LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn PGS TS Đỗ Quang Trung và PGS TS Đào Ngọc Nhiệm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành lu[.]
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn PGS TS Đỗ Quang Trung PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận án Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học vật liệu, Viện Công nghệ kỹ thuật môi trường Học viện Khoa học Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực luận án Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, lãnh đạo khoa Cơ – Điện, lãnh đạo Khoa Kỹ thuật tài ngun nước tồn thể thầy đồng nghiệp Trường Cao đẳng thủy lợi Bắc Bộ tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận án Xin chân thành cảm ơn anh, chị em bạn đồng nghiệp phịng Vật liệu vơ Cơ – Viện Khoa học vật liệu, Công nghệ iện àn lâm khoa học iệt Nam tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình thực luận án Nhân dịp này, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới gia đình, cổ vũ, động viên giúp đỡ em hoàn thành luận án TÁC GIẢ LUẬN ÁN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Đỗ Quang Trung PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm, số liệu trích dẫn có nguồn gốc, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT QCVN Quy chuẩn Việt Nam BYT Bộ y tế WHO Tố chức y tế giới HVKH&CNVN Học Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam KHTN Khoa học tự nhiên ĐHQG Đại học Quốc gia Hà Nội i KL ại PVA PolyVinyl Ancol BET Brunauer-Emmett-Teller (Tên riêng ba nhà khoa học) SBET Diện tích bề mặt BET DTA Differential Thermal Analysis: Phân tích nhiệt vi sai FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy: Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier SEM Scanning Electron Microscopy: Hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy: Hiển vi điện tử truyền qua TGA Thermal Gravity Analysis: Phân tích nhiệt trọng ượng XRD X-ray Diffraction: Nhiễu xạ tia X AAS At ic Abs rpti n Spectr ph t etric: Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử Qmax Dung ượng hấp phụ cực đại đơn ớp HĐBM H ạt động bề t detected: h ng giới hạn nd qan t ặt n Dung ượng an t n qcột Dung ượng hấp phụ tr n cột H Hiệu suất hấp phụ C0 ồng độ ban đ u Cf ồng độ sau hấp phụ h i gian uất PZC TG AOT P int f er Charge: Điể ác gi Chất hoạt động bề mặt điện t ch h ng ỤC ỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Ô nhiễm asen photphat nước ngầm .3 n m sen on n ớc ăn nồn 1.1.2 Sự C c p n p ộp op on n ớc ngầm p xử lý sen p o p on n ớc 1.2 Vật liệu hấp phụ xử l asen photphat nước 12 1.2.1 Vật liệu h p phụ từ tự nhiên 12 1.2.2 Vật liệu h p phụ chứa lantan 15 1.2.3 Vật liệu h p phụ chứa xeri .17 1.3 Phương pháp t ng hợp vật liệu nano 20 1.3 n p p ồng kết tủa 20 3.2 n p p ủy nhiệt 21 3.3 n p p m xen 22 3.4 n p p sol – gel 22 1.4 Tiền chất gelatin 25 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THỰC NGHIỆM 28 2.1 Hóa chất, vật liệu thiết bị nghiên cứu 28 2.2 Chế tạo vật liệu 31 2.2.1 Chế tạo vật liệu nano La2O3, nano CeO2, nano La2O3-CeO2 .31 2.2.2 Biến tính vật liệu nano La2O3-CeO2 laterit .32 2.3 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu .33 2.3 n p p p ân íc n ệt [92] 33 2.3.2 n p pn u xạ tia X-ray [93] 34 2.3.3 Ph tán xạ năn l ng tia X [92] 34 2.3.4 n p p kín ển v 2.3.5 n p pp hồng ngoại (FT-IR) [92] 35 2.3.6 n p pp tán xạ Raman [92] 36 2.3.7 n p p x c ịnh diện tích bề mặt vật liệu BET 36 2.3.8 n p p x c ịn ện tử [92] 35 ểm ẳn ện vật liệu 36 2.4 Khảo sát khả hấp phụ asen, photphat vật liệu chế tạo .37 2.4.1 Khảo sát khả năn p phụ photphat .37 2.4.2 Khảo sát khả năn p phụ asen 38 2.5 Phương pháp phân t ch asen, photphat kim loại dung dịch 38 2.5 n p pp 2.5.2 n p p so mà x c ịn 2.5.3 n p p p ân íc n CHƢƠNG 3: h p phụ nguyên tử x c ịn T àm l y n ố TH àm l ng asen (AAS) [94] 38 ng photphat [93] 38 t [94] 39 N 40 3.1 T ng hợp vật liệu nano La2O3 đánh giá khả hấp phụ photphat asen 40 3.1.1 T ng h p vật liệu nano La2O3 40 3.1.2 Nghiên cứu khả năn p phụ photphat asen vật liệu nano La2O3 44 3.2 T ng hợp vật liệu nano CeO2 đánh giá khả hấp phụ photphat, asen 50 3.2.1 T ng h p vật liệu nano CeO2 50 3.2.2 Nghiên cứu khả năn p phụ photphat asen vật liệu nano CeO2 54 3.3 T ng hợp vật liệu nano La2O3-CeO2 đánh giá khả hấp phụ asen, phophat 60 3.3.1 T ng h p vật liệu nano La2O3-CeO2 60 3.3.2 Đặc tính vật liệu nano La2O3-CeO3 h p phụ photphat asen 66 3.3.3 Kết h p phụ photphat asen vật liệu nano La2O3-CeO2 .72 3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano La2O3-CeO2 chất mang laterit ứng dụng hấp phụ photphat asen nước 82 3.4.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano La2O3-CeO2 ch t mang laterit 82 3.4.2 Kết n k ả năn p phụ ĩn sen p o p n vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit .86 3.4.3 Nghiên cứu khả năn p phụ ộng vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit với asen photphat .87 3.4.4 Nghiên cứu khả năn sử dụng vật liệu nano La2O3-CeO2/Laterit .89 3.5 Nghiên cứu xử lý mẫu thực tế mơ hình thí nghiệm Phủ Lý - Hà Nam 90 K T LU N 93 NH NG Đ NG G P I CỦ N ÁN .95 MỤC HÌNH H nh 1.1 Đồ thị Eh-pH dạng tồn asen nước 25 oC áp suất bar [2] H nh 1.2 T nh h nh nhiễm asen Hà Nội (Hong Con Tran, et al 2001 H nh 1.3 Sơ đồ khối phương pháp sol – gel 23 Hình 2.1 Thiết bị thủy tinh khảo sát khả hấp phụ asen, photphat 29 Hình 2.2 Mơ hình thiết bị chứa vật liệu hấp phụ mơ hình thí nghiệm 29 Hình 2.3 Hình ảnh hệ thống xử l nước ngầm phịng thí nghiệm 30 H nh 2.4 Sơ đồ t ng hợp vật liệu nano La2O3, CeO2 La2O3-CeO2 .32 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt DTA TGA mẫu gel La(NO3)3/gelatin 40 Hình 3.2 Giản đồ XRD gel La(NO3)3-gelatin nung nhiệt độ khác 41 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu vật liệu nano La2O3 chế tạo pH khác 41 Hình 3.4 Giản đồ XRD vật liệu nano La2O3 chế tạo nhiệt độ tạo gel khác 42 H nh 3.5 Ảnh TEM mẫu vật liệu nano La2O3 43 Hình 3.6 Giá trị pHpzc vật liệu nano La2O3 43 Hình 3.7 Thời gian cân hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3 44 Hình 3.8 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3 45 H nh 3.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3 46 Hình 3.10 Ph FT-IR vật liệu nano La2O3 a trước hấp phụ; b) sau hấp phụ photphat .47 Hình 3.11 Nồng độ asen cịn lại theo thời gian 48 Hình 3.12 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ asen 48 H nh 3.