Nghiên cứu khả năng hấp thụ ion kim loại pb2+ trong nước thải bằng cây cỏ năng

Cụ thể các công trinh nghiên cứu của Soulwène Kouki 2009 sử dụng cây Sậy và cỏ Đuôi Mèo trồng trên đất trộn sỏi để sử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả xử lý đạt được 95%.. Ngoài ra các cô

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION

oOo

MÃ SÔ: SV2012-117

ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI Pb 2+

TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG

THUỘC NHÓM NGÀNH : CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.s NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI : HUỲNH TẤN TÀI

ĐƠN VỊ: KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012

PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

I ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

 Ô nhiễm chì trên thế giới

Ô nhiễm môi trường là vấn đề nghiêm trọng nhất mà nhiều quốc gia trên thế giới đang phải đối mặt Các vấn đề ô nhiễm đã khiến người dân trên khắp trái đất phải đương đầu với nhiều bệnh dịch có sức tàn phá khủng khiếp Nạn ô nhiễm môi trường có thể thấy ở mọi nơi trên thế giới, từ Mexico, Nga, Mỹ cho tới Trung Quốc, Ấn Độ… Tình trạng ô nhiễm ở một

vài thành phố tại những quốc gia này xuất phát từ nhiều lý do khác nhau Dựa trên số liệu từ

hơn 1000 đánh giá rủi ro tại các địa điểm ô nhiễm trên thế giới trong hai năm qua của Viện Blacksmith - một tổ chức hoạt động vì môi trường của Mỹ, một trong những mối đe dọa lớn nhất đến sức khỏe con người và cũng là vấn đề ít nhất được ghi nhận nhất hiện nay là hàng ngày vẫn có hơn 100 triệu người trên thế giới đang "thở" và "ăn" các chất ô nhiễm độc hại như thủy ngân, chì và crôm Chủ tịch Viện Blacksmith, Richard Fuller cho biết sức khỏe của khoảng 100 triệu người tại các nước đang phát triển đang bị đe dọa do vấn đề ô nhiễm Theo Chủ tịch Fuller, những địa điểm độc hại hiếm khi do các tập đoàn đa quốc gia gây

ra, mà thường do các doanh nghiệp địa phương, các ngành công nghiệp thủ công như khai thác vàng hoặc tái chế pin chì gây ra Điển hình, một trong các trường hợp ô nhiễm nghiêm trọng nhất là tại tiểu bang Zamfara, phía tây bắc Nigiêria, các bác sĩ của Tổ chức Bác sĩ Không Biên Giới (MSF) cho biết khi đến thăm khu vực này, họ hầu như không thấy một đứa trẻ nào tại các làng, sau đó họ mới được biết đã có hơn 400 trẻ em chết vì nhiễm độc chì cấp tính và khoảng 2500 trẻ còn lại đang được cấp cứu do nhiễm độc chì Ô nhiễm chì đã trở nên phổ biến từ các hoạt động khai thác mỏ và hoạt động của các khu công nghiệp Hiện nay, người dân trên toàn thế giới đang gánh chịu hậu quả của sự phát triển công nghiệp không bền vững mà họ gây ra

 Ô nhiễm chì ở Việt Nam

Nước ta có nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp và các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ra ở nhiều nơi với các mức độ nghiêm trọng khác nhau

Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng này là từ các nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, nhà máy mạ và các nhà máy hóa chất Tác động của kim loại nặng tới môi trường sống là rất lớn, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải chứa kim loại nặng từ các nhà máy vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức Bởi các nhà máy ở Việt Nam

thường là có quy mô sản xuất vừa và nhỏ do vậy khả năng đầu tư vào các hệ thống xử lý nước thải là hạn chế Hầu hết các nhà máy chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử lý quá

sơ sài do vậy nồng độ kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi trường thường là các hệ thống sông, hồ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép

1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1 Ngoài nước

Trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng thủy sinh vật để xử lý nước thải bao gồm các nhóm thực vật trôi nổi như: Lục Bình, Bèo Tai Tượng, Bèo Cám,… và nhóm thực vật ngập nước như : Cỏ Năng Tương, Sậy, Bồn Bồn, Thủy Trúc, Cỏ Đuôi Mèo, Cỏ Vetiver,…Tuy nhiên phần lớn các ứng dụng này chỉ được thực hiện ở các nước ô đới như Đan Mạch, Úc, Mỹ, Cộng hòa Sec,…Một số nước nhiệt đới cũng đang ưng dụng nhưng

chưa nhiều Thái Lan, Malaysia, Indonesia,… (Brix, 2003; Cooper, 2003; Silva et al, 2003)

Cụ thể các công trinh nghiên cứu của Soulwène Kouki (2009) sử dụng cây Sậy và cỏ Đuôi Mèo trồng trên đất trộn sỏi để sử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả xử lý đạt được 95% Công trình nghiên cứu Nathasith Chiarawatchi (2010) trồng cỏ Đuôi Mèo trên đất phèn và nuôi Trùng Quế kết hợp để xử lý nước thải chăn nuôi heo đạt hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm hữu

cơ 98%

Ngoài ra các công trình đã kể trên, các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ

Đồ Nha còn cho thấy rằng sử dụng thực vật trong xử lý nước thải có thể loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị, xử lý phân bùn và xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rĩ bãi rác… Không những thế thực vật từ hệ thống sử lý còn có thể chế biến, sử dụng làm thức ăn cho gia súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường

Vì vậy, việc ứng dụng thủy sinh thực vật trong xử lý nước thải hiện nay được nhiều nước trên thế giới đang hướng đến và là một công nghệ xử lý chi phí thấp, thân thiện với môi trường, đảm báo tính đa dạng sinh học, đồng thời tạo cảnh quan đẹp trong xử lý và là nơi sống, sinh sản cho sinh vật thủy sinh (Headley and Tarner, 2006)

cứu mới đây nhất về áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như “ Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bải lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam” của trung tâm kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp ( Trường ĐH Quốc Gia Hà Nội); “ Xây dựng mô hình hệ thống đất ngậm nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì” Trường ĐH Quốc Gia Hà Nội,…đã cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện Việt Nam Có thể khai quát thêm một số công trình nghiên cứu có liên quan như: TS Tăng Thị Chính (2010) sử dụng kết hợp phế phẩm biomix 2, Bèo Nhật Bản với chế phẩm LTH100 để xử lý nước thải làng nghề tái chế nhựa Đông Mẫu, xã Yên Đông, huyện Yên Lạc (Vĩnh Phúc) nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép và không còn mùi hôi thối Công trình nghiên cứu Hội nước và Môi trường Tp.HCM dùng kết hợp ba loại thực vật như cỏ Vetiver, cỏ Voi, cây Dầu Mè để

xử lý nước rỉ rác cho kết quả khá tốt Công trình nghiên cứu của Nguyễn Hà Phương Ngân (2009) sử dụng cây Dầu Mè xử lý nước thải chăn nuôi heo, kết quả loại bỏ 94% chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sau khi qua hệ thống trồng cây Công trình nghiên cứu sử dụng cây cỏ Năng Tương (Scripus littoralis schrab) để xử lý nước thải đầu ra ở Khu công nghiệp Tân Bình đạt loại A QCVN 24:2009 đã cho kết quả tốt Công trình nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Việt Anh xử lý nước thải bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện môi trường ở Việt Nam, đã sử dụng trồng xen kẻ các loại cây như: Cỏ Voi, Sậy, Mai Nước, Thủy Trúc, Phát Lộc trồng trên vật liệu sỏi đá gạch vỡ gồm các bể mắc nối tiếp nhau theo dòng chảy ngầm thẳng đứng để xử lý nước thải thoát ra từ hầm tự hoại kết quả đạt được nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đạt loại A của TCVN 5945 – 1995

Qua các công trình nghiên cứu trên cho thấy rằng việc ứng dụng thủy sinh thực vật trong xử lý nước thải có thể loại bỏ được các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, chất rắn, Nitơ, Phootspho, kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ kể cả vi sinh vật và virut Các chất ô nhiễm trên được loại bỏ nhờ cơ chế đồng thời trong hệ thống xử lý như lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đổi của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật

2 Giới thiệu về cây cỏ năng

Tên khoa học: Eleocharis dulcis

Tên phổ thông: Cây Cỏ Năng, Cỏ Năng ống

Nguồn gốc xuất xứ: Viễn đông

Phân bố ở Việt Nam: Rộng khắp

Giới (regnum): Plantae(không phân hạng): Angiospermae(không phân hạng) Monocots(không phân hạng) Commelinids

Bộ (ordo): Poales

Họ (familia): CyperaceaeChi (genus): Eleocharis

2.2 Đặc điểm sinh lý, sinh thái

Tốc độ sinh trưởng nhanh, cây ưa sáng, nhu cầu nước cao Thường sống ở khu vực ngậm nước, vùng đầm lầy ven các con sông lớn, ưa khí hậu nóng ẩm Nhân giống từ tách bụi, cây mọc khỏe, mầm sống mạnh Do đặc điểm cây Cỏ Năng có thể sống trong điều kiện kho hay ngậm nước và bộ rễ phát triển mạnh nên cây Cỏ Năng có nhiều khả năng xử lý kim loại năng trong nước thải

3 Tổng quan về chì

3.1 Giới thiệu kim loại chì

 Tên gọi và vị trí: Chì ( tên Latinh la Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa học

nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn, số thứ tự nguyên tử là 82, khối lượng nguyên tử bằng 297,19 , nóng chảy ở 327,40C, khối lượng riêng bằng 11,34 g/cm3

 Tính chất vật lý: Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị, khônghòa

tan trong nước, không cháy, chì rất mềm dễ gia công Tuy nhiên chỉ cần bổ sung một lương nhỏ các nguyên tố như antimon, bismuth, arsen, đồng hay kim loại kiềm thổ là có thể tăng

độ cứng của chì lên đáng kể Vì vậy, chì thường sử dụng dưới dạng hợp kim trong công nghệ chế tạo máy

 Tính chất hóa học:

- Tác dụng với H2S trong môi trường clohydric cho kết tủa PbS đen

- Tác dụng với K2SO4 cho kết tủa màu vàng của PbCrO4 tan trong dung dịch KOH, không tan trong axit axetic

- Tác dụng với HCl và H2SO4 đều cho kết tủa clorua và sulfat

- Chì có ái lực mạnh với lưu huỳnh, trong tự nhiên thường tồn tại dưới dạng sulfit

- Chì nguyên chất ở trong không khí thường được phủ nhanh bởi một lớp oxit mỏng PbO

- Chì khó bị ăn mòn, chỉ tan trong các axit sulfuric và nitric đậm đặc

- Trong các hợp chất, chì thường có số oxi hóa +2 và +4 Những hợp chất Pb2+ bền hơn

- Chì và các hợp chất của chì là rất độc Chì không bị phân hủy và có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật thông qua chuỗi thức ăn

3.2 Độc tính của chì

Chì và nhiều hợp chất của chì được nghành độc học xếp vào nhóm độc bản chất Trong

cơ thể, chì không bị chuyển hóa, chỉ được vận chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác, bị đào thải qua bộ đường bài tiết và tích tụ lại trong một số cơ quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp xúc Chính vì vậy, ảnh hưởng gây độc của chì là rất nghiêm trọng và lâu dài

Từ khi độc học về chì được con người nghiên cứu cho tới thập niên 1960, hàm lượng chì trong máu 60 µg/d L được coi là bắt đầu gây nguy hại đối với cả trẻ em và người lớn Sau đó, con số này giảm xuống còn 30 µg/d L (năm 1975) và 25 µg/d L(năm 1985) Ngày nay, hàm lượng chì trong máu được coi là bắt đầu gây nguy hại đối với trẻ em la 10 µg/d L

và đối với người lớn là 25 µg/d L ( Theo trung tâm kểm soát bệnh tật và Viện nghiên cứu quốc gia về an toàn lao động và sức khỏe Liên bang Mỹ µg/d L= 100 g/ L) Theo ước tính hàng ngày một người đưa vào cơ thể từ 20 – 400 mg Pb Khoảng 5 – 15% Pb được cơ thể hấp thu và chủ yếu tập trung ở xương

