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+

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+.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 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+ Trần Thị Chung Thuỷ Trường Đại học Thuỷ lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Làm bầu khơng khí xử lý nguồn nước sinh hoạt vấn đề cấp thiết mang tính tồn cầu, đặc biệt bối cảnh ô nhiễm môi trường biến đổi khí hậu mức đáng lo ngại Sử dụng hoá chất cách phổ biến, thông dụng việc làm môi trường nói chung nguồn nước nói riêng Tuy nhiên, hố chất dư thừa tác động xấu đến môi trường sức khoẻ người Bởi vậy, giải pháp thay hoá chất nguồn nguyên liệu thân thiện với môi trường việc làm môi trường vô cần thiết Ion Cu2+ đáp ứng yêu cầu Ưu điểm bật ion Cu2+ khả kháng nấm, diệt ký sinh trùng, vi sinh vật có hại [1,2] Ion Cu2+ có khả tạo gốc hydroxyl tự có hoạt tính cực mạnh tác dụng với H2O2 tế bào sống, có tác dụng oxy hóa protein lipid, dẫn đến tiêu diệt thể sống có cấu trúc đơn giản vi khuẩn, virus, tảo, nấm/ký sinh trùng [1,2] Một ưu điểm ion Cu2+ khả bất hoạt phân tử H2S phân tử thiol, thành phần gây mùi nguồn nước, bãi rác, chất thải,…, đem lại lành cho môi trường [3] Mùi hôi nguồn nước, đặc biệt chuồng trại chăn ni, khu vực khu tập kết rác, dịng kênh gom nước thải chủ yếu tạo phân tử H2S hợp chất chứa nhóm chức thiol (-SH), sinh từ trình phân hủy chất hữu điều kiện yếm khí Khí H2S tan nước gây ngạt, làm cho thuỷ sản bị sốc, dễ phát sinh mầm bệnh, chậm phát triển chết hàng loạt ức chế q trình ơxy hố, ơxy hố cytochrome a3 q trình hơ hấp [4] Các ion Cu2+ phân tán nguồn nước có khí H2S, tác dụng với phân tử H2S phân tử thiol bất hoạt chúng theo phương trình sau [1,2]: Cu2+ + H2S  CuS + H2 (1) Cu2+ + 2HS-R  Cu(SR)2 +H2 (2) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Máy tạo ion đồng chế tạo vận hành dựa nguyên lý điện phân với hai điện cực đồng tan luân phiên Các thông số máy:  Nguồn điện chiều: 5V  Điện tiêu thụ: W/h  Tốc độ điện phân điều chỉnh: 2,5 - 25 mg/h  Trọng lượng máy: kg  Kích thước máy: 15 x 15 x30 cm Các mẫu nước ion Cu2+ lấy sau điện phân, chế độ 250 ml Các mẫu đưa 30 mg EDTA2Na.2H2O vào để tạo phức Cu-EDTA (dạng dễ hòa tan mầu) với nồng độ từ 6.4 10-4 M đến 4.8 10-2 M Sau đó, mẫu loại tủ sấy 90oC khoảng ngày Tiếp theo, mẫu phân tán trở lại 10 ml nước Để xác định nồng độ ion Cu2+ tạo chế độ hoạt động khác máy, phức chất Cu-EDTA 258 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 xác định độ hấp thụ bước sóng hấp thụ mạnh 735 nm (Hình 1) Sau đó, kết fit với đường chuẩn để xác định nồng độ Cu2+ tạo chế độ hoạt động máy với thể tích nước 10 lít thời gian điện phân 10 phút Nồng độ thực x ion Cu2+ ngoại suy từ phương trình: y = a + bx (3) Nồng độ thích hợp ion Cu2+ đưa vào thử nghiệm khả hấp thụ khí H2S bình chứa thể tích 10 lít test KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Nồng độ ion Cu2+ tạo chế độ máy thống kê bảng cách fit số liệu theo nguyên tắc thể hình Kết bảng cho thấy, nồng độ ion Cu2+ tạo tăng theo chế độ điện áp (dòng) hoạt động Nồng độ ion tạo chế độ máy 0,27.10-4 M, tương đương 0,17 mg/l Ngưỡng phát nằm phạm vi cần đạt (0,15 - 0,2 mg/l) để đảm bảo an toàn cho nguồn nước xử lý nguồn gây bệnh [3] Nồng độ lựa chọn để nghiên cứu Hình Phổ hấp thụ phức chất Cu-EDTA khả hấp thụ khí H2S Cu2+ với nồng độ khác ion Cu2+ Bảng Nồng độ ion Cu2+ tạo chế độ khác máy, xác định phương pháp fit đường chuẩn ngoại suy Các chế độ máy a Độ hấp thụ Nồng độ Cu2+ b I(mA) 4,38.10-3 2,01.10-2 3,23.10-4 M 48,56 9,13 4,38.10 -3 -2 2,92.10 M 48,56 8,72 4,38.10-3 0,97.10-2 1,12.10-4 M 48,56 7,47 4,38.10-3 0,64.10-2 0,43.10-4 M 48,56 6,73 4,38.10 -3 -2 0,31.10 M 48,56 6,21 4,38.10-3 0,56.10-2 0,27.10-4 M 48,56 5,75 1,86.10 0,59.10 Hình Xác định nồng độ Cu2+ tạo chế độ hoạt động máy (fit số liệu với đường chuẩn) -4 -4 Luồng khí H2S với nồng độ 20 ppm sục qua bình nước thể tích 10 lít có chứa ion Cu2+ nồng độ 0,27.10-4 M (dịng điện 5,75 mA, thời gian 15 phút) Khí H2S phản ứng với Cu2+ theo phương trình (2) tạo thành CuS không tan nước kết tủa khí H2 Kết khảo sát cho thấy, nồng độ khí H2S giảm đáng kể tăng thời gian phản ứng (Bảng 2) Với nồng độ H2S dung thí nghiệm 20 ppm, sau 30 phút xử lý ion Cu2+ có nồng độ 0,27.10-4 M (tương ứng với 0,17 ppm), nồng độ khí H2S thể tích nước 10 lít cịn lại 259 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 ppm Đây nồng độ nằm ngưỡng an toàn cho phát triển thuỷ sản, đặc biệt tơm [3] Bảng Nồng độ cịn lại H2S 10 lít nước có chứa 0,27.10-4 M ion Cu2+ thời điểm khác Thời gian hấp phụ 10 H2S ion phút phút Cu2+ 15 phút 20 phút 30 phút Nồng độ lại H2S sau phản ứng với Cu2+ 12 ppm ppm ppm a) 20 17 ppm ppm phân giải, nguyên nhân tạo khí H2S, vốn độc nguy hiểm sống thuỷ sản KẾT LUẬN Đã chế tạo ion Cu2+ nguyên lý điện phân, thân thiện với môi trường, thay hoá chất xử lý nguồn nước sinh hoạt nuôi trồng thuỷ hải sản Đã đo nồng độ ion Cu2+ tương ứng với chế độ hoạt động (điện áp dòng) Chế độ hoạt động máy với dòng điện phân 5,75 mA, thời gian điện phân 15 phút tạo ion Cu2+ với nồng độ 0,27.10-4 M, nằm ngưỡng an toàn xử lý nguồn nước Đã thử nghiệm khả hấp thụ khí H2S ion Cu2+ Sau 30 phút phản ứng với ion Cu2+ có nồng độ 0,27.10-4 M, nồng độ khí H2S 10 lít nước giảm từ 20 ppm xuống cịn ppm, nằm ngưỡng an tồn cho sống thuỷ sản, đặc biệt tôm Đã thử nghiệm khả kìm hãm phát triển rong rêu ion Cu2+ Các thực vật thuỷ sinh phát triển chậm nguồn nước có ion Cu2+ b) Hình Thử nghiệm khả khống chế phát triển rong rêu ion Cu2+: a) không xử lý; b) xử lý Cu2+ Nồng độ ion tạo với chế độ dòng điện phân 5,75 mA, thời gian điện phân 15 phút sử dụng để thử nghiệm khả khống chế phát triển rong rêu nước Kết nguồn nước không xử lý ion Cu2+ (Hình 3a) có lượng rong rêu phát triển nhanh so với nguồn nước xử lý ion Cu2+ (Hình 3b) Các kết khảo sát cho thấy, khơng nhanh chóng hấp thụ khí H2S để làm nguồn nước, mà ion Cu2+ cịn có khả xử lý kìm hãm phát triển rong rêu Xác thực vật thuỷ canh 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 Science Series, ISBN 9784-43-56583-3 [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 260 ... nước xử lý nguồn gây bệnh [3] Nồng độ lựa chọn để nghiên cứu Hình Phổ hấp thụ phức chất Cu-EDTA khả hấp thụ khí H2S Cu2+ với nồng độ khác ion Cu2+ Bảng Nồng độ ion Cu2+ tạo chế độ khác máy, xác... Cu2+ tạo chế độ máy thống kê bảng cách fit số liệu theo nguyên tắc thể hình Kết bảng cho thấy, nồng độ ion Cu2+ tạo tăng theo chế độ điện áp (dòng) hoạt động Nồng độ ion tạo chế độ máy 0,27.10-4... phút tạo ion Cu2+ với nồng độ 0,27.10-4 M, nằm ngưỡng an toàn xử lý nguồn nước Đã thử nghiệm khả hấp thụ khí H2S ion Cu2+ Sau 30 phút phản ứng với ion Cu2+ có nồng độ 0,27.10-4 M, nồng độ khí H2S