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ asen vật liệu nano La2O3 .49 Hình 3.15 Giản đồ XRD mẫu gel Ce(NO3)4 nung nhiệt độ khác .51 Hình 3.16 Giản đồ XRD mẫu vật liệu CeO2 giá trị pH khác .51 Hình 3.17 Giản đồ XRD mẫu tạo gel vật liệu nano CeO2 nhiệt độ khác 52 H nh 3.18 Ảnh TEM mẫu vật liệu nano CeO2 53 Hình 3.19 Giá trị pHpzc vật liệu nano CeO2 .53 Hình 3.20 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ photphat vật liệu nano CeO2 55 H nh 3.21 Đường đẳng nhiệt hấp phụ photphat vật liệu nano CeO2 56 Hình 3.22 Ph FT-IR vật liệu nano CeO2 a trước hấp phụ photphat; b) sau hấp phụ photphat 57 Hình 3.23 Nồng độ asen cịn lại sau phản ứng theo thời gian 58 Hình 3.24 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ asen 58 H nh 3.25 Đường đẳng nhiệt hấp phụ asen vật liệu nano CeO2 .60 Hình 3.26 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu gel La(NO3)3-Ce(NO3)4/gelatin 60 Hình 3.27 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu gel La(NO3)3-Ce(NO3)4/Gelatin nung nhiệt độ khác 61 H nh 3.28 Giản đồ RD mẫu gel (La2O3-CeO2 nhiệt độ khác 62 H nh 3.29 Giản đồ RD mẫu vật liệu nano La2O3-CeO2 chế tạo pH khác 63 Hình 3.30 Giản đồ XRD tỉ lệ kim loại (La2O3-CeO2 /gelatin chế tạo tỉ lệ khác 64 H nh 3.31 Ảnh TEM mẫu vật liệu nano La2O3-CeO2 .65 Hình 3.32 Giá trị pHpzc vật liệu nano La2O3-CeO2 66 Hình 3.33 Ph tán xạ tia X (EDS) vật liệu nano La2O3-CeO2 a trước b) sau hấp phụ photphat 67 Hình 3.34 Ph chồng FTIR vật liệu nano La2O3-CeO2.a trước hấp phụ; b) sau hấp phụ photphat .68 Hình 3.35 Ph Raman vật liệu nano La2O3-CeO2 a trước hấp phụ; b) sau hấp phụ photphat 68 Hình 3.36 Ph EDX vật liệu nano La2O3-CeO2 a trước hấp phụ; b) sau hấp phụ asen .69 Hình 3.37 Ph FT-IR mẫu vật liệu nano (La3+-Ce4+ /gelatin b trước hấp phụ Asen, a) sau hấp phụ asen 70 Hình 3.38 Ph Raman vật liệu nano La2O3-CeO2 a trước hấp phụ; b) sau hấp phụ asen .71 H nh 3.40 Đường đẳng nhiệt hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO2 73 H nh 3.41 a Đồ thị động học bậc biểu kiến; b Đồ thị động học bậc biểu kiến hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO2 .76 Hình 3.42 Nồng độ asen lại sau phản ứng 77 Hình 3.43 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ asen 78 H nh 3.44 Đường đẳng nhiệt hấp phụ asen vật liệu nano La2O3-CeO2 .79 H nh 3.45 a Đồ thị động học bậc biểu kiến; b Đồ thị động học bậc biểu kiến hấp phụ asen vật liệu nano La2O3-CeO2 81 Hình 3.46 Ảnh SEM vật liệu laterit trước sau biến tính; a) Laterit b) ảnh vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit c) ảnh TEM vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit 85 Hinh 3.47 Dung lượng hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO2 biến tính laterit 86 Hình 3.48 Đường đẳng nhiệt hấp phụ asen vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit .86 Hình 3.49 kết phân tích nồng độ asen đầu chạy hệ thống xử lý .92 MỤC B NG Bảng 1.1 Thành phần, hàm lượng laterit số địa phương 51] .13 Bảng 1.2 Một số oxit nano t ng hợp phương pháp đồng kết tủa 21 Bảng 1.3 Một số vật liệu điều chế phương pháp thu nhiệt [83] 21 Bảng 1.4 Vật liệu chế tạo phương pháp mixen đảo 22 Bảng 2.1 Thành phần quặng laterit lựa chọn nghiên cứu 28 Bảng 3.1 