Làm sạch bầu không khí cũng như xử lý các nguồn nước trong sinh hoạt là một trong những vấn đề cấp thiết mang tính toàn cầu, đặc biệt trong bối cảnh ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu ở mức đáng lo ngại như hiện nay. Bài viết trình bày khảo sát các chế độ vận hành của máy tạo ion Cu2+ bằng nguyên lý điện phân và khả năng hấp thụ khí H2S của ion Cu2+.
Trang 1KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MÁY TẠO ION Cu2+ BẰNG NGUYÊN LÝ ĐIỆN PHÂN
VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KHÍ H2S CỦA ION Cu2+
Trần Thị Chung Thuỷ
Trường Đại học Thuỷ lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Làm sạch bầu không khí cũng như xử lý
các nguồn nước trong sinh hoạt là một trong
những vấn đề cấp thiết mang tính toàn cầu,
đặc biệt trong bối cảnh ô nhiễm môi trường
và biến đổi khí hậu ở mức đáng lo ngại như
hiện nay
Sử dụng hoá chất là cách phổ biến, thông
dụng nhất trong việc làm sạch môi trường nói
chung và các nguồn nước nói riêng Tuy nhiên,
các hoá chất dư thừa này có thể tác động xấu
đến môi trường và sức khoẻ con người Bởi
vậy, giải pháp thay thế hoá chất bằng các
nguồn nguyên liệu thân thiện với môi trường
trong việc làm sạch môi trường là vô cùng cần
thiết Ion Cu2+ đáp ứng được yêu cầu này
Ưu điểm nổi bật của các ion Cu2+ là khả
năng kháng nấm, diệt ký sinh trùng, vi sinh
vật có hại [1,2] Ion Cu2+ có khả năng tạo ra
các gốc hydroxyl tự do có hoạt tính cực mạnh
khi tác dụng với H2O2 trong tế bào sống, có
tác dụng oxy hóa protein và lipid, dẫn đến
tiêu diệt được các cơ thể sống có cấu trúc đơn
giản như vi khuẩn, virus, tảo, nấm/ký sinh
trùng [1,2]
Một ưu điểm nữa của ion Cu2+ là khả năng
bất hoạt các phân tử H2S và phân tử thiol, là
thành phần chính gây mùi trong các nguồn
nước, các bãi rác, chất thải,…, đem lại sự
trong lành cho môi trường [3] Mùi hôi trong
nguồn nước, đặc biệt tại chuồng trại chăn
nuôi, khu vực khu tập kết rác, dòng kênh
gom nước thải chủ yếu được tạo bởi các phân
tử H2S và các hợp chất chứa các nhóm chức
thiol (-SH), được sinh ra từ quá trình phân
hủy các chất hữu cơ trong điều kiện yếmkhí Khí H2S khi tan trong nước sẽ gây ngạt, làm cho thuỷ sản bị sốc, dễ phát sinh mầm bệnh, chậm phát triển hoặc chết hàng loạt bởi sự ức chế quá trình ôxy hoá, ôxy hoácytochrome a3 trong quá trình hô hấp [4] Các ion Cu2+
khi được phân tán trong các nguồn nước có khí H2S, sẽ tác dụng với các phân tử H2S và phân tử thiol và bất hoạt chúng theo các phương trình sau [1,2]:
Cu2+ + H2S CuS + H2 (1)
Cu2+ + 2HS-R Cu(SR)2 +H2 (2)
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Máy tạo ion đồng được chế tạo và vận hành dựa trên nguyên lý điện phân với hai điện cực bằng đồng tan luân phiên Các thông
số của máy:
Nguồn điện 1 chiều: 5V
Điện năng tiêu thụ: W/h
Tốc độ điện phân điều chỉnh: 2,5 - 25 mg/h
Trọng lượng máy:8 kg
Kích thước máy: 15 x 15 x30 cm Các mẫu nước ion Cu2+ được lấy ra ngay sau khi điện phân, mỗi chế độ 250 ml Các mẫu này đều được đưa 30 mg EDTA2Na.2H2O vào để tạo phức Cu-EDTA (dạng dễ hòa tan và hiện mầu) với nồng độ từ 6.4 10-4 M đến 4.8 10-2 M Sau đó, các mẫu này được loại hết nước trong tủ sấy tại 90oC trong khoảng 2 ngày Tiếp theo, các mẫu này được phân tán trở lại trong 10 ml nước
Để xác định được nồng độ của các ion
Cu2+ được tạo ra bởi các chế độ hoạt động khác nhau của máy, các phức chất Cu-EDTA
Trang 2được xác định độ hấp thụ tại bước sóng hấp
thụ mạnh nhất 735 nm (Hình 1).Sau đó, kết
quả được fit với đường chuẩn để xác định
nồng độ Cu2+ được tạo ra tại các chế độ hoạt
động của máy với thể tích nước là 10 lít và
thời gian điện phân 10 phút Nồng độ thực x
của ion Cu2+ được ngoại suy từ phương trình:
y = a + bx (3)
Hình 1 Phổ hấp thụ của phức chất Cu-EDTA
với các nồng độ khác nhau của ion Cu 2+
Nồng độ thích hợp của ion Cu2+ được đưa vào thử nghiệm khả năng hấp thụ khí H2S trong bình chứa thể tích 10 lít bằng bộ test
