DSpace at VNU: Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý Asen trong nước của cây ráng chân xi (Pteris vittata L.) và vật liệu Fe2O3 Nano

Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý As của vật liệu Fe2O3 nano .... Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới hiệu quả xử lý As trong nước của vật liệu Error!. Kết q

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

TRẦN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG

XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XI

(Pteris vittata L.) VÀ VẬT LIỆU Fe2O3 Nano

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

TRẦN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG

XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XI

(Pteris vittata L.) VÀ VẬT LIỆU Fe2O3 Nano

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới cô TS Nguyễn Kiều Băng Tâm giảng viên, phó chủ nhiệm bô ̣ môn Sinh Thái môi trường, cô đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ dạy cho em rất nhiều điều để

em có thể hoàn thành luận văn này

Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị cán bộ của Trung tâm Khoa học Vật liệu, các anh chị Bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường Đất, phòng Phân tích Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG

Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình làm thí nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô khoa Môi Trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội, đã tận tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập để em có thể hoàn thành tốt luận văn này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên để em có thể hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên

Trần Văn Đức

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined

1.1 Tổng quan về Asen Error! Bookmark not defined

1.1.1 Giới thiệu chung về Asen Error! Bookmark not defined

1.1.2 Ứng dụng của Asen Error! Bookmark not defined

1.1.3 Độc tính của Asen Error! Bookmark not defined

1.1.4 Các dạng tồn tại của asen trong nướcError! Bookmark not defined

1.2 Khái quát về vật liệu nano Error! Bookmark not defined

1.2.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined

1.2.2 Phân loại vật liệu nano Error! Bookmark not defined

1.2.3 Một số tính chất của vật liệu nano Error! Bookmark not defined

1.2.4 Phương pháp chế tạo vật liệu nano Error! Bookmark not defined

1.2.5 Ứng dụng của vật liệu nano Error! Bookmark not defined

1.3 Tổng quan về Biện pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim

loại nặng trong nước Error! Bookmark not defined

1.3.1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined

1.3.2 Công nghệ xử lý ô nhiễm nước bằng thực vâ ̣tError! Bookmark not defined

1.3.3 Cơ chế sinh học xử lý KLN trong nước bằng thực vâ ̣tError! Bookmark not defined 1.4 Hiện trạng ô nhiễm Asen Error! Bookmark not defined

1.4.1 Hiện trạng ô nhiễm Asen trên thế giớiError! Bookmark not defined

1.4.2 Hiện trạng ô nhiễm Asen ở Việt NamError! Bookmark not defined

1.5 Các phương pháp xử lý Asen Error! Bookmark not defined

1.5.1 Oxi hoá As(III) Error! Bookmark not defined

1.5.2 Kĩ thuật keo tụ - kết tủa Error! Bookmark not defined

1.5.3 Phương pháp trao đổi ion Error! Bookmark not defined

1.5.4 Phương pháp lọc màng Error! Bookmark not defined

1.5.5 Phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined

1.6 Tổng quan về phương pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined

1.6.1 Nguyên lý của phương pháp hấp phụError! Bookmark not defined

1.6.2 Động học của các quá trình hấp phụError! Bookmark not defined

1.6.3 Cân bằng của quá trình hấp phụ trong dung dịchError! Bookmark not defined

1.6.4 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined

2.1 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địaError! Bookmark not defined

2.3.2 Phương pháp phân tích Error! Bookmark not defined

2.3.3 Phương pháp chế tạo vật liệu Fe2O3 nanoError! Bookmark not defined

2.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiê ̣m Error! Bookmark not defined

2.3.5 Phương pháp xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng Chân xỉError! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined

3.1 Kết qua ̉ nghiên cứu vâ ̣t liê ̣u Error! Bookmark not defined

3.1.1 Kết quả chụp Xray để xác định thành phần vật liệuError! Bookmark not defined

3.1.2 Kết quả Chụp TEM và chụp SEM để xác định hình dạng kích

thước vật liệu Error! Bookmark not defined

3.1.3 Kết quả đo điện tích bề mặt vật liệu tại các pH khác nhauError! Bookmark not defined 3.2 Kết qua ̉ nghiên cứu hiê ̣u quả xử lý Asen trong nước của vâ ̣t

liê ̣u Fe 2 O 3 nano Error! Bookmark not defined

3.2.1 Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu Fe2O3 nanoError! Bookmark not defined