Bảng t ng hợp thông số chế tạo đặc trưng vật liệu La2O3 44 Bảng 3.2 Số sóng đặc trưng cho giao động nhóm chức 47 Bảng 3.3 Bảng t ng hợp thông số chế tạo đặc trưng vật liệu CeO2 54 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ photphat 54 Bảng 3.5 Bảng t ng hợp thông số chế tạo vật liệu La2O3-CeO2 66 Bảng 3.6 Thành phần hóa học vật liệu nano La2O3-CeO2 trước sau hấp phụ photphat .67 Bảng 3.7 Thành phần hóa học vật liệu nano La2O3-CeO2 trước sau hấp phụ asen 69 Bảng 3.8 Số sóng đặc trưng cho dao động nhóm chức 70 Bảng 3.9 Ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO2 .72 Bảng 3.10 Ảnh hưởng Fe(III), Mn(II), SO42-, Cl- đến khả hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO 74 Bảng 3.11 Một số tham số phương tr nh động học bậc biểu kiến hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO2 76 Bảng 3.12 Một số tham số phương tr nh động học bậc hai biểu kiến hấp phụ photphat vật liệu nano La2O3-CeO2 76 Bảng 3.13 Ảnh hưởng Fe(III), Mn(II), SO42-, Cl- đến khả hấp phụ asen vật liệu nano La2O3-CeO2 80 Bảng 3.14 Một số tham số phương tr nh động học bậc biểu kiến hấp phụ asen vật liệu nano La2O3-CeO2 82 Bảng 3.15 Một số tham số phương tr nh động học bậc hai biểu kiến hấp phụ asen vật liệu nano La2O3-CeO2 82 Bảng 3.16 Dung lượng hấp phụ asen, photphat cấu trúc vật liệu t ng hợp 83 Bảng 3.17 Hiệu suất biến t nh hàm lượng lantan xeri laterit 83 Bảng 3.18 Kết hấp phụ photphat asen vật liệu nano La 2O3-CeO2/laterit t lệ phủ khác 84 Bảng 3.19 Thời gian xuất asen cột chứa vật liệu nano La2O3CeO2/laterit 87 Bảng 3.20 Thời gian xuất photphat cột chứa vật liệu nano La2O3CeO2/Laterit 87 Bảng 3.21 Thời gian xuất asen photphat cột chứa vật liệu nano La2O3-CeO2/Laterit 88 Bảng 3.22 Kết đánh giá hấp phụ động asen photphat .89 Bảng 3.23 Kết rửa thu hồi asen phopthat dung dịch NaCl bão h a 90 Bảng 3.24 Bảng phân tích tiêu mẫu thực trước xử lý 91 Bảng 3.25 Kết phân tích asen mẫu nước sau xử lý sợ 92 MỞ ĐẦU Ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt đặc biệt nguồn nước ngầm làm ảnh hưởng tới sức khỏe người sử dụng Hiện nguồn nước ngầm bị ô nhiễm thành phần asen, amoni, flo, nitorat, photphat Về vấn đề ô nhiễm asen nước ngầm Việt Nam nhiều nhà khoa học nước nghiên cứu, kết Việt Nam có nhiều tỉnh thành nước có nồng độ asen vượt tiêu chuẩn cho phép Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hà Nam Tuy nhiên gần vấn đề photphat nước ngầm diễn biến nồng độ photphat nước ngầm tăng theo thời gian chưa nhiều quan tâm nghiên cứu Việt Nam Sự có mặt photphat nguồn nước làm ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước, ảnh hưởng tới sức khỏe người sử dụng Nguyên nhân dẫn đến photphat tồn nước ngầm tác động từ người sử dụng phân hóa học nông nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước rỉ rác, nước thải chăn nuôi Để xử l asen, photphat nước có nhiều phương pháp như: phương pháp đồng kết tủa, phương pháp hấp phụ phương pháp trao đ i ion, phương pháp màng Trong phương pháp hấp phụ phương pháp sử dụng rộng rãi có hiệu xử l cao, phương pháp thân thiện môi trường, nguồn vật liệu đa dạng Việc sử dụng loai vật liệu từ tự nhiên hay sử dụng kim loại đa hóa trị, hóa trị cao oxit sắt, oxit nhơm, oxit