Độc chì gây hại đến các chức năng trí óc, gây vô sinh, sảy thai và tăng huyết áp đặc biệt gây rối loạn thần kinh trí não ở trẻ em làm giảm chỉ số thông minh (IQ) của trẻ Chì tồn tại

và tích lũy trong cơ thể đến một lượng nhất định thì có thể gây ảnh hưởng tới sức khỏe Nhiễm độc chì có thể cấp tính và mãn tính Nhiễm độc chì thường gây rối loạn trí óc, co giật, đo khớp, hôn mê và dẫn đến tử vong

Ngoài ra chì còn gây độc đối với hệ sinh thái trên cạn: làm giảm hoạt tính của đất ảnh hưởng tới sự tăng trưởng của thực vật…

3.3 Nguồn gốc phát sinh ra chì

 Nguồn tự nhiên :

Trong tự nhiên, chì là nguyên tố vi lượng có trong thành phần của vỏ trái đất Hàm lượng chì trong vỏ trái đất vào khoảng 13 µg/g Chì tồn tại trong khoảng 84 khoáng chất, điển hình nhất là galen PbS

Chì trong vỏ trái đất xâm nhập vào các thành phần khác của môi trường (khí quyển, thủy quyển) nhờ các quá trình tự nhiên sau: phong hóa trái đất ,động đất núi lửa, xói mòn

 Nguồn nhân tạo :

Ngày nay chì được ứng dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống và tất cả loại hình công nghiệp Nhờ những tính chất đặc biệt như dễ nấu chảy, dễ gia công, dễ tái chế, dễ tạo hợp kim, khó bị ăn mòn

- Công nghiệp chế tạo acquy chiếm 60% lượng chì con người sử dụng

- Ngành sản xuất đạn dược, vỏ bọc dây cáp, cán ép tấm chì chiếm 15 %

- Ngoài ra còn sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất sơn, gốm sứ, sản xuất bột màu

- Trong nghành chế tạo máy và xây dựng chì dùng để chế tạo các khớp nối, đường ống, van, các chi tiết máy móc có tiếp xúc với môi trường ăn mòn và lộ thiên

- Trong nông nghiệp, người ta sử dụng một số hợp chất của chì có tính kháng sinh làm thuốc trừ sâu

- Chì được sử dụng rộng rãi trong giao thông dưới dạng tetralkyl (chất chống nổ trong xăng)

- Trong đời sống hằng ngày, chì được sử dụng dưới nhiều hình thức khác nhau: vỏ đựng đồ uống, đồ nấu bếp, mỹ phẩm, đồ chơi trẻ em, đồ điện…

Trong tổng lượng chì phát sinh ra ngoài môi trường, chì từ các hoạt động nhân tạo chiếm 95 %

3.4 Các phương pháp xử lý kim loại chì

Hiện có nhiều quy trình công nghệ để khử KLN ra khỏi nước thải:

 Keo tụ: (kết tủa), lắng, lọc thông thường với hóa chất keo tụ là các hydroxit kim

loại, sulfit, cacbonat và đồng keo tụ với hydroxit Nhôm và Sắt Ngoài ra còn có các phương pháp khác như: trao đổi ion, hấp phụ, lọc qua màng, điện phân, phương pháp sinh học, kết tủa hóa học

 Kết tủa hóa học: là kỹ thuật thông dụng nhất để loại bỏ KLN hòa tan trong nước

thải Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với KLN cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng Hiệu quả của quá trình kết tủa hóa học phụ thuộc vào các yếu tố như: các ion KLN, nồng độ của chúng trong nước thải, tác nhân gây kết tủa, điều kiện phản ứng và các tác nhân cản trở

 Ưu điểm của phương pháp kết tủa hóa học:

+ Quá trình vận hành đơn giản

+ Chi phí đầu tư thấp

 Nhược điểm của phương pháp kết tủa hóa học:

+ Thời gian xử lý chậm

+ Chiếm diện tích xử lý lớn

+ Thể tích bùn cao

+ Phải xử lý bùn chứa KLN

+ Yêu cầu giám sát hệ thống liên tục

 Kết tủa hydroxit kim loại Me(OH) n : Phương pháp truyền thống xử lý KLN là

kết tủa hóa học của những hydroxit kim loại bằng việc keo tụ chúng thành những bông cặn lớn hơn, nặng hơn để có thể lắng được và sau đó tách ra khỏi nước KLN hòa tan trong môi trường axit và kết tủa ở môi trường kiềm Cho nên khi tăng pH của dung dịch chứa KLN

sang môi trường kiềm sẽ làm chúng kết tủa

 Kết tủa hudroxit kim loại MeS: Ngoài kết tủa KLN dưới dạng hydroxit còn kết

tủa KLN dưới dạng sulfit Một trong những thuận lợi chính của của vệc sử dụng chất kết tủa này so với hydroxit kim loại là khả năng hòa tan của dạng hợp chất kim loại này thấp hơn so

với hydroxit kim loại

 Trao đổi ion: Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là

nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong các cột cationit và anionit Đây là phương pháp có hiệu suất cao, có thể thu hồi các sản phẩm có giá trị kinh tế

Ví dụ như quá trình trao đổi ion Ni2+

: 2(R-SO3H) + Ni- → (R-SO3)2Ni + H+

Trong đó R- là gốc hữu cơ của nhựa trao đổi ion, SO3 là gốc nhóm cố định của nhóm ion hoạt động –SO3H+ Khả năng trao đổi sẽ giảm khi hoặc cạn kiệt khi toàn bộ các nhóm hoạt tính của nhựa trao đổi ion bị thay thế bằng các ion kim loại Để khôi phục khả năng trao đổi ion ngừơi ta có thể rửa vật liệu bằng các dung dịch có nồng độ cao của ion trao đổi của ion H+, hay Na+ … tùy theo lớp lọc là H- cationit hay Na-cationit…

 Ưu điểm của phương pháp ion:

+ Thu hồi có chọn lọc KLN

+ Thể tích chất thải ít

+ Thể tích chất tái sinh ít

+ Thiết bị gọn nhẹ

 Nhược điểm của phương pháp ion

+ Chi phí đầu tư cao

+ Vận hành phức tạp

II NHỮNG VẤN ĐỀ CÕN TỒN TẠI

Việc khảo sát sự tăng trưởng và hấp thụ chì ở thực vật đòi hỏi phải thực hiện liên tục và trong một thời gian dài Sinh trưởng của cây phụ thuộc nhiều vào thời tiết do đó việc nghiên cứu gặp rất nhiều khó khăn và chưa có nhiều đề tài đi sâu về cây cỏ năng hấp thụ kim loại nặng Hơn nữa việc trồng cây cần phải có đủ điều kiện tối ưu để hạn chế các vấn đề của thời tiết Kết quả nhiều nghiên cứu còn phụ thuộc nhiều vào sự chăm sóc và sự hấp phụ kim loại nặng của lớp vật liệu nền

PHẦN 2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu khả năng hấp thụ ion kim loại Pb2+ trong nước thải bằng cây Cỏ Năng nhằm tìm ra phương pháp mới để xử lý nước thải chứa nhiều kim loại nặng bằng các nguyên vật liệu thân thiện với môi trường Và làm giảm hàm lượng ion kim loại Pb2+

trong nước thải của các nhà máy trước khi thải ra môi trường nước

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp về các vấn đề có liên quan

Cơ sở của phương pháp này là thu thập, nghiên cứu tất cả các tài liệu có liên quan tới vấn đề nghiên cứu, các quy định, các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường cho các mục đích khác nhau

Mục đích của phương pháp này là hệ thống các tài liệu, số kiệu rời rác sẵn có về đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực nghiên cứu, phân tích, đánh giá các số liệu sẵn có

để đưa ra những nhận xét, kết luận chung về khu vực nghiên cứu

2 Phương pháp điều tra ,khảo sát thực địa

Muốn công tác nghiên cứu đạt hiểu quả cao, nhóm đã đi thực địa bên ngoài để tìm hiểu đặc điểm và khu vực phân bố của cây Cỏ Năng Ngoài ra nhóm còn khảo sát tình hình ô nhiễm ở khu vực đi thực địa và điều kiện phát triển của cây cỏ năng

3 Phương pháp lấy mẫu nghiên cứu

Mẫu cây: lấy tất cả thân và rễ cây trong từng bể theo chu kì 10 ngày một lần lấy hai lần cho một nồng độ Mẫu cây được rửa sạch và cho vào tủ sấy vật liệu ở nhiệt độ 105oC