3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Asen của vật liệu Fe2O3Error! Bookmark not defined

3.2.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe2O3/As đến hiệu quả hấp phụ As.Error! Bookmark not defined

3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý As của vật liệu

Fe2O3 nano Error! Bookmark not defined

3.2.5 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới

hiệu quả xử lý As trong nước của vật liệu Error! Bookmark not defined

3.2.6 Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý Asen trong mẫu

nước lấy ngoài thực địa bằng vật liệu Fe2O3 nano.Error! Bookmark not defined

3.3 Kết qua ̉ nghiên cứu hiê ̣u quả xử lý Asen t rong nước của cây

Ráng Chân xỉ Error! Bookmark not defined

3.3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý

Asen trong nước của cây Ráng chân xỉ Error! Bookmark not defined

3.3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ A sen ban đầu đến

hiệu quả xử lý Asen của cây Ráng Chân XỉError! Bookmark not defined

3.3.3 Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây

Ráng Chân Xỉ đối với mẫu thực địa Error! Bookmark not defined

3.4 Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của nồng độ As ban

đầu tới hiệu quả xử lý asen trong nước của vật liệu Fe 2 O 3 nano

và cây Ráng chân xỉ Error! Bookmark not defined

3.4.1 Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của nồng độ As ban

đầu tới hiệu quả xử lý của vật liệu Fe2O3 nano và cây Ráng chân xỉError! Bookmark not defined

3.4.2 Kết quả thí nghiệm so sánh Hiệu quả xử lý Asen trong mẫu

ngoài thực địa của Vật liệu Fe2O3 nano và cây Ráng chân xỉError! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AAS Atomic Absorption Spectroscopy Phổ hấp phụ nguyên tử

FAC Free activated chlorine Clo tự do hoạt động

TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD X – Ray diffraction Nhiễu xạ tia X

SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Một số khoáng vật tự nhiên chứa Asen [26] Error! Bookmark not

defined

Bảng 2 Trạng thái tồn tại các dạng Asen trong điều kiện oxi hóa khử và pH

khác nhau Error! Bookmark not defined

Bảng 3 Dung lượng hấp phụ As của vật liệu Fe2O3 Error! Bookmark not

defined

Bảng 4: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ As của vật liệu Fe2O3 nano

Error! Bookmark not defined

Bảng 5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe2O3/As đến hiệu quả hấp phụ As

Error! Bookmark not defined

Bảng 6: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý của vật liệu Fe2O3 nano

Error! Bookmark not defined

Bảng 7 : Ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới hiệu quả xử lý As trong nước

của vật liệu Error! Bookmark not defined

Bảng 8: Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý Asen trong mẫu nước lấy ngoài

thực địa bằng vật liệu Fe2O3 nano Error! Bookmark not defined

Bảng 9: kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiê ̣u quả xử lý asen

trong nước của cây Ráng Chân Xỉ Error! Bookmark not defined

Bảng 10:ảnh hưởng của nồng độ Asen đến hiệu quả xử lý Asen của cây ráng

chân xỉ Error! Bookmark not defined

Bảng 11 :Hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng chân xỉ đối với mẫu

thực địa Error! Bookmark not defined Bảng 12: Hiệu quả xử lý Asen của vật liệu và cây Ráng chân xỉ Error!

Bookmark not defined

Bảng 13: Kết quả hiệu quả xử lý Asen trong mẫu nước ngoài thực địa của vật

liệu Fe2O3 nano và cây Ráng chân xỉ Error! Bookmark not defined

DANH MỤC HÌNH Hình 1: Khoáng vật chứa Asen Error! Bookmark not defined

Hình 2 Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO3 ,H2AsO3-,HAsO32-,

AsO33- theo pH (Asen III) Error! Bookmark not defined

Hình 3 Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO4 ,H2AsO4-,HAsO42-,

AsO43- theo pH (Asen V) Error! Bookmark not defined

Hình 4: Ứng dụng của vật liệu nano Error! Bookmark not defined

Hình 5: Sử dụng thảm thực vật trong xử lý nước thảiError! Bookmark not defined

Hình 6 Bản đồ các khu vực ô nhiễm asen trên toàn quốcError! Bookmark not defined

Hình 7 Tình hình nhiễm Asen ở Hà nội 12/1999 [21]Error! Bookmark not defined

Hình 8 Hệ thống máy hấp thu nguyên tử AAS của hãng VarianError! Bookmark not defined