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Nồng độ ion Cu2+ tạo bởi các chế độ của máy được thống kê trong bảng 1 bằng cách fit số liệu theo nguyên tắc đã được thể hiện trong hình 2 Kết quả trong bảng 1 cho thấy, nồng độ ion Cu2+ được tạo ra tăng theo chế độ điện áp (dòng) hoạt động
Nồng độ ion được tạo ra bởi chế độ 6 của máy là 0,27.10-4 M, tương đương 0,17 mg/l Ngưỡng phát hiện này nằm trong phạm vi cần đạt được (0,15 - 0,2 mg/l) để đảm bảo an toàn cho nguồn nước khi xử lý các nguồn gây bệnh [3] Nồng độ này được lựa chọn để nghiên cứu khả năng hấp thụ khí H2S của Cu2+
Bảng 1 Nồng độ của ion Cu2+ được tạo bởi các chế độ khác nhau của máy,
được xác định bằng phương pháp fit đường chuẩn và ngoại suy
Các chế độ
Hình 2 Xác định nồng độ Cu 2+ được
tạo bởi các chế độ hoạt động của máy
(fit số liệu với đường chuẩn)
Luồng khí H2S với nồng độ 20 ppm được sục qua bình nước thể tích 10 lít có chứa các ion Cu2+ nồng độ 0,27.10-4 M (dòng điện 5,75 mA, thời gian 15 phút) Khí H2S sẽ phản ứng với Cu2+ theo phương trình (2) tạo thành CuS không tan trong nước hoặc kết tủa và khí H2
Kết quả khảo sát cho thấy, nồng độ khí
H2S giảm đáng kể khi tăng thời gian phản ứng (Bảng 2) Với nồng độ H2S dung trong thí nghiệmlà 20 ppm, sau 30 phút được xử lý bằng ion Cu2+ có nồng độ 0,27.10-4 M (tương ứng với 0,17 ppm), nồng độ của khí
H2S trong thể tích nước 10 lít chỉ còn lại
Trang 32 ppm Đây là nồng độ nằm trong ngưỡng an
toàn cho sự phát triển của thuỷ sản, đặc biệt
là tôm [3]
Bảng 2 Nồng độ còn lại của H2S trong
10 lít nước có chứa 0,27.10-4 M ion Cu2+
tại các thời điểm khác nhau
Thời gian
hấp phụ
H 2 S của ion
Cu 2+
5 phút
10 phút
15 phút
20 phút
30 phút
Nồng độ
còn lại của
H 2 S sau
phản ứng
với Cu2+
20 ppm
17 ppm
12 ppm
7 ppm
2 ppm
Hình 3 Thử nghiệm khả năng khống chế sự
phát triển của rong rêu của ion Cu 2+ :
a) không được xử lý; b) được xử lý bằng Cu 2+
Nồng độ ion được tạo ra với chế độ dòng
điện phân 5,75 mA, thời gian điện phân 15
phút cũng được sử dụng để thử nghiệm khả
năng khống chế sự phát triển của rong rêu
trong nước Kết quả là nguồn nước không
được xử lý bằng ion Cu2+ (Hình 3a) có lượng
rong rêu phát triển nhanh hơn so với nguồn
nước được xử lý bằng ion Cu2+ (Hình 3b)
Các kết quả khảo sát trên cho thấy, không
chỉ nhanh chóng hấp thụ khí H2S để làm
sạch nguồn nước, mà ion Cu2+ còn có khả
năng xử lý hoặc kìm hãm sự phát triển của
rong rêu Xác của thực vật thuỷ canh này khi
phân giải, cũng là nguyên nhân tạo ra khí
H2S, vốn rất độc và nguy hiểm đối với sự sống của thuỷ sản
4 KẾT LUẬN
Đã chế tạo được ion Cu2+ bằng nguyên lý điện phân, thân thiện với môi trường, thay thế hoá chất trong xử lý nguồn nước sinh hoạt và nuôi trồng thuỷ hải sản
Đã đo được nồng độ ion Cu2+ tương ứng với các chế độ hoạt động (điện áp và dòng) Chế độ hoạt động của máy với dòng điện phân 5,75 mA, thời gian điện phân 15 phút có thể tạo ra ion Cu2+ với nồng độ 0,27.10-4 M, nằm trong ngưỡng an toàn khi xử lý nguồn nước
Đã thử nghiệm khả năng hấp thụ khí H2S của ion Cu2+ Sau 30 phút phản ứng với ion
Cu2+ có nồng độ 0,27.10-4 M, nồng độ khí
H2S trong 10 lít nước giảm từ 20 ppm xuống còn 2 ppm, nằm trong ngưỡng an toàn cho sự sống của thuỷ sản, đặc biệt là tôm
Đã thử nghiệm khả năng kìm hãm sự phát triển của rong rêu của ion Cu2+ Các thực vật thuỷ sinh này phát triển chậm trong nguồn nước có ion Cu2+
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Jacob Bregnballe 2015 A guide to Recirculation Aquaculture FAO and EUROFISH
[2] Toshio Takeuchi 2017 Application of Recirculating Aquaculture Systems in Japan Fisheries ScienceSeries, ISBN 978-4-43-56583-3
[3] Edward J Noga, M.S., D.V.M Fish disease: diagnosis and treatment Second Edition ISBN 978-0-8138-0697-6
[4] Qiu et al 2017 Characterization of a new member of Iridoviridae, Shrimp hemocyte iridescent virus (SHIV), found in white leg shrimp Scientific Reports 7, 11834