magan cho kết khả xử lý tốt asen photphat Nhưng gần có nhiều nghiên cứu nước cho thấy oxit nguyên tố đất có nhiều ưu việt, ứng dụng nhiều thực tiễn, xử l môi trường lantan, xeri, đặc biệt dạng nano Các nano oxit lantan, nano oxit xeri có khả xử lý tốt asen, photphat, nhiên để sử dụng vật liệu nano oxit lantan, nao oxit xeri vào ứng dụng xử lý nước sinh hoạt đáp ứng điều kiện hiệu kinh tế, vật liệu nano lantan, xeri đưa lên chất mang laterit Vật liệu laterit có nhiều ưu so với loại vật liệu khác tự nhiên trữ lượng phong phú, q trình khai thác, hoạt hóa đơn giản, có khả xử lý asen, photphat Vì vậy, việc sử dụng nano oxit lantan nano oxit xeri làm vật liệu xử lý ô nhiễm asen, photphat nước tiến hành nghiên cứu luận án "Nghiên cứu biến tính quặng Laterit La2O3 CeO2 để xử lý Asen Photphat môi trường nước” luận án thực với nội dung ch nh: - Nghiên cứu t ng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu nano La2O3, nano CeO2, nano La2O3-CeO2 biến tính vật liệu nano La2O3-CeO2 laterit phương pháp sol – gel sử dụng gelatin tiền chất - Khảo sát khả hấp phụ giải hấp asen, photphat vật vật liệu nano La2O3, nano CeO2, nano La2O3-CeO2 vật liệu nano La2O3-CeO2 laterit - Thử nghiệm khả xử lý asen photphat mẫu nước ngầm Phủ Lý Hà Nam vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit mơ hình thí nghiệm 3 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ô nhiễm asen photphat nƣớc ngầm nhi m asen nướ 1.1.1.1 Các dạng tồn asen mơi trường nước Trong tự nhiên, asen có cấu trúc số loại khoáng vật địa arsenopyrite, gallery, sunfit, orpiment, … thường kèm với số loại nguyên tố Fe, Ni, Co, Cu, S, Ca, Mg Asen thường xuất mạch nước địa nhiệt núi lửa, suối nước nóng…Khi nước chảy qua vỉa quặng chứa asen, asen di chuyển vào nguồn nước làm cho nồng độ asen nước tăng lên Asen nguyên tố ph biến thứ 20 chiếm lượng nhỏ phân bố rộng tự nhiên [1] Trong tự nhiên asen không tồn dạng asen đơn chất, mà tồn dạng hợp chất có trạng thái oxi hóa -3, 0, +3 +5 Trong môi trường nước asen tồn dạng axit asenơ (H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32- ), axit asenic (H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-), asenit (AsO33-), asenat (AsO43- ), axit monomethyasonic [CH3AsO(OH)2], axit dimethyasinic [(CH3)2AsOOH] H nh 1.1 Đồ thị Eh-pH dạng tồn asen nước 25oC áp suất bar 2] Asen có mặt nước phụ thuộc vào trạng thái, t nh chất nước giá trị pH As(V) Sự tồn As(V) phụ thuộc vào pH nguồn nước, mơi trường nước có pH < As(V) tồn chủ yếu dạng H3AsO4, môi trường nước có < pH < 6,9 As(V) tồn chủ yếu dạng H2AsO4-, H3AsO3, môi trường 6,9 < pH < 9,2 As(V) tồn chủ yếu dạng HAsO42-, H2AsO3- giá trị pH > 9,2 As(V) tồn chủ yếu dạng AsO43- Trong mơi trường oxi hóa khử asen tồn chủ yếu dạng hợp chất H3AsO3 Trong môi trường đất nước asen có biến đ i liên tục dạng khác Dưới tác động điều kiện tự nhiên nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, địa mạo, d ng chảy mạch nước asen khống vật xâm nhiễm vào nguồn nước qua hịa tan khống vật, lan truyền dịng thải có chứa asen 1.1.1.2 Ô nhiễm asen nước ngầm Việt Nam Ô nhiễm asen nước đặc biệt nước ngầm vấn đề nhiều vùng lãnh th Việt Nam Theo nghiên cứu t chức Y tế giới, t chức UNICEF