Hình 9 Hệ lò vi sóng điều chế vật liệu Fe2O3 nano.Error! Bookmark not defined

Hình 10 Sơ đồ quy trình chế tạo hạt nano oxit sắt vô định hìnhError! Bookmark not defined

Hình 11: Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý asen trong mẫu thực địa

bằng vâ ̣t liê ̣u Fe2O3 nano Error! Bookmark not defined

Hình 12: Giản đồ XRD của vật liệu nano Fe2O3 vô định hình.Error! Bookmark not defined

Hình 13: Ảnh TEM của vật liệu Fe2O3 nano vô định hình có độ phóng

đại 50nm Error! Bookmark not defined

Hình 14 Ảnh chụp SEM của vật liệu Fe2O3 nano vô định hình.Error! Bookmark not defined

Hình 15 Thế Zeta của vật liệu Fe2O3 nano ở các pH khác nhauError! Bookmark not defined

Hình 16 Đồ thị biểu diễn điện tích bề mặt của vật liệu Fe2O3Error! Bookmark not defined

Hình 17: Đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt LangmuirError! Bookmark not defined

Hình 18: Đồ thị xác định dung lượng hấp phụ cực đại theo phương trình

Langmuir Error! Bookmark not defined

Hình 19 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu qủa xử lý As của

vật liệu Fe2O3 nano Error! Bookmark not defined

Hình 20 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe2O3/As đến

hiệu quả hấp phụ As Error! Bookmark not defined

Hình 21 Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý

của vật liệu Fe2O3 nano Error! Bookmark not defined

Hình 22: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu đến hiệu

quả hấp phụ As Error! Bookmark not defined

Hình 23: Biểu diễn hiệu suất hấp thụ của cây Ráng chân xỉ theo thời gianError! Bookmark not defined Hình 24: Biểu diễn dung lượng hấp thụ của cây Ráng chân xỉError! Bookmark not defined

Hình 25: Hiệu quả xử lý Asen của Ráng chân xỉ và vật liệuError! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

Asen là một nguyên tố rất phổ biến trong tự nhiên, tồn tại dưới nhiều dạng hợp chất khác nhau cả vô cơ lẫn hữu cơ Asen có cấp độ độc hại là Ia (cực độc) và có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua chuỗi thực phẩm, nước uống và không khí Một lượng cực nhỏ (0,1-0,2g) có thể gây chết người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc mãn tính thì có thể gây

ra nhiều loại bệnh khác nhau, tổn thương da, một số bệnh cơ tim, cao huyết

áp, thiếu máu cơ tim [34]

Trên thế giới hiện nay đã có hàng chục triệu người mắc các căn bệnh này

do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao và điều đáng lo ngại là hiện nay chưa có phương pháp điều trị hiệu quả các căn bệnh nguy hiểm này

Thực trạng ô nhiễm Asen ở nước ta hiện nay đã tới mức báo động, theo một số khảo sát mới đây cho thấy nguồn nước ngầm ở nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long như Hà Nội, Phú Thọ, Hà Nam, Đồng Tháp, Kiên Giang, Long An, bị nhiễm Asen nặng với nồng độ cao gấp nhiều lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế [11] Mặc dù bị nhiễm asen nhưng nước ngầm vẫn được khai thác rộng rãi ở thủ đô Hà Nội và nhiều tỉnh thành khác Tính đến nay nước ta có hơn 1 triệu giếng khoan có nồng độ asen cao hơn từ

20 đến 50 lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế và có khoảng 10,5 triệu người bị nhiễm độc bởi Asen Phần lớn ở các vùng nông thôn sử dụng nước trực tiếp từ các giếng khoan mà không qua xử lý hoặc xử lý rất thô sơ [34]

