4 có thể do sự tạo thành các sản phẩm oxi hóa không thuận lợi hoặc ảnh hưởng đến cấu trúc than. Số lần rửa giải cho thấy quá trình tái sinh có thể thực hiện nhiều lần để thu hồi gần như toàn bộ thủy ngân.

Phân tích BET và IR chứng minh rằng phương pháp tái sinh giữ được cấu trúc vật lý và hóa học của than hoạt tính, đảm bảo khả năng hấp phụ hơi thủy ngân sau tái sinh. Dữ liệu này có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong hấp phụ và phổ IR so sánh trước và sau tái sinh.

So với các nghiên cứu khác về biến tính than hoạt tính bằng brom và các phương pháp rửa giải thủy ngân, kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của quy trình thu hồi và tái sinh trong xử lý ô nhiễm thủy ngân.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng dung dịch KMnO4 0,1N kết hợp HNO3 0,6M làm tác nhân rửa giải thủy ngân để tối ưu hiệu quả thu hồi thủy ngân từ than hoạt tính biến tính brom, thực hiện trong vòng 1 giờ mỗi lần rửa giải.

2. Thực hiện quy trình rửa giải liên tục tối thiểu 10 lần để đảm bảo thu hồi gần như toàn bộ thủy ngân hấp phụ, giảm thiểu phát tán ra môi trường.

3. Phát triển công nghệ tái sinh than hoạt tính tại các cơ sở xử lý chất thải công nghiệp nhằm tái sử dụng vật liệu hấp phụ, giảm chi phí và lượng chất thải nguy hại.

4. Theo dõi và kiểm soát chặt chẽ nồng độ HNO3 trong dung dịch rửa giải để tránh phá hủy cấu trúc bề mặt than, duy trì hiệu suất hấp phụ sau tái sinh.

5. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng ứng dụng phương pháp này cho các loại than hoạt tính biến tính khác và các nguồn ô nhiễm thủy ngân khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả xử lý môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa môi trường: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về xử lý thủy ngân và tái sinh than hoạt tính, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Cơ quan quản lý môi trường và các đơn vị xử lý chất thải công nghiệp: Tham khảo quy trình thu hồi thủy ngân và tái sinh vật liệu hấp phụ để áp dụng trong quản lý và xử lý ô nhiễm.

3. Doanh nghiệp sản xuất và tái chế bóng đèn huỳnh quang: Áp dụng công nghệ thu hồi thủy ngân hiệu quả, giảm thiểu tác động môi trường và tăng giá trị tái sử dụng vật liệu.

4. Các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý kim loại nặng: Tham khảo phương pháp biến tính than hoạt tính và quy trình rửa giải để phát triển vật liệu hấp phụ mới, nâng cao hiệu quả xử lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải biến tính than hoạt tính bằng brom?
   Biến tính bằng brom giúp tăng cường liên kết hóa học giữa thủy ngân và than hoạt tính, nâng cao hiệu quả hấp phụ và giảm khả năng phát tán thủy ngân trở lại môi trường.

2. Dung dịch rửa giải nào hiệu quả nhất để thu hồi thủy ngân?
   Dung dịch kết hợp KMnO4 0,1N và HNO3 0,6M cho hiệu quả rửa giải cao nhất, có khả năng chuyển hóa thủy ngân thành dạng ion hòa tan dễ thu hồi.

3. Quy trình tái sinh than hoạt tính có ảnh hưởng đến cấu trúc vật liệu không?
   Kết quả BET và phổ IR cho thấy quy trình tái sinh giữ được diện tích bề mặt và các nhóm chức quan trọng trên than, đảm bảo khả năng hấp phụ sau tái sinh.