báo cáo Bộ Tài nguyên & Môi trường, tỉnh thuộc khu vực đồng Bắc Bộ Hà Nội, Hà Nam , tỉnh thuộc khu vực đồng sông Cửu Long Vĩnh Long, Tiền Giang, Bến Tre tỉnh khu vực miền trung Hà Tĩnh, Nghệ An có nguồn nước ngầm bị nhiễm asen vượt quy chuẩn cho phép 0,01 mg/L theo QCVN 01/2009/BYT Đặc biệt nhiều khu vực tỉnh Hà Nội, Hà Nam, Hà Tĩnh, Vĩnh Long nồng độ asen nước ngầm 0,5mg/L cao gấp 50 lần theo quy định [3] Tác giả Michael Berg cộng [4] phát nồng độ asen nước ngầm vùng đồng sơng Hồng có nồng độ asen dao động khoảng từ 0,01 mg/L đến 0,305 mg/L (trung bình 0,159 mg/L), nhận thấy nhiều điểm nồng độ asen vượt mức trung b nh Nghiên cứu Tetsuro Agusa công [5] tình trạng nhiễm asen nước ngầm tại khu vực huyện Gia Lâm Thanh Trì, thành phố Hà Nội Kết cho thấy nồng độ asen nước ngầm khu vực nghiên cứu khoảng từ 0,001 mg/L đến 0,33 mg/L, với 40% mẫu vượt tiêu chuẩn cho phép nước uống WHO 0,01 mg/L Tiến hành nghiên cứu phân tích nồng độ asen nước ngầm độ sâu khác khu vực Hà Nội Dieke Postma cộng [6] cho thấy nồng độ asen khu vực nghiên cứu tăng theo độ sâu, nồng độ asen lên đến 0,55 mg/L tồn asen chủ yếu l ng đất As (III) Sự ô nhiễm asen nước ngầm Việt Nam nhiềm nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu như: Nghiên cứu tác giả Trần Hồng Côn – Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, thực điều tra t nh h nh ô nhiễm asen nước thành phố Hà Nội số khu vực ngoại thành cho thấy báo động t nh h nh ô nhiễm asen có nước, theo số liệu phân t ch kiểm tra có t khu vực có nồng độ asen mức độ an tồn, c n lại chủ yếu nồng độ asen vượt ngư ng cho ph p, đặc biệt khu vực ph a nam Hà Nội có nơi nồng độ asen > 0,3 mg/L lớn 30 lần tiêu cho ph p nước ngầm Kết nghiên cứu nguồn nước giếng điểm Mai Dịch (I , Ngọc Hà (II , Lương ên (V gần không bị nhiễm asen (dưới 0,01 mg/L Các điểm c n lại nguồn nước giếng nhiễm asen 0,05 mg/L, đặc biệt có điểm Vân (VIII bị nhiễm nặng ên Phụ (III , Hạ Đ nh (VI Pháp H nh 1.2 T nh h nh nhiễm asen Hà Nội (Hong Con Tran, et al 2001) Tiến hành khảo sát tình trạng nhiễm asen ba làng Vĩnh Trụ, Bồ Đề, Hòa Hậu thuộc huyện Lý Nhân - tỉnh Hà Nam tác giả Nguyễn Vân Anh công [7] Cho kết khảo sát đánh giá nồng độ asen mẫu nước ngầm ba làng có nồng độ trung bình 0,348 mg/L 0,325mg/L vượt tiêu chuẩn cho phép (0,01 mg/L) Theo nghiên cứu Viện y học Vệ sinh môi trường thuộc Bộ y tế năm 2011 khảo sát phân tích mẫu nước hộ dân thuộc tỉnh Đồng Sông Hồng cho kết nước 3/4 hộ dân lấy mẫu phân tích bị nhiễm asen Trong đó, hộ dân thuộc Tỉnh Hà Nam nhiễm asen có nồng độ cao khoảng 70 – 80% giếng khoan khu vực Hà Nam có nồng độ asen vượt tiêu chuẩn 0,01 mg/L có 62% vượt 0,05 mg/L Asen vào thể người có khả cơng vào nhóm – SH enzyme, làm giảm chức emzyme, giảm tr nh sinh lượng tế bào (ATP , làm đông tụ protein Người nhiễm asen phát sinh bệnh da, bệnh mắt nhiễm asen với nồng độ lớn, thời gian dài phát sinh bệnh khó chữa ung thư dẫn đến tử vong 1.1.2 Sự gia tăng nồng độ photphat nước ngầm 1.1.2.1 Các dạng tồn photphat nước Trong môi trường đất photphat tồn dạng muối Ca, Fe, Al, cố định đất, lượng photphat vượt khả hấp phụ đất, photphat nhanh chóng chuyển xuống lớp đất sâu xâm nhập vào dòng chảy nước ngầm Nồng độ tốc độ di chuyển