6 Phương pháp khảo cứu tài liệu:

Trên cơ sở các nguồn tài liệu: sách, các nghiên cứu khoa học, tạp chí, bài báo khoa học trong và ngoài nước, phương tiện truyền thông, tiến hành chọn lọc, tổng hợp tìm hiểu về quá trình phát sinh, ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường của Pb IV, tình hình nghiên cứu,

xử lý Pb các nội dung liên quan đến xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ để có hướng nghiên cứu phù hợp

7 Phương pháp đồ thị:

Từ các số liệu toán học, dữ liệu thực nghiệm, phương pháp đồ thị đem lại cái nhìn trực quan, toàn diện, dễ dàng phân tích nhận định về các kết quả đạt được, xác định hướng nghiên cứu hợp lý nhất

III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Cơ sở lý thuyết

1.1 Quá trình hấp thụ nước và các ion kim loại ở rễ cây

Trao đổi nước ở thực vật bao gồm quá trình hấp thụ nước ở rễ, quá trình vận chuyển nước từ rễ lên lá, quá trình thoát hơi nước từ lá ra ngoài không khí Ba quá trình này, trong điều kiện bình thường, hoạt động nhịp nhàng, liên tục, liên hệ khăng khít với nhau, tạo nên trạng thái cân bằng nước cần thiết cho sự sống của thực vật

Thực vật thuỷ sinh hấp thụ nước từ môi trường xung quanh qua bề mặt các tế bào biểu

bì của toàn cây

Thực vật trên cạn hấp thụ nước từ đất qua bề mặt tế bào biểu bì của rễ, trong đó chủ yếu qua các tế bào biểu bì đã phát triển thành lông hút

Quá trình hấp thụ nước ở rễ xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau:

- Giai đoạn nước từ đất vào lông hút

- Giai đoạn nước từ lông hút vào mạch gỗ (mạch xilem) của rễ

- Giai đoạn nước bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân

1.2 Cơ chế hấp thụ nước các ion kim loại khác ở rễ cây

 Cơ chế thụ động: Nước, các ion kim loại và ion khoáng chất di chuyển từ nơi có nồng độ cao sang nới có nồng độ thấp

 Cơ chế chủ động: Các ion kim loại và ion khoáng chất di chuyển ngược chiều gradient nồng độ và cần tiêu tốn năng lượng

1.3 Lý thuyết cực phổ

Trong phương pháp này, cường độ dòng điện phụ thuộc vào nồng độ chất bị điện ly (bị điện phân) trong dung dịch và vào thế điện cực Trong những điều kiện xác định, tiến hành điện phân và đo cường độ dòng một dãy dung dịch chất bị điện phân đã biết trước nồng độ Dựa vào đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện theo nồng độ, ta có thể xác định nồng độ của dung dịch cần phân tích bằng cách đo cường độ dòng điện trong quá trình điện phân dung dịch ấy ở những điều kiện đã điện phân các dung dịch chuẩn

Phương pháp này được gọi là phương pháp cực phổ

Theo J.Heyrovsky thì ưu điểm của phương pháp cực phổ chính là khả năng phân tích các dung dịch pha loãng đến 10-5M, khi dùng các điện cực thủy ngân phân tích các mẫu mà thể tích của chúng nhỏ đến 0.05ml và khả năng xác định hầu như từng nguyên tố ở dạng này hay dạng khác và xác định được hàng trăm hợp chất hữu cơ

Phương pháp cực phổ có 2 đặc tính sau:

Vị trí của cực phổ đồ (là đường cong Von – Ampe, trên đó chứa thông tin về thành phần định tính cũng như định lượng của dung dịch phân tích) trên trục thế có thể chỉ ra chất nào đã tham gia quá trình chuyển electron

Trong các điều kiện thực nghiệm dễ dàng thực hiện, trên giản đồ xuất hiện dòng khuếch tán giới hạn mà giá trị của nó phụ thuộc vào nồng độ của chất hoạt động điện Trong phương pháp cực phổ người ta oxy hóa hay khử các chất trên một điện cực gọi là điện cực chỉ thị và dùng một điện cực loại hai có thế không đổi làm điện cực so sánh Người ta hay dùng điện cực giọt thủy ngân làm điện cực chỉ thị vì: Dùng cực thủy ngân thì điều kiện đạt được dòng khuếch tán luôn luôn được lặp lại