Sử dụng thực vật trong việc xử lý các chất ô nhiễm là một công nghệ hoàn toàn mới mẻ, đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển Theo đánh giá sơ

bộ, giá thành trung bình của xử lý chất ô nhiễm bằng các phương pháp hoá học, cơ học, lý hoá học… cao hơn rất nhiều lần so với giá thành xử lý môi trường ô nhiễm bằng biện pháp sinh học Do đó ngày càng cần có nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa để hoàn thiện các cơ chế xử lý chất ô nhiễm bằng thực vật để có thể ứng dụng chúng một các rộng rãi trong thực tế nhằm

giảm bớt các chi phí tốn kém và có thể áp dụng trong các điều kiện của nền kinh tế đang phát triển, đă ̣c biê ̣t ở các vùng nông thôn

Tiềm năng công nghệ nano, không giống các công nghệ khác, thường bắt nguồn từ một bộ môn khoa học cụ thể, nhưng công nghệ nano là sự kết hợp của nhiều bộ môn khoa học Công nghệ nano được xác định bằng quy mô hoạt động Khoa học nano và công nghệ nano liên quan đến việc nghiên cứu vật chất ở kích thước siêu nhỏ Một nano mét bằng 1 phần triệu của 1mm và một sợi tóc của con người rộng khoảng 80.000 nano mét Kích thước của vật liệu nano quá nhỏ làm cho con người khó nhìn thấy Kích thước nano cho phép xử lý những bộ phận nhỏ nhất của vật chất Hoạt động ở kích thước nano sẽ liên kết các nguyên tử và phân tử để khai thác dễ dàng hơn các đặc điểm của vật chất Chúng ta sẽ hình dung về việc tạo ra các vật liệu mới hoặc thay đổi các vật liệu cũ Trong các ứng dụng như lọc nước, các vật liệu có thể được làm mới hoặc điều chỉnh để lọc sạch các kim loại nặng và độc tố sinh học Vật liệu FeIII nano còn rất mới nhưng nó có những tính chất và ưu điểm vượt trội so với các vật liệu trước đây

Chính vì các lý do trên, đề tài ―Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý

Ráng Chân Xỉ và vật liệu Fe2O3 nano vào xử lý nước ô nhiễm Asen trong thực tế

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt

1 Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh, (2010) ―Một số đặc điểm phân bố Asen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm Asen trong môi

trường Việt Nam‖, hội thảo quốc tế về ô nhiễm Asen: Hiện trạng, tác động

đến sức khỏe cộng đồng và các biện pháp phòng ngừa, Hà Nội, 21 – 32

2 Lê Văn Cát (1996), Trao đổi ion, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

3 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và

nước thải, NXB thống kê Hà Nội

4 Lò Văn Huynh, Lê Văn Cát, Mai Xuân Quỳ(2001), ―Hấp phụ p –

nitrophenol trên cột than hoạt tính ― Tạp chí hoá học, T.39, số 3, Tr.5 – 9

5 Nguyễn Trung Đức (2014), Ảnh hưởng của một số tính chất đất và hàm

lượng As đến khả năng hút thu Asen của cỏ Màn Trầu Tr.6 – 10

6 Lê Đức (2009), Bài giảng KLN trong đất, Trường Đại học Khoa Học Tự

Nhiên – ĐH QGHN

7 Trần Thị Thanh Hương, Lê Quốc Tuấn, (2010) Cơ chế gây độc Asen và

khả năng giải độc asen của vi sinh vật, Khoa Môi trường và Tài nguyên,

Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Hội thảo Môi trường và Phát triển bền vững,Vườn Quốc gia Côn Đảo,18/06/2010 – 20/06/2010 Workshop on Environment and Sustainable Development, Con Dao National Park, 18th– 20th June 2010

8 Nguyễn Khắc Hải, Đặng Minh Ngọc và cộng sự, Chander Badloe,

Nguyễn Quý Hòa (2004) ―Tình hình ô nhiễm Asen trong nguồn nước

ngầm tại 3 xã Hòa Hậu, Vĩnh Trụ, Bồ Đề - Hà Nam‖, Hội nghị khoa học

lần thứ III trường Đại học Khoa học Tự nhiên, khoa học – công nghệ môi trường và phát triển bền vững, tr 34 – 42