photphat vào nước phụ thuộc vào khả phát sinh tự nhiên photphat đất Trong môi trường nước axit photphoric tồn dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, polymetaphotphat phốt hữu cơ, tồn axit photphoric nước phụ thuộc vào giá trị số pk1, pK2, pK3 [8] Nếu photphat có phân tử ion axit photphoric lớn nguyên tử P có liên kết P – O – P gọi photphat ngưng tụ vịng chứa anion có cơng thức chung (PO3)nn- [9] 1.1.2.2 Sự gia tăng nồng độ photphat nước ngầm Hiện tình hình nhiễm photphat môi trường nước chủ yếu đến từ tác động người gây lên như: sử dụng phân bón hóa học nơng nghiệp, phân hủy rác thải sinh hoạt, nước thải từ hệ thống chăn nuôi chuồng Theo nghiên cứu Mesfin cộng [10] tiến hành thực từ năm 2002 đến năm 2010 hàng năm người giới thải vào môi trường nước khoảng 1,62 triệu photpho, Trung Quốc đóng góp 30% tải lượng photpho, sau Ấn Độ 8%, Mỹ %, Nhật Bản Bzail chiếm 6% Nguồn gây ô nhiễm photpho lớn đến từ nước thải sinh hoạt chiếm 54%, hoạt động nông nghiệp chiếm 38%, sản xuất công nghiệp chiếm 8% Trong giải đoạn nghiên cứu từ năm 2002 đên năm 2010 cho thấy tải lượng photpho nông nghiệp tăng 27% từ 579 lên 734 Các khu vực nước bị ô nhiễm photpho nặng nề bao gồm lưu vực thoát nước Aral (giữa quốc gia Kazakhstan Uzbekistan), sơng Hồng Hà Trung Quốc, sơng Ấn sơng Hằng Ấn Độ, sông Danube Châu Âu Sự ô nhiễm photphat nước mặt nguyên nhân làm suất photphat nước ngầm điều nhiều nghiên cứu nước như: Nghiên cứu tác giả N S Rao, P Rajendra Prasad [11] cộng tiến hành lấy 113 mẫu nước giếng ngầm khu vực người dân sử dụng lượng lớn phân bón hóa học canh tác nông nghiệp, lưu vực Vamsadhara - Ấn Độ khu vực phía bắc Andhra Pradesh, kết phân tích thành phần 113 mẫu nước giếng thấy có mặt photphat, nồng độ dao động 0,72 đến 7,07 mg/L kết so với tiêu chuẩn Canada Châu Âu vượt Nghiên cứu nhóm tác giả A.O Fadiran, S.C Dlamini A Mavuso [12], nhóm nghiên cứu tiến hành lấy mẫu nước hai vùng Manzini Lubombo Swziland, hai vùng nhận lượng lớn nguồn nước thải có chứa hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón, chất tẩy rửa Kết phân tích mẫu nước ngầm hai khu vực có tới 93% mẫu nước ngầm có chứa photphat nồng độ photphat phân t ch vượt ngư ng 0,1 mg/L so với tiêu chuẩn EPA Nhóm nghiên cứu đưa khuyến cáo cần phải có giải pháp giảm thiểu lượng hóa chất, phân bón hóa học, thuốc tẩy rửa có thành phần photphat, nhằm giảm tình trạng nhiễm nguồn nước ngầm tương lai hai vùng Cũng nghiên cứu hai nhóm tác giả [11,12] nhóm tác giả Asha Lata Singh, A K [13] cộng tiến hành phân tích mẫu nước ngầm tại Varanasi, Uttar Pradesh, India Kết phân tích cho thấy hàm lượng photphat 6,4 ppm – 8,4ppm nồng độ vượt tiêu chuẩn EPA số vùng Varanasi nước ngầm Khi nguồn nước ngầm nhiễm photphat tác động đến hệ sinh thái nguồn nước mặt, trì tượng phú dư ng nước mặt điều chứng minh nghiên cứu tác giả I.P Holman cộng [14] nghiên cứu tiến hành khảo sát lấy 49000 mẫu nước 3600 địa điểm Anh Ireland Kết nghiên cứu Irelad có 22% vùng diện t ch đất tương đương 36% trữ lượng nước ngầm có nồng độ photphat vượt ngư ng 20 μgP/L, khu vực phía nam Ireland có nồng độ photphat vượt ngư ng 30 μgP/L nồng độ vượt ngư ng tượng phú dư ng môi trường nước (30 μgP/L Nước Anh