Bề mặt của điện cực luôn luôn đổi mới khi giọt này được thay thế bằng giọt khác Quá thế hydro trên thủy ngân rất lớn do đó có thể tiến hành khử nhiều chất, đặc biệt là các cation

bị khử xuống kim loại tạo hỗn hống với thủy ngân Các cực có thế biết trước được gọi là cực so sánh Trên bề mặt của cực so sánh xảy ra phản ứng điện háo nhanh không bị giới hạn bởi hiện tượng khuếch tán Điều quan trọng là bề mặt cực so sánh phải lớn hơn bề mặt chỉ thị rất nhiều Các cực so sánh trong đó có các hệ điện hóa được dùng trong các cực tiêu chuẩn như cực calomen, cực thủy ngân sunfat, cực bạc clorua…là các cực so sánh được dùng rộng rãi nhất

1.3.1 Các hiện tƣợng ngăn cản việc xác định:

Oxy hòa tan: oxy trong nước cũng bị khử Trong khoảng thế xảy ra phản ứng khử oxy thì nó (phản ứng này) sẽ ảnh hưởng đến phản ứng điện hóa chính mà ta nghiên cứu Loại trừ oxy khỏi dung dịch bằng cách cho một luồng khí Nitơ chạy qua dung dịch trước khi tiến hành đo

Thủy ngân trong điện cực thủy ngân để lâu bị oxy hóa, dẫn đến có một lớp oxit HgO bám xung quanh điện cực ngăn cản dòng điện phân tích

Hóa chất trong điện cực kim loại bị hết hoặc khô sau nhiều lần sử dụng cũng dẫn đến hiện tượng ngăn cản dòng điện phân tích Sự thay đổi nhiệt độ, dòng dư, hiện tượng cực đại,

sự hấp phụ tạo màng trên màng cực,… Độ chọn lọc của phương pháp phân tích cực phổ

phụ thuộc vào thế nửa sóng của những chất trong dung dịch Để xác định một chất nào đó cần tìm điều kiện để thế nửa sóng của nó khác thế nửa sóng của chất khác ít nhất là 250mV

1.4 Kỹ thuật xử lý mẫu trước khi phân tích

1.4.1 Kỹ thuật vô cơ hóa ướt

 Nguyên tắc và bản chất

Dùng axit mạnh đặc nóng như HCl, HClO4, hay axit mạnh đặc, nóng và có tính oxy hóa mạnh HNO3, H2SO4 , hoặc hỗn hợp nhiều axit mạnh và chất oxy hóa mạnh, hay kiềm mạnh… để phân hủy trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc sứ hay trong lò vi sóng

Lượng axit cần dùng để phân huy mẫu thường gấp 10 – 15 lần lượng mẫu, tuy thuộc mỗi loại mẫu và có cấu trúc vật lý hóa học của nó

Thời gian phân hủy mẫu xử lý trong hệ mở, bình Kendan, ống nghiệm, cốc,…thường từ vài giờ đến hàng chục giờ tùy loại mẫu, bản chất của các chất

Trong xử lý ướt người ta thường dùng các loại axit đặc và có tính oxy hóa mạnh, song tất nhiên chọn loại axit nào là tuy thuộc vào bân chất của chất nền của mẫu và chất phân tích tồn tại trong nó

- Dùng 1 axit đặc : HCl, HF, H3PO4, H2SO4

- Dùng 1 axit có tính oxy hóa mạnh: HNO3, HClO4

- Hỗn hợp 2 axit: Cường thủy, HCl + HNO3, HNO3 + H2SO4, HF + H2SO4

- Hỗn hợp 3 axit: HCl + HNO3 + H2SO4, HNO3 + H2SO4 + HClO4

- Hỗn hợp 2 axit mạnh và chất oxy hóa mạnh : HNO3 + H2SO4 + KMnO4

 Cơ chế của sự phân hủy mẫu

- Tác dụng phá hủy và hòa tan các phân tử mẫu bằng axit Tác nhân năng lượng nhiệt, làm tan rã các hạt mẫu cùng với axit

- Sự khuyếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt, làm tan rã các hạt mẫu với nhau làm chúng bi bào mòn dần