BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ

BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ TRỨNG GÀ

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 7

1.1 Đặt vấn đề: 7

1.2 Sự cần thiết của đề tài: 7

1.3 Mục đích của đề tài: 8

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 8

1.5 Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng: 8

1.6 Phương pháp nghiên cứu: 9

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC 11

2.1 Giới thiệu về Chì: 11

2.1.1 Đặc tính của Chì: 11

2.1.2 Ứng dụng của Chì: 12

2.1.3 Các nguồn phát sinh Chì: 12

2.2 Giới thiệu về Cadimi: 14

2.2.1 Đặc tính của Cadimi: 14

2.2.2 Ứng dụng của Cadimi: 14

2.2.3 Các nguồn phát sinh Cadimi: 15

2.3 Giới thiệu về vỏ trứng gà: 15

2.3.1 Cấu tạo vỏ trứng: 15

2.3.2 Tính chất lớp protein: 17

2.4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng (Pb 2+ và Cd 2+ ): 18

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG VỎ TRỨNG GÀ ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG 23

3.1 Lý thuyết hấp phụ: 23

3.2 Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ: 23

3.3 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir: 24

3.4 Phương trình đẳng nhiệt Freundich: 25

3.5 Lý thuyết phương pháp cực phổ: 26

3.5.1 Giải thích sóng cực phổ: 27

3.5.2 Các hiện tượng ngăn cản việc xác định: 29

3.5.3 Độ chọn lọc: 29

3.5.4 Độ nhạy: 29

3.5.5 Độ chính xác: 29

CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

4.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị: 30

4.1.1 Hóa chất: 30

4.1.2 Dụng cụ: 30

4.1.3 Thiết bị: 30

4.2 Chuẩn bị mẫu, hóa chất cho việc phân tích: 30

4.2.1 Chuẩn bị mẫu: 30

4.2.2 Cách thực hiện đo bằng máy cực phổ: 31

4.3 Các bước thực hiện trước khi thí nghiệm: 32

4.4 Tiến hành thực nghiệm: 32

4.4.1 Với ion kim loại Chì: 32

4.4.1.1 Xây dựng đường chuẩn: 32

4.4.1.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C, 60 0 C, 80 0 C, 105 0 C, 120 0 C) đối với ion kim loại Chì: 33

4.4.1.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C) đối với ion kim loại Chì: 33

4.4.1.4 Khảo sát lượng ion Chì tối ưu cho khả năng hấp thụ của 0,1g trứng của trứng sấy ở 30 0 C đối cới ion kim loại Chì: 33

4.4.1.5 Khảo sát lượng trứng tối ưu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 30 0 C đối cới ion kim loại Chì: 34

4.4.2 Với ion kim loại Cadimi: 34

4.4.2.1 Xây dựng đường chuẩn: 34

4.4.2.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C, 60 0 C, 80 0 C, 105 0 C, 120 0 C) đối với ion kim loại Cadimi: 35

4.4.2.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C) đối với ion kim loại Cadimi: 35 4.4.2.4 Khảo sát lượng ion Cadimi tối ưu cho khả năng hấp thụ của 0,1g

4.4.2.5 Khảo sát lượng trứng tối ưu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở

30 0 C đối cới ion kim loại Cadimi: 36

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 37

5.1 Khảo sát sự hấp phụ của vỏ trứng với Chì (Pb 2+ ): 37

5.1.1 Xây dựng đường chuẩn: 37

5.1.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 o C, 60 o C, 80 o C, 105 o C, 120 o C) đối với ion kim loại Chì: 37

5.1.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C) đối với ion kim loại Chì: 42

5.1.4 Khảo sát lượng ion Chì tối ưu cho khả năng hấp thụ của 0,1g trứng của trứng sấy ở 30 0 C đối cới ion kim loại Chì: 46

5.1.5 Khảo sát lượng trứng tối ưu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 30 0C đối cới ion kim loại Chì: 49

5.2 Khảo sát hấp phụ của vỏ trứng với Cadimi: 51

5.2.1 Xây dựng đường chuẩn: 51

5.2.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C, 60 0 C, 80 0 C, 105 0 C, 120 0 C) đối với ion kim loại Cadimi: 52

5.2.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0 C) đối với ion kim loại Cadimi: 56

5.2.4 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vỏ trứng sấy ở 30 0 C đối với ion kim loại Cadimi ở nhiệt độ phòng nghiên cứu khoảng 30 0 C: 58

5.2.5 Khảo sát lượng trứng tối ưu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 30 0 C đối cới ion kim loại Cadimi: 62

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 65

6.1 Kết luận: 65

6.2 Khuyến nghị: 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1: Ô nhiễm kim loại nặng trong sông Sài Gòn năm 1996 7