4. Số lần rửa giải tối ưu để thu hồi thủy ngân là bao nhiêu?
   Thí nghiệm cho thấy sau 10 lần rửa giải liên tiếp, lượng thủy ngân được thu hồi gần như hoàn toàn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5. Phương pháp xác định nồng độ thủy ngân trong dung dịch là gì?
   Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được sử dụng để đo chính xác nồng độ ion Hg2+ trong dung dịch, phục vụ đánh giá hiệu quả rửa giải và hấp phụ.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc nghiên cứu thu hồi thủy ngân và tái sinh than hoạt tính biến tính brom từ nguyên liệu đã qua xử lý hơi thủy ngân.
• Dung dịch KMnO4 0,1N kết hợp HNO3 0,6M là tác nhân rửa giải hiệu quả, giúp thu hồi gần như toàn bộ thủy ngân hấp phụ trên than.
• Phương pháp tái sinh không làm giảm diện tích bề mặt và các nhóm chức quan trọng của than hoạt tính, duy trì khả năng hấp phụ hơi thủy ngân.
• Quy trình rửa giải liên tục 10 lần được khuyến nghị để đảm bảo hiệu quả thu hồi tối đa.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ xử lý và tái sử dụng vật liệu hấp phụ trong xử lý ô nhiễm thủy ngân, góp phần bảo vệ môi trường bền vững.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm quy mô pilot tại các cơ sở xử lý thực tế và mở rộng nghiên cứu với các loại vật liệu biến tính khác. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm áp dụng và phát triển công nghệ này để nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm kim loại nặng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về thủy ngân 1. Thủy ngân và các hợp chất của thủy ngân Thủy ngân là kim loại chuyển tiếp đứng thứ 80 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, kim loại duy nhất ở thể lỏng ở nhiệt độ thường, màu trắng bạc, lóng lánh, đông đặc ở -400C; sôi ở 3570C; tỷ trọng 13,6; trọng lượng phân tử 200,61. 1 Thủy ngân kim loại Hình 1.

2 Khoáng Cinnabar ở nhiệt độ phòng chứa thủy ngân Trong tự nhiên, thủy ngân có mặt ở dạng vết của nhiều loại khoáng, đá. Các loại khoáng này trung bình chứa khoảng 80 phần tỷ thủy ngân. Quặng chứa thủy ngân chủ yếu là Cinnabarit (HgS). Các loại nguyên liệu, than đá và than nâu chứa vào khoảng 100 phần tỷ thủy ngân.

Hàm lượng trung bình tự nhiên trong đất trồng là 0,1 phần triệu. Để trong không khí, bề mặt thủy ngân bị xạm đi do thủy ngân bị oxi hóa tạo thành oxit thủy ngân Hg2O rất độc, ở dạng bột mịn, rất dễ xâm nhập vào cơ thể. Nếu đun nóng tạo thành HgO. Thủy ngân có khả năng tạo hỗn hống với các kim loại, nên hơi của nó có tác dụng ăn mòn kim loại mạnh.

Thủy ngân rất dễ bay hơi do nhiệt độ bay hơi của nó rất thấp. Ở 200C nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là 20mg/m3, và nó có thể bay hơi cả trong môi trường lạnh. [2] Thủy ngân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ba lĩnh vực được sử dụng nhiều nhất là: Công nghiệp sản xuất Cl2 và NaOH bằng phương pháp điện 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh phân sử dụng điện cực thủy ngân (điện cực calomen), nhà máy sản xuất các thiết bị điện, như đèn hơi thủy ngân, pin thủy ngân, máy nắn và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ, nông nghiệp: sử dụng một lượng lớn thủy ngân trong sản xuất chất chống nấm trong việc làm sạch hạt giống.

Nhưng do các hóa chất này gây nhiễm độc cho người dùng và tồn tại lâu dài trong môi trường tự nhiên nên từ năm 1996 ở Việt Nam đã cấm sử dụng các chất này. Thủy ngân còn được sử dụng trong các lĩnh vực như y tế; chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế…); chế tạo các hỗn hống được sử dụng trong các công việc sau: trong nha khoa để hàn trám răng, trong ắc quy sắt–niken, các hỗn hống với vàng và bạc trước kia dùng để mạ vàng, mạ bạc theo phương pháp hóa học ngày nay được thay thế bằng phương pháp điện phân, tách vàng và bạc ra khỏi quặng của chúng; chế tạo ra các hợp chất hóa học có chứa thủy ngân. Ngoài ra, còn có các hợp chất vô cơ khác như: Oxit thủy ngân đỏ (HgO) làm chất xúc tác trong công nghiệp, pha sơn chống hà bám ngoài tàu, thuyền đi biển; Thủy ngân I clorua Hg2Cl2(còn gọi là calomel hay thủy ngân đục, là bột trắng, không mùi vị, làm thuốc tẩy giun dưới dạng santonin–calomen, có thể gây ngộ độc cho người dùng; Thủy ngân II clorua (HgCl2) còn gọi là sublime ăn mòn, kết tinh trắng, là chất độc. Nó có tác động ăn mòn kích ứng.

HgCl2 tác dụng với kim loại, có vị cay, làm săn da rất dễ chịu; Thủy ngân I Iotdua (Hg2I2) là bột màu xanh lục; Thủy ngân II Iotdua (HgI2) là bột màu đỏ rực rỡ; Thủy ngân II Nitrat (Hg(NO3)2.8H2O, là chất lỏng, ăn da mạnh nên rất nguy hiểm khi thao tác, được dùng trong y khoa để trị các mụn nhọt, sử dụng trong công nghệ chế biến lông; Thủy ngân xianua Hg(CN)2 là tinh thể, khan, không màu, mùi vị gây buồn nôn, rất độc; Sunfua thủy ngân (HgS) dùng làm bột màu; Thủy ngân fulmiat Hg(CNO)2 được dùng trong công nghiệp chế tạo thuốc nổ, dùng làm hạt nổ, kíp nổ, hơi khói từ ngòi nổ fulmiat thủy ngân có thể gây nhiễm độc. Độc tính và nguồn tiếp xúc của thủy ngân 1. Độc tính của thủy ngân Thủy ngân(Hg) là một trong ba kim loại (Hg, Pb, Cd) được coi là nguy hiểm nhất đối với con người. Thủy ngân được tìm ra và đưa vào sử dụng từ rất 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh lâu.

Chính vì vậy,thủy ngân có mặt khắp nơi và mức độ gây hại đang ngày càng một nghiêm trọng hơn. Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học dễ dàng hấp thụ qua da, qua các cơ quan hô hấp và tiêu hóa. Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào dạng hóa học và con đường tiếp xúc của nó. Ở dạng nguyên chất, thủy ngân ở trạng thái lỏng, mức độc của Hg chỉ ở dạng trung bình vì nó lưu chuyển nhanh khắp cơ thể làm cho các bộ phận ít có khả năng hấp thu nó.

Nếu nuốt phải thủy ngân kim loại thì sau đó lại được thải ra ngoài gần như hoàn toàn (99%) qua đường tiêu hóa mà không gây hậu quả nghiêm trọng. Để chứng minh cho điều này, một nhà nghiên cứu của trung tâm phòng và điều trị nhiễm độc ở Vienne đã làm thí nghiệm với chính cơ thể của mình bằng cách nuốt 100 g thuỷ ngân kim loại, kết quả là thuỷ ngân vào trong dạ dày, ruột, sau đó được thải ra ngoài. Hàm lượng thuỷ ngân trong nước tiểu đã lên tới 80mg/L sau hai tháng sau đó giảm dần đến hết. Nhưng thủy ngân dễ bay hơi ở nhiệt độ thường, nên hít phải hơi thủy ngân trong thời gian dài sẽ rất độc.

Khi hít phải hơi thủy ngân sẽ gây phá hủy nghiêm trọng hệ thần kinh trung ương. Ngoài ra, hơi thủy ngân cũng là nguyên nhân của các bệnh ung thư, rối loạn hô hấp, vô sinh. Khi thủy ngân ở dạng ion (Hg22+) xâm nhập vào dạ dày sẽ tác dụng với ion Cl- tạo thành hợp chất không tan Hg2Cl2 và được đào thải ra ngoài nên ion Hg22+ ít gây độc. Ion thủy ngân(II) thì lại rất độc, nó thường dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein.

Ion Hg2+ cũng tạo liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết thanh. Ion thủy ngân có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường nước bọt và da. Chúng có thể tập trung chủ yếu trong gan và thận. [1] Nguy hiểm là thủy ngân nguyên chất làm nhiễm bẩn không khí, chuyển thành dạng metyl thủy ngân (CH3)Hg+ bền vững và có quá trình chuyển hóa một thời gian dài trong cơ thể.

Trong các hợp chất của thủy ngân, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, đến mức chỉ vài microlit rõi vào da có thể gây tử vong. Chất này hòa tan mỡ và thành phần chất béo của màng não tủy. Thủy ngân có khả năng phản ứng với các axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin. Thủy ngân có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh axit bazo của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh.

Metyl thủy ngân có khả năng hòa tan trong chất béo, qua màng tế bào, tới não, phá hủy hệ thần kinh trung ương. Metyl thủy ngân làm phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào. Metyl thủy ngân đặc biệt nguy hại tới các phôi đang phát triển, tác động gấp 5–6 lần so với người lớn. Như vậy, hai dạng tồn tại của thủy ngân gây độc mạnh: thủy ngân nguyên tố dạng hơi và ion thủy ngân (II) (ở dạng ion metyl thủy ngân).

Nồng độ tối đa cho phép của ion thủy ngân (II) theo WHO trong nước uống là 1µg/l, với nước nuôi thủy sản là 0,5µg/l. Nguồn tiếp xúc của thủy ngân Các hợp chất thủy ngân có thể gây nhiễm độc cho người tiếp xúc như đã nêu trên. Riêng thủy ngân kim loại có nhiều ứng dụng trong sản xuất, có thể gây nhiễm độc trong các quá trình như luyện thủy ngân từ quặng tại các phân xưởng của các nhà máy sản xuất thủy ngân hoặc trong các quá trình công nghiệp sử dụng thủy ngân. Ví dụ: Chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế); Trong kỹ nghệ điện thủy ngân là hóa chất rất quan trọng để chế tạo các đèn hơi thủy ngân, các máy nắn và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ; Chế tạo các hỗnhỗng, các hỗn hống được sử dụng trong các lĩnh vực sau: trong nha khoa, chế tạo acquy sắt–niken, dùng mạ vàng, bạc theo phương pháp hóa học; tách vàng và bạc khỏi quặng của chúng… Thủy ngân được xâm nhập vào cơ thể qua các đường: đường hô hấp, qua da và tiêu hóa.Trong công nghiệp, thủy ngân thường xuyên xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp.

Thủy ngân kim loại bay hơi ở nhiệt độ thường, mỗi khi để trong không khí nó làm ô nhiễm không khí môi trường xung quanh, nồng độ thủy ngân bốc ra phụ thuộc nhiệt độ không khí, bề mặt tiếp xúc của thủy ngân và mức độ thông gió của môi trường. Trong không khí nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là 15mg/m3 ở 250C, 68mg/m3 ở 400C. Khi thủy ngân bị rơi vãi, nó sẽ phân tán thành nhiều giọt, các giọt đó bám vào bụi lại phân tán nhỏ hơn nữa, làm cho diện tích tiếp xúc thủy ngân với không khí tăng lên vô tận, tạo điều kiện cho nó bốc hơi và xâm nhập vào cơ thể, rất nguy hiểm. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh Đường qua da cũng có khả năng hấp thụ thủy ngân và hợp chất thủy ngân, tuy không mạnh bằng đường hô hấp.

Mặt khác chất độc thủy ngân bám trên da có thể vào cơ thể qua miệng. Ví dụ dùng tay trần chụm lại để giữ thủy ngân, sau khi thủy ngân chảy đi nó còn để lại oxit thủy ngân rất nhỏ mịn, mắt thường không nhìn thấy, từ đó chất độc có thể vào cơ thể qua miệng. Đường tiêu hóa thủy ngân có thể qua miệng giống chì. Các nguồn phát thải của thủy ngân Thủy ngân là chất độc có trong môi trường từ nhiều nguồn khác nhau, đặc biệt là do đốt than và khai thác mỏ và các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như núi lửa, đất, nước biển bay hơi.

Tuy nhiên, thủy ngân tồn tại trong khí quyển là phổ biến nhất. Một nghiên cứu gần đây được tiến hành bởi EPA trên 198 địa điểm ô nhiễm không khí nguy hiểm. Thủy ngân được công nhận là một trong những chất gây ô nhiễm độc hại nhất, và cho thấy, phát thải vào bầu khí quyển là một mối đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.