phần lớn nước ngầm có nồng độ photphat nằm ngư ng trung bình nhỏ 30 μgP/L, đáng khu vực phái Bắc nước Anh có nồng độ photphat trung bình lớn 50 μgP/L, có 1% diện t ch nước ngầm khu vực có nồng độ photphat nước ngầm đạt 120 30 μgP/L Nghiên cứu đưa diễn biến nồng độ photphat tăng theo thời gian vùng thường xuyên tác động lượng photphat định vào môi trường nồng độ photphat nước ngầm tác động tới tượng phú dư ng tới môi trường nước mặt Ở Việt Nam nồng độ photphat nước ngầm chưa quan tâm, gần báo cáo T ng cục môi trường năm 2016, đưa thông tin nguồn nước ngầm số vùng bị ô nhiễm số thành phần có asen photphat Nguyên nhân dẫn đến tượng nguồn nước ngầm nhiễm photphat nguồn nước thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp, nước thải nhà máy có chứa thành phần photphat khơng qua xử l xử l không đạt đ thải môi trường, việc sử dụng nhiều phân bón hóa học nơng nghiệp, nước thải sinh hoạt nguyên nhân ch nh gây ô nhiễm nguồn nước Nồng độ photphat số mẫu nước ngầm khu vực Hà Nội vươt 0,4 mg/L chiếm 71%, nồng độ vượt ngư ng tiêu chuẩn 0,2 mg/L Canada Đồng thời báo cáo mức độ nhiễm có xu hướng tăng theo thời gian Theo nghiên cứu tác giả Chu Thị Thu Hà [15] t nh trạng ô nhiễm môi trường Việt Nam thách thức quản l bảo vệ môi trường nước nghiên cứu t nh trạng ô nhiễm photphat nguồn nước nay, dự báo nguồn nước ngầm ngày có xu hướng nhiễm nặng khơng có biện pháp việc quản l bảo vệ nguồn nước tốt tương lai Cá phương pháp xử lý asen photphat nước Quá trình xử lý asen photphat có nhiều phương pháp phương pháp keo tụ kết tủa, phương pháp trao đ i ion, phương pháp màng, phương pháp hấp phụ n p p keo tụ-Kết tủa: Phương pháp sử dụng muối nhơm, sắt nước vơi, muối có khả keo tụ với asen photphat, sau lắng, lọc làm nước [16] Quá tr nh đồng kết tủa với asen cách tạo phức với muối nhôm, sắt hay nước vôi Hydroxit sắt hydroxit nhôm vơ định hình sản phẩm kết tủa muối nhôm, sắt clorit muối nhôm, sắt sunfat hydroxit Ca(OH)2 hình thành từ nước vơi q trình xử lý [17,18] Sử dụng phương pháp keo tụ xử l nước thường gặp số vấn đề như: khơng sử dụng cho thể tích lớn, thời gian lắng lọc kéo dài, khơng xử ly triệt để, hạn chế trình áp dụng xử l nước sinh hoạt P n p p o on: Ứng dụng nhựa trao đ i anion để loại bỏ asen môi trường nước hiệu Tuy nhiên tồn As(III) As(V) phụ thuộc vào giá trị pH khác nhau, để xử lý hiệu thường oxi hóa As(III) lên As(V [19] Vấn đề gặp phải giá trị pH asenit không trao đ i ion với vật liệu trao đ i ion asenit không mang điện t ch pH 7, v cần có tr nh oxi hóa asenit lên asenat [20] Vật liệu trao đ i thường hoạt hóa với axit HCl trước sử dụng ... liệu xử lý ô nhiễm asen, photphat nước tiến hành nghiên cứu luận án "Nghiên cứu biến tính quặng Laterit La2O3 CeO2 để xử lý Asen Photphat môi trường nước? ?? luận án thực với nội dung ch nh: - Nghiên. .. asen, photphat vật vật liệu nano La2O3, nano CeO2, nano La2O3- CeO2 vật liệu nano La2O3- CeO2 laterit - Thử nghiệm khả xử lý asen photphat mẫu nước ngầm Phủ Lý Hà Nam vật liệu nano La2O3- CeO2 /laterit. .. 3.4.3 Nghiên cứu khả năn p phụ ộng vật liệu nano La2O3- CeO2 /laterit với asen photphat .87 3.4.4 Nghiên cứu khả năn sử dụng vật liệu nano La2O3- CeO2 /Laterit .89 3.5 Nghiên cứu xử lý