Bảng 2: Hàm lượng trung bình của Chì trong một số khoáng chất 13

Bảng 3: Kết quả khử ion Cd2+ bằng keo tụ hydroxit Cadimi 19

Bảng 4: Tổng hợp các phương án khử Chì trong nước thải 21

Bảng 5: Cách pha mẫu dung dịch ion Pb2+ thí nghiệm 34

Bảng 6: Mẫu khối lượng trứng thí nghiệm 34

Bảng 7: Cách pha mẫu dung dịch ion Cd2+ thí nghiệm 36

Bảng 8: Mẫu khối lượng trứng thí nghiệm 36

Bảng 9: Kết quả thí nghiệm xây dựng đường chuẩn 37

Bảng 10: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 4,05 38

Bảng 11: Kết quả sau hấp phụ 38

Bảng 12: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 5,04 39

Bảng 13: Kết quả sau hấp phụ 39

Bảng 14: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 6,03 40

Bảng 15: Kết quả sau hấp phụ 40

Bảng 16: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 7,02 41

Bảng 17: Kết quả sau hấp phụ 41

Bảng 18: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm thứ 1 42

Bảng 19: Kết quả sau hấp phụ 43

Bảng 20: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm thứ 2 44

Bảng 21: Kết quả sau hấp phụ 45

Bảng 22: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm 46

Bảng 23: Kết quả sau hấp phụ 47

Bảng 24: Kết quả trước hấp phụ 49

Bảng 25: Kết quả sau hấp phụ 50

Bảng 26: Kết quả thí nghiệm xây dựng đường chuẩn 51

Bảng 27: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 3,95 52

Bảng 28: Kết quả sau hấp phụ 52

Bảng 29: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 4,95 53

Bảng 30: Kết quả sau hấp phụ 53

Bảng 31: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 5,95 54

Bảng 32: Kết quả sau hấp phụ 54

Bảng 33: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 6,88 55

Bảng 34: Kết quả sau hấp phụ 55

Bảng 35: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm thứ 1 56

Bảng 36: Kết quả sau hấp phụ 57

Bảng 37: Kết quả trước hấp phụ 63

Bảng 38: Kết quả sau hấp phụ 63

MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Ảnh chụp bề mặt vỏ trứng 16

Hình 2: Glycoprotein dạng mạng lưới sợi 16

Hình 3: Cấu trúc của protein 18

Hình 4: Cường độ dòng điện của máy cực phổ 32

Hình 5: Đồ thị đường chuẩn ion Pb2+ 37

Hình 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến sự hấp phụ của vỏ trứng gà với ion Chì 42

Hình 7: Ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng đối với

ion Pb2+ = 0,01572mg/ml 44

Hình 8: Ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng đối với nồng độ ion Pb 2+ = 0,0275 mg/ml 46

Hình 9: Dạng đường thẳng của phương trình Langmuir 48

Hình 10: Dạng đường cong của phương trình Langmuir lượng trứng thí nghiệm 0,1g 49

Hình 11: Ảnh hưởng của liều lượng trứng (300C) đến quá trình hấp phụ Pb2+ ở nồng độ ) / ( 5549 , 1 2 g ml C Pb    50

Hình 12: Đồ thị đường chuẩn ion Cd 2+ 51

Hình 13: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến sự hấp phụ của vỏ trứng gà với ion Cadimi 56

Hình 14: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ Cadimi của vỏ trứng gà sấy ở 30 0 C với C 2 9,1884 1,4402 ( g/ml) Cd    58

Hình 15: Phương trình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich dạng đường thẳng 61

Hình 16: Phương trình Langmuir thể hiện sự hấp phụ cân bằng của 0,1 g trứng sấy 30 0 C

ở pH= 5,04 61 Hình 17: Ảnh hưởng của khối lượng vỏ trứng (sấy ở 30 0

C) đến khả năng hấp phụ Cd 2+

ở môi trường có C Cd2 11,10391,358(g/ml) 64

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề:

Ô nhiễm nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang là một vấn đề nhức nhối hiện nay bởi những tác hại to lớn của chúng đến chất lượng môi trường và sức khỏe con người trên toàn thế giới Đặc biệt từ khi cuộc cách mạng khoa học công nghệ ra đời một mặt năng suất lao động nâng cao một cách đáng kể, nhưng đồng thời kèm theo đó

là mức độ tàn phá môi trường sống của chính chúng ta ngày càng đáng sợ và nghiêm trọng hơn Nước thải công nghiệp kèm theo các chất độc hại như kim loại nặng đang là

mối nguy hiểm đối với môi trường cũng như chất lượng cuộc sống của người dân

Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường nước cũng đang ở mức báo động TP.Hồ Chí Minh (HCM), Đà Nẵng, Vinh, Hà Nội, Hải Phòng và các thành phố lớn là những nơi dẫn đầu về mức độ ô nhiễm Ở TP.HCM, hầu hết các kênh rạch bị ô nhiễm trầm trọng: Ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vô cơ và sinh vật, ô nhiễm kim loại nặng Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng đang là vấn đề báo động ở các khu công nghiệp, các cơ sở sản xuất

Bảng 1: Ô nhiễm kim loại nặng trong sông Sài Gòn năm 1996

1.2 Sự cần thiết của đề tài:

Kim loại nặng (KLN) có vai trò thật sự to lớn trong quá trình phát triển của loài người, đặc biệt trong các ngành công nghiệp Tuy nhiên chất thải có chứa kim loại nặng ở trạng thái ion (KLN tồn tại trong nước, đất…) thì nó lại cực kỳ độc hại với con người, thực vật, động vật nếu nó thâm nhập vào cơ thể Tích lũy với nồng độ cao KLN có thể gây ung thư cho con người, động vật còn thực vật không phát triển được…

Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp tối ưu nhất để loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi môi trường bị ô nhiễm Trong phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ nghiên cứu việc loại bỏ KLN ra khỏi môi trường nước

Đề tài nghiên cứu sự hấp phụ của vỏ trứng gà nhằm tìm thêm một phương pháp mới

có thể loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng

Hiện nay nguyên liệu vỏ trứng có rất nhiều và giá thành rất rẻ Vỏ trứng có trong các

lò ấp vịt, gà, các nhà máy sản xuất – chế biến bánh kẹo… Nếu nghiên cứu thành công khả năng hấp phụ của vỏ trứng đối với ion kim loại nặng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn, tận dụng được nguồn phế thải trong chăn nuôi và công nghiệp chế biến Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tương tự chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta

- Nghiên cứu pH tối ưu, thời gian tối ưu, lượng Chì và Cadimi được hấp phụ tối ưu

và ảnh hưởng của liều lượng cũng như khả năng hấp phụ Chì, Cadimi đối với vỏ trứng ở các nhiệt độ nung khác nhau

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:

 Đối tƣợng nghiên cứu:

1.5 Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng:

Ở nước ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý KLN trong nước thải Dưới đây là vài công trình tiêu biểu:

- Nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng Cd, Zn, Pb trong nước thải khu công nghiệp Hòa Khánh – Liên Chiểu Đà Nẵng bằng phương pháp Von – Ampe hòa tan Tác giả Lê Thị Mùi – Đại Học Sư Phạm thuộc Đại Học Đà Nẵng

- Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim loại nặng Đồng, Kẽm, Niken, Chì bằng thiết

bị phản ứng tạo hạt Luận văn Thạc sĩ của Hồ Thị Xuân Tình

- Nghiên cứu bước đầu quá trình xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng việc sử dụng vật liệu chất thải rắn từ ngành chế biến Thủy sản Luận văn Thạc sĩ của Dương Thanh Sang

- Bước đầu nghiên cứu khả năng hút thu và tích lũy Chì ở bèo tây và rau muống trong nền đất bị ô nhiễm Tác giả Lê Đức, Trần Thị Tuyết Thu, Nguyễn Xuân Huân – ĐH Khoa Học Tự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội

1.6 Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp thống kê toán học: Đây là phương pháp quan trọng trong việc thu

thập dữ liệu và xử lý số liệu nhằm tăng độ chuẩn xác Phương pháp này dùng để thống

kê với độ chính xác 95%, phân tích số liệu Trong phương pháp này sử dụng phần mềm tính toán Microsoft Office Excel, máy tính bỏ túi Casio Fx-570MS

Đây là phương pháp quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình thực hiện đề tài, toàn

bộ thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm một cách khoa học và theo một logic nhất định nhằm đảm bảo kết quả mang lại tính hiện đại, khách quan nhất và ít sai

 Phương pháp so sánh:

Các hiệu quả đạt được phải so sánh với các tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn WHO hay tiêu chuẩn của EPA để đánh giá khả năng thực tế của các kết quả đó

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG

TRONG NƯỚC 2.1 Giới thiệu về Chì:

2.1.1 Đặc tính của Chì:

Chì (tên La-tinh là Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa học nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự nguyên tử là 82, khối lượng nguyên tử bằng 297,19, nóng chảy ở 327,40C, sôi ở 1.7250C, khối lượng riêng bằng 11,34g/cm3

Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan trong nước, không cháy Chì rất mềm, dễ gia công, có thể dùng dao cắt được và dễ nghiền thành bột Chì được coi là mềm và nặng nhất trong tất cả các kim loại thông thường Tuy nhiên, chỉ cần bổ sung một lượng 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 trong công nghiệp chế tạo máy, Chì thường được sử dụng dưới dạng hợp kim

Chì có mật độ phân tử cao, hấp thụ tia X tốt Đồng thời, các đồng vị của Chì là những đồng vị bền vững nhất trong các dãy phóng xạ: sự phân rã liên tục của các nguyên

tố này trong dãy phóng xạ cuối cùng đều tạo thành đồng vị của Chì

Hơi Chì có vị ngọt ở họng nên trong quá khứ một số nơi người ta lén cho Chì vào trong rượu để làm cho rượi ngọt Hiện nay, một số rượu thuốc ở Trung Hoa cũng như một

số thuốc cổ truyền vẫn thịnh hành ở vùng Trung Đông đều có chứa một lượng Chì đáng

kể

Về mặt phản ứng với các axit, Chì khó bị tác dụng bởi HCl, H2SO4 loãng Nhưng

H2SO4 đặc đun nóng tác dụng với Chì cho PbSO4 và tạo khí aerosol (SO3) Chì hòa tan trong HNO3 tạo thành Chì nitrat và khí NO2

 Định tính Chì:

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

- Tác dụng với KI cho kết tủa vàng tan trong nước nóng và lại kết tinh thành tinh thể vàng óng khi để nguội

- 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 oxít mỏng PbO

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

- Trong các hợp chất, Chì thường có số oxy hóa +2 và +4 Những hợp chất của Chì +2 thì bền hơn

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

2.1.2 Ứng dụng của Chì:

- Chì là một trong những kim loại thông dụng nhất từ trước tới nay Con người đã khai thác và sử dụng Chì từ rất xa xưa, vào khoảng thời kỳ Đồ Đồng hoặc Đồ Sắt Ngày nay, Chì được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống Nhờ những tính chất đặc biệt như dễ nấu chảy, dễ gia công, dễ tái chế, dễ tạo hợp kim, khó bị ăn mòn… nên Chì được sử dụng hầu như ở tất cả các loại hình sản xuất công nghiệp Đứng đầu là công nghiệp chế tạo ắc-quy, chiếm tới 60% lượng Chì được con người sử dụng Tiếp theo là ngành sản xuất đạn dược, vỏ bọc dây cáp, cán ép tấm Chì, hàn tổng cộng chiếm 15% Ngoài ra, Chì còn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất sơn, ngành gốm sứ, sản xuất bột màu, matít… Trong ngành chế tạo máy và ngành xây dựng, người ta dùng Chì để chế tạo các khớp nối đường ống, van, các chi tiết máy móc có tiếp xúc với môi trường ăn mòn và nhiều cơ cấu trong các công trình lộ thiên Đặc biệt, trong các lĩnh vực công nghiệp có sử dụng chất phóng xạ, Chì là kim loại duy nhất được dùng để chế tạo các container chứa chất thải phóng xạ cũng như xây dựng các kết cấu ngăn tia X

- Trong nông nghiệp, người ta sử dụng một số hợp chất của Chì có tính kháng sinh làm thuốc trừ sâu Vào khoảng thời gian từ thập niên 30 đến thập niên 90 của thế kỷ 20, Chì được sử dụng rất rộng rãi trong giao thông dưới dạng tetraalkyl; Chì là chất chống kích nổ trong xăng Ngoài đạn dược, Chì còn được dùng để chế tạo nhiều chi tiết trong vũ khí quân sự Trong lĩnh vực thương mại cũng như trong đời sống hằng ngày, con người cũng sử dụng Chì dưới rất nhiều hình thức khác nhau, chẳng hạn như: vỏ đựng đồ uống,

đồ nấu bếp, mỹ phẩm, dược phẩm, đồ chơi trẻ em, đồ điện…

Bảng 2: Hàm lƣợng trung bình của Chì trong một số khoáng chất

(Nguồn: GS.TSKH – Lê Huy Bá – Độc học môi trường, 2000)

 Nguồn nhân tạo:

Các hoạt động nhân tạo của con người mới là những nguồn chủ yếu nhất phát thải Chì

ra ngoài môi trường, gây tình trạng ô nhiễm và nhiễm độc Chì Trong tổng lượng Chì phát sinh ra ngoài môi trường, Chì từ các hoạt động nhân tạo chiếm tới 95% Chì được sử dụng hầu như ở mọi lĩnh vực trong đời sống con người, do đó nguồn gây ô nhiễm Chì cũng rất

đa dạng, và cũng tồn tại ở mọi loại hình sản xuất và sinh hoạt của xã hội Phần tiếp theo

sẽ trình bày những nguồn chính gây ô nhiễm Chì

 Trong công nghiệp:

 Các nguồn phát thải Chì trong công nghiệp bao gồm:

Công nghiệp khai khoáng và luyện kim: Đây là nguồn phát thải Chì lớn nhất trong công nghiệp Không chỉ riêng ngành khai thác và tinh chế Chì mà cả ngành khai thác và tinh chế nhiều kim loại khác cũng phát sinh các chất thải chứa Chì Những dòng thải chứa Chì trong loại hình công nghiệp này bao gồm:

- Chất thải rắn ở khu khai thác và tuyển quặng

- Nước thải ở khu vực mỏ, khu tuyển quặng, luyện quặng

- Khói thải lò luyện quặng

 Các ngành công nghiệp khác:

Chất thải, chủ yếu là nước thải và chất thải rắn của các ngành công nghiệp có sử dụng Chì như: công nghiệp chế tạo ắc quy, sản xuất sơn, đạn dược, bột màu… cũng là nguồn phát thải rất đáng kể Chì ra môi trường

 Trong nông nghiệp:

Nguồn phát thải Chì trong nông nghiệp chủ yếu là từ thuốc trừ sâu và từ khói thải của các máy nông nghiệp chạy bằng nhiên liệu xăng pha Chì Qua quá trình sa lắng ướt, Chì sẽ xâm nhập vào nguồn nước ngầm, nước mặt…

 Trong hoạt động quân sự:

Chì được sử dụng trong ngành chế tạo đạn dược phục vụ cho mục đích quân sự chiếm tỷ lệ khá lớn trong tổng lượng Chì được con người sử dụng (chỉ đứng hàng thứ hai sau ngành sản xuất ắc quy) Chính vì vậy, nguồn phát thải ô nhiễm Chì từ các hoạt động quân sự là rất đáng kể Ngoài đạn dược, Chì trong hoạt động quân sự còn được phát thải

từ việc sử dụng xăng pha Chì trong các động cơ, xe cộ như xe tăng, máy bay, tàu chiến,

xe quân dụng…

 Trong hoạt động thương mại và trong cuộc sống hằng ngày:

Các nguồn phát thải Chì trong lĩnh vực này thường thải rác, không tập trung, khó kiểm soát nhưng lại gây ảnh hưởng trực tiếp nhất tới sức khỏe con người, đặc biệt là trẻ

em Có thể nêu tên một số nguồn điển hình như sau: vỏ đồ hộp, ắc quy, sơn, khói thuốc lá,

đồ gốm sứ gia dụng, đồ chơi trẻ em, sách báo, kem đánh răng, dược phẩm, mỹ phẩm… Tất cả các vật dụng chứa Chì này sau khi hết hạn sử dụng đều được thải bỏ tại bãi chôn lấp rác Vì vậy, bãi rác cũng là một nguồn gây ô nhiễm và nhiễm độc Chì rất nguy hiểm Ngoài ra, nước thải sinh hoạt cũng là nguồn phát thải Chì vào môi trường nước Chì trong nước thải sinh hoạt thường có xu hướng lắng xuống đáy cống thải Vì vậy, phân tích bùn cống của hệ thống thoát nước thành phố cũng thường được tiến hành để xác định mức

độ ô nhiễm Chì do các hoạt động sinh hoạt và thương mại tại đô thị gây ra

2.2 Giới thiệu về Cadimi:

2.2.1 Đặc tính của Cadimi:

Cadimi thuộc nhóm IIB, chu kỳ 5, hiệu số nguyên tử là 48 của bảng hệ thống tuần hoàn, có khối lượng nguyên tử trung bình là 112,411 (đv.C) Cadimi là một kim loại quý hiếm, được xếp thứ 67 trong thứ tự của tài nguyên giàu Nó không có chức năng về sinh học thiết yếu nhưng lại có tính độc hại cao đối với động vật và thực vật Dạng tồn lưu của Cadimi thường bắt gặp trong môi trường không gây độc cấp tính

Chu kỳ bán hủy của Cadimi trong đất từ 15 đến 1.100 năm tùy loại đất

2.2.2 Ứng dụng của Cadimi:

Khác với các kim loại như Pb, Hg, Cu đã được con người sử dụng qua nhiều thế kỷ nay thì Cadimi mới được sử dụng rộng rãi từ thế kỷ XX Theo Aylett (1979), Cadimi được tồn tại như một sản phẩm nấu chảy của Zn và các kim loại cơ bản khác và không có quặng nào được sử dụng chính làm nguồn Cadimi Theo Nriagu (1988), việc sản xuất Cadimi trên thế giới tăng từ 11.000 tấn năm 1960 lên đến 19.000 tấn vào năm 1985 và Aylett (1979) đã xác định được việc sử dụng Cadimi vào các việc như:

- Trong những hợp kim khác nhau

- Trong chất màu (cho các chất nhựa, lớp men, đồ gốm)

- Tạo chất làm chắc cho chất dẻo PVC

- Trong tế bào pin khô Ni-Cd

- Trong vũ khí quân dụng

- Trong những hợp chất khác nhau như: chất bán dẫn, bộ phận kiểm soát lò phản ứng hạt nhân

2.2.3 Các nguồn phát sinh Cadimi:

Về mặt ô nhiễm môi trường, theo Hulton (1882), những nguồn ô nhiễm KLN Cd chính gây ra do:

- Sự khai thác mỏ và tinh luyện Cd và Zn

- Sự ô nhiễm khí quyển từ những khu công nghiệp và luyện kim

- Việc xả thải các chất thải có chứa Cd (thiêu hủy những vật nhựa và pin)

- Bùn thải (nước bùn cống rãnh)

- Các tro bụi hóa thạch

- Trong phân lân

Ngay trước khi Cadimi được sử dụng vào lĩnh vực thương mại, thì sự nhiễm bẩn Cadimi đã được phát hiện rộng rãi trong các vật liệu và nó được coi như một tạp chất Phân lân là một ví dụ cơ bản, hàm lượng Cadimi chứa trong phân lân biến động khác nhau Việc sử dụng phân lân liên tục nhiều năm dẫn đến việc gia tăng đáng kể lượng Cadimi tích tụ trong đất nông nghiệp Sự lắng đọng các hạt bụi do ô nhiễm không khí của các khu công nghiệp, đô thị cũng ảnh hưởng tới đất, nhất là với các nước công nghiệp, Cadimi từ những nguồn này được cây hấp thụ trực tiếp vào cây qua bộ lá

2.3 Giới thiệu về vỏ trứng gà:

2.3.1 Cấu tạo vỏ trứng:

Vỏ trứng gà có cấu tạo đơn giản, thành phần chủ yếu là CaCO3 chiếm 98,34% về khối lượng và một số nguyên tố khác Trong vở trứng gà có một lớp protein (glycoprotein) dạng mạng lưới sợi Trên vỏ trứng có những lỗ nhỏ giúp cho việc trao đổi khí với môi trường bên ngoài

- Màng vỏ trứng bên trong: Dày khoảng 20µm, màng vỏ trứng bên ngoài

dày khoảng 60µm, cấu tạo chủ yếu bởi glycoprotein dạng mạng lưới sợi: ngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật tạo nên buồng khí

Hình 2: Glycoprotein dạng mạng lưới sợi

(Nguồn: bài giảng của Th.S Hồ Cường – GV ngành CN Thực Phẩm, trường

ĐH.SPKT TP.HCM)

Các sắc tố: Chủ yếu là protoporphyrine (nâu) biliverdine và các phứt chất của kẽm

2.3.2 Tính chất lớp protein:

Protein (Protit hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa

phân mà các đơn phân là axít amin Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide) Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein

 Cấu trúc của Protein có 4 bậc sau:

- Cấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên

chuỗi polypepetide Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein

- Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian

Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α

và cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau Các protein sợi như keratin, Collagen (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn

- Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành

từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hyđro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu

- Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo

nên cấu trúc bậc bốn của protein Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hyđro

 Sự biến tính của Protein:

Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng, các cấu trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu Đó là hiện tượng biến tính protein Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau:

 Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bến trong phân tử protein

 Khả năng giữ nước giảm

 Mất hoạt tính sinh học ban đầu

 Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza

 Tăng độ nhớt nội tại

 Mất khả năng kết tinh

 Protein thường bị hòa tan ở pH trung tính

 Khả năng bị phân hủy ở nhiệt độ cao

Hình 3: Cấu trúc của protein 2.4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng (Pb 2+ và Cd 2+ ):

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 hào 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

Bảng 3: Kết quả khử ion Cd2+ bằng keo tụ hydroxit Cadimi

 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

Me2+ + S2- → MeS↓

Tuy nhiên sử dụng sulfit trong kết tủa KLN yêu cầu thận trọng hơn trong việc sử dụng dưới dạng hydroxit Sử dụng quá nhiều sulfit trong dung dịch có tính kiềm sẽ hình thành H2S, khí độc có mùi khó chịu

 Kết tủa carbonat kim loại (MeCO3):

Na2CO3 là chất được sử dụng trong trường hợp này

Na2CO3 + Me2+ → MeCO3↓ + Na+

Nó có ưu điểm là các muối carbonat không hòa tan trở lại trong môi trường có tính kiềm Ngoài ra nó còn có khả năng trung hòa

 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) + Ni2+  (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 trao đổi 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 trao đổi ion:

+ Chi phí đầu tư cao

Bảng 4: Tổng hợp các phương án khử Chì trong nước thải

Nồng độ Pb 2+

(mg/l)

Hiệu quả xử lý (%)

Hấp phụ hóa học: là sự hấp phụ kèm theo hiện tượng tạo thành các hợp chất hóa học trên bề mặt chất hấp phụ Các phần tử bị thu hút có thể là các phân tử hay các ion

Hấp phụ vật lý: thực chất hấp phụ vật lý là hấp phụ phân tử, nghĩa là vật hấp phụ thu hút chất bị hấp phụ lên bề mặt của nó dưới dạng các phân tử, mà không phải là ion

 Ưu điểm của phương pháp hấp phụ:

+ Thu hồi chọn lọc kim loại

+ Hiệu quả xử lý cao

Nhược điểm của phương pháp hấp phụ:

+ Chi phí đầu tư cao

+ Quá trình tái sinh chất hấp phụ thì phức tạp

Nhược điểm của phương pháp lọc màng:

+ Chi phí vận hành và đầu tư rất cao

+ Yêu cầu trình độ công nhân vận hành phải có chuyên môn sâu

Một vài kiểu lọc điển hình:

(Nguồn: Bài luận tốt nghiệp của SV Phạm Đức Tài, khóa 2004 ngành CN Môi

Trường, trường ĐH SPKT TP.HCM)

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG VỎ TRỨNG GÀ ĐỂ XỬ

LÝ KIM LOẠI NẶNG

3.1 Lý thuyết hấp phụ:

Bên trong một vật rắn bao gồm các nguyên tử, giữa chúng có các liên kết cân bằng để tạo ra mạng liên kết cứng hoặc các mạng tinh thể có quy luật Trong khi đó các nguyên tử nằm ở bề mặt ngoài không được cân bằng kết và có thể xảy ra quá trình ngược lại Kết quả là nồng độ chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ cao hơn ban đầu Hiện tượng đó

gọi là hấp phụ Vậy: “Sự hấp phụ là quá trình tập trung chất lên bề mặt phân chia pha

và gọi là sự hấp phụ bề mặt” Hấp phụ chia làm hai dạng: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

 Hấp phụ vật lý: là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật

lí và không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như liên kết Van-Đơ-Van, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, khoảng dưới 20 kJ/mol

 Hấp phụ hóa học: Là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học

Hấp phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm Nhiệt hấp phụ hóa học khoảng 80-400 kJ/mol, tương đương với lực liên kết hoá học Hấp phụ hóa học thường kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn được gọi là hấp phụ hoạt hoá Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng xúc tác dị thể

- Chất hấp phụ là chất có bề mặt thực hiện hấp phụ Chất hấp phụ thường ở dạng rắn

- Chất bị hấp phụ là chất bị hút, dính lên bề mặt của chất hấp phụ

Lực liên kết trong quá trình hấp phụ có thể là lực hút tĩnh điện, lực định hướng, lực tán xạ, trong trường hợp lực đủ mạnh có thể gây ra liên kết hóa học hay tạo phức, trao đổi ion Theo thuyết Langmuir nguyên nhân của sự hấp phụ là:

 Sự có mặt những phần tử hóa trị không bão hòa trên bè mặt chất hấp phụ Khi hấp phụ do tác dụng lực hóa trị mà sinh ra liên kết hóa học

 Khoảng cách tác dụng của lực hóa trị rất ngắn không quá đường kính phân tử do đó chỉ hấp phụ một lớp

 Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra những điểm đặc biệt gọi là tâm hấp phụ chứ không xảy

ra trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Hoạt tính chất hấp phụ phụ thuộc vào số lượng tâm hấp phụ

3.2 Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ:

Trong hấp phụ chúng ta chú ý đến các đặc điểm sau:

- Khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ cho biết khối lượng chất hấp phụ cần thiết phải sử dụng hay thời gian hoạt động của sản phẩm thu được cho một chu kỳ hoạt động

- Tốc độ hấp phụ cho phép định lượng quy mô, độ lớn của thiết bị để đạt tới chất lượng của sản phẩm như mong muốn

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:

 Bản chất của chất hấp phụ

 Nhiệt độ môi trường

 Áp suất

 Nồng độ chất hấp phụ, chất bị hấp phụ

 Thời gian tiếp xúc của các pha

Trong quá trình hấp phụ, khả năng hấp phụ của một chất rắn tăng lên khi nồng độ chất hấp phụ lớn lên (nhiệt độ không đổi) Ta xét hệ hai cấu tử, gọi khả năng hấp phụ của

một chất là q , nồng độ chất hấp phụ là C , ta có phương trình q f (C)(1)

Nếu gọi C và 0 C lần lượt là nồng độ chất hấp phụ ban đầu và ở trạng thái cân bằng, V là e

thể tích dung dịch, m là khối lượng chất hấp phụ, thí nghiệm ở trạng thái tĩnh ta có thể xác định: ( 0 ) (2)

m

V C C

Với đơn vị của q là: mg/g – mg chất hấp phụ/g chất bị hấp phụ

3.3 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:

Giả thuyết của Langmuir (1918):

- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng

- Trên bề mặt chất rắn chia ra từng vùng nhỏ, các tâm hoạt động mỗi vùng chỉ tiếp nhận một phần tử chất hấp phụ Trong trạng thái bị hấp phụ các phân tử trên bề mặt chất rắn không tương tác với nhau

- Quá trình hấp phụ là động, tức là quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ có tốc độ bằng nhau khi đạt trạng thái cân bằng Tốc độ hấp phụ tỉ lệ với các vùng chưa bị chiếm chỗ (tâm hấp phụ), tốc độ nhả hấp phụ tỉ lệ thuận với các tâm đã bị hấp phụ chiếm chỗ

Tốc độ hấp phụ ra và nhả hấp phụ rd có thể tính bằng:

) 3 ( )

r    

d i

k

1

e L i

C K

C K n n

Vì mỗi tâm chỉ chứa một phân tử bị hấp phụ nên n được coi là nồng độ chất hấp phụ tối đa và ni= nồng độ chất bị hấp phụ trong trạng thái cân bằng với Ce của chất hấp phụ:

) 5 (

e L m

C K

C K q q

1

1

e L m m

e

C q q K q

a q a

q m   m 

) 10 ( 1

1 1

1

b a a b q b K b q

3.4 Phương trình đẳng nhiệt Freundich:

Khi quan sát mối tương quan giữa q và C từ thực nghiệm, Freundich (1906) nhận thấy nó có tính hàm mũ nên ông đưa ra phương trình mô tả hoàn toàn có tính chất kinh nghiệm

n

C K

X 1 /

.



Hoặc:

C n

K m

X

log

1 log

3.5 Lý thuyết phương pháp cực phổ:

Năm 1922 J.Heyrovsky (Tiệp Khắc) đã công bố một công trình mô tả một phương pháp phân tích điện hóa mới được gọi là phương pháp phân tích cực phổ Chính nhờ công trình này mà 1959 ông được nhận giải thưởng Nobel

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 10-5

M, 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

3.5.1 Giải thích sóng cực phổ:

Ta lấy ví dụ khử ion Cadimi trên điện cực giọt thủy ngân để tạo ra hỗn hống Tuy nhiên các kết luận sẽ được áp dụng cho các dạng điện cực, các quá trình anot và các phản ứng xảy ra để tạo ra các sản phẩm khác Người ta cho rằng nửa phản ứng là thuận nghịch:

Cd2+ + Hg + 2e  Cd(Hg)

Sự thuận nghịch áp dụng cho cực phổ có nghĩa rằng qua quá trình chuyển electron xảy ra đủ nhanh và hoạt độ chất khử cực và sản phẩm phản ứng trong màng mỏng của bề mặt giới hạn giữa dung dịch và điện cực thủy ngân chỉ được xác định bằng thế điện cực Như vậy đối với sự khử thuận nghịch của ion Cadimi có thể giả thiết rằng trong bất cứ thời điểm nào thì hoạt độ của chất khử và sản phẩm phản ứng trên bề mặt ranh giới được xác định bằng phương trình

đcss Cd

Cd A

a

a E

 0

0 0

)(

)(lg2

0591,0

(a Cd2  : hoạt độ của ion Cadimi trong dung dịch nước

Ký hiệu (0) ở các hoạt độ chỉ rằng số này được áp dụng cho bề mặt ranh giới của 2 môi trường

di chuyển đến bề mặt thủy ngân Vì khi phản ứng xảy ra tức thời, cường độ dòng điện chỉ phụ thuộc tốc độ chuyển ion Cadimi từ lòng dung dịch đến bề mặt mà tại đây xảy ra phản ứng

V : tốc độ di chuyển ion Cadimi

Trong nguyên tố điện hóa, các ion hay các phân tử di chuyển do kết quả của khuếch tán, của đối lưu cơ học hay nhiệt độ và sức hút tĩnh điện Trong phép đo cực phổ bằng mọi cách, người ta cố gắng loại trừ hai nguyên nhân cuối cùng của sự di chuyển Để làm được điều này người ta triệt tiêu dao động hay khuấy trộn dung dịch và dùng một lượng thừa chất điện giải trơ

Nên khi loại bỏ được sự khuấy trộn cơ học và lực hút tĩnh điện thì việc chuyển Cadimi đến bề mặt điện cực chỉ thực hiện bằng khuếch tán Tốc độ khuếch tán tỉ lệ thuận với hiệu các nồng độ trong 2 lớp dung dịch nên ta có thể viết:

) ] [

]

'' 2

0

2

] [ Cd  nồng độ các ion Cadimi trong lớp gây ra do sự chuyển động của các ion

Cadimi đến bề mặt của điện cực, điều này chỉ ra rằng:

) ] [

] ([

) ] [

]

"

' '

Cadimi trong lớp gần điện cực tiến gần đến 0 so với nồng độ trong lòng dung dịch Trong những điều kiện này tốc độ khuếch tán và cường độ dòng trở nên hằng định nếu:

0

2

] [ Cd  <<[ 2 ]

I không phụ thuộc vào thế điện cực Dòng khuếch tán ít tỉ lệ thuận với nồng độ

chất khử cực trong lòng dung dịch Hiện tượng này là cơ sở cho phép phân tích cực phổ định lượng

3.5.2 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 cực…

3.5.3 Độ chọn lọc:

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

CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị:

4.1.1 Hóa chất:

- Dung dịch chuẩn Chì (Pb2+) 1mg/ml hãng Merck (Đức) sản xuất

- Dung dịch chuẩn Cadimi (Cd2+) 1mg/ml hãng Merck (Đức) sản xuất

- Pb(CHCOO)2.3H2O (dạng tinh thể); CdCl2 (dạng tinh thể); NH4CH3COO; Axit axetic (CH3COOH) 98%; KCl (dạng tinh thể) 98%; NaOH (dạng tinh thể) Tất cả đều được sản xuất tại Trung Quốc

- Vỏ trứng gà công nghiệp của cơ sở trứng gia cầm Trịnh Thị Thông – tỉnh Đồng Nai

- Giấy lọc kích cỡ  = 100mm sản xuất tại Trung Quốc

- Nước cất được chưng cất 2 lần (gọi tắt là nước cất 2 lần)

- Acid Sunfuric 98% loại sử dụng trong phòng thí nghiệm sản xuất tại Trung Quốc

4.1.2 Dụng cụ:

- Cốc thủy tinh các loại: 20, 200, 500ml của hãng Duran( Đức)

- Bình định mức 25, 50ml của hãng Íolab

- Ống đong 50 ml của hãng Schott (Đức)

- Pipet 2, 5, 10 ml của hãng Schott (Đức)

- Micropipet 50, 100 µl hiệu Labopette do Đức sản xuất

- Bình tia, bóp cao su, đũa thủy tinh của Trung Quốc

- 5 bình nước khoáng loại 350ml đã được rửa sạch, tráng bằng nước cất 2 lần

4.1.3 Thiết bị:

- Cân phân tích có độ nhạy 4 chữ số Model ExplorerTMPro EP214 của hãng Ohaus (Mỹ)

- Máy lắc IKA®KS260 Basic

- Máy đo pH WTW pH720 của hãng Inolab (Đức)

- Tủ sấy Medcenter Eirichturgen GmbH của hãng Ecocell

- Máy cực phổ Metrohm Ltd.CH – 9101 Herisau.Switzeland

- Máy say sinh tố hiệu National của Nhật Bản

4.2 Chuẩn bị mẫu, hóa chất cho việc phân tích:

4.2.1 Chuẩn bị mẫu:

 Chuẩn bị mẫu trứng: Vỏ trứng gà công nghiệp của cơ sở trứng gia cầm Trịnh Thị

Thông – tỉnh Đồng Nai, vệ sinh bằng cách rửa sạch sau đó để khô tự nhiên Đem đi say nhuyễn bằng máy say sinh tố thành bột vỏ trứng rồi đem sấy ở các nhiệt độ

300C, 600C, 800C, 1050C, 1200C trong vòng 120 phút sau đó đem đi hút ẩm và lưu trữ lần lượt trong 5 chai nước khoáng

 Dung dịch chuẩn Pb 2+

: Dùng micropipett lấy 100μl Pb2+ 1000ppm cho vào bình định mức 50ml và được định mức bằng nước cất 2 lần Ta được dung dịch Pb2+

có nồng độ là 2μg/ml Dùng cho việc xây dựng đường chuẩn

 Dung dịch Chì thí nghiệm: Cân chính xác 0,4577g Pb(CH3COO)2.3H2O rồi pha trong 250ml dung dịch acid axtic khoảng 10% Ta được dung dịch Pb2+

có nồng độ 1mg/l

 Dung dịch chuẩn Cd 2+

: Dùng micropipett lấy 100μl Cd2+ 1000ppm cho vào bình định mức 50ml và được định mức bằng nước cất 2 lần Ta được dung dịch Cd2+

có nồng độ là 2μg/ml Dùng cho việc xây dựng đường chuẩn

 Dung dịch Cadimi thí nghiệm: Cân chính xác 0,48g CdCl2 rồi pha trong 250ml nước cất Ta được dung dịch Cd2+

có nồng độ 1mg/l

 Dung dịch acid axtic khoảng 10%: Lấy pipet hút 10ml acid axtic 99,5%, d=1,05

g/cm3 cộng với 400 ml nước cất 2 lần khuấy đều ta được dung dịch cần pha

 Pha dung dịch đệm có pH = 4,6: Cân một lượng NH4CH3COO sau đó cho vào nước cất và hòa tan Sau đó thêm axit axetic vào và chuẩn pH về 4,6

 Dung dịch KCl 3M: Cân chính xác 44,7g KCl và pha trong 200 ml nước cất

4.2.2 Cách thực hiện đo bằng máy cực phổ:

Máy cực phổ có rất nhiều cách đo khác nhau ứng với từng chất đã được ghi trong sách hướng dẫn kèm với máy Ở đây, chúng tôi dùng phương pháp AN V86 – Determination of Cd, Cu, Pb in drinking water để đo

Đầu tiên ta lấy 10 ml nước cất, sau đó thêm 0,5 ml dung dịch đệm có pH = 4,6 và 0,1ml dung dịch KCl 3M cho vào cốc của máy cực phổ Tiến hành sục khí trong vòng 300s và ghi nhận kết quả cường độ dòng điện trên cực phổ đồ

- Thiết bị thí nghiệm: Kiểm tra nguồn điện, chuẩn hóa, kiểm tra độ chính xác

- Mỗi thí nghiệm sẽ được tiến hành ít nhất 3 lần, một mẫu thí nghiệm cần phải đo ít

nhất 5 lần để đảm bảo kết quả khách quan

- Việc định lượng chất có khối lượng nhỏ phải dùng micropipet để thu được kết quả

- Dùng micropipett lấy ra từng thể tích xác định để đo

- Ghi nhận kết quả cường độ dòng điện ứng với từng thể tích cho vào

4.4.1.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0

C, 60 0 C, 80 0 C, 105 0 C, 120 0 C) đối với ion kim loại Chì:

 Cách tiến hành:

- Dùng cốc thủy tinh 200 ml cho vào khoảng 125 ml nước cất, rồi cho 10 ml dung dịch

Pb2+ (dung dịch Pb(CH3COO)3 có nồng độ 1mg/l) vào

- Sau đó chỉnh pH với các giá trị lần lược là: pH = 4; pH = 5; pH = 6; pH = 7

- Lấy ra 25 ml dung dịch đã chuẩn pH ở trên cho vào các cốc 200ml

- Thêm vào các cốc khoảng 0,1g trứng

- Đặt các cốc lên máy khuấy và tiến hành khuấy ở tốc độ 150 vòng/phút trong vòng 60 phút

- Lọc dung dịch qua giấy lọc, đem dung dịch đã lọc tiến hành đo trên máy cực phổ

4.4.1.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30 0

C) đối với ion kim loại Chì:

 Cách tiến hành:

- Dùng cốc thủy tinh 200ml cho vào khoảng 125ml nước cất, rồi cho dung dịch

Pb2+(dung dịch Pb(CH3COO)3 có nồng độ 1mg/ml) vào

- Sau đó chỉnh pH, giá trị pH trong thí nghiệm này là 5,06

- Lấy ra 25ml dung dịch đã chuẩn pH ở trên cho vào các cốc 200ml

- Thêm vào các cốc lượng trứng ở 300C khoảng 0,1g

- Đặt các cốc lên máy lắc và lắc ở tốc độ 150 vòng/phút Tới thời gian cần lắc 20, 40,

60, 80,100,120 phút thì dừng máy và lấy mẫu ra

- Lọc dung dịch qua giấy lọc và đem dung dịch sau khi lọc đo bằng máy cực phổ

4.4.1.4 Khảo sát lượng ion Chì tối ưu cho khả năng hấp thụ của 0,1g trứng của trứng sấy ở 30 0

C đối cới ion kim loại Chì:

 Cách tiến hành:

- Dùng 5 cốc thủy tinh 200 ml cho nước cất và dung dịch Chì sao cho tổng thể tích 25ml

- Sau đó chỉnh pH, giá trị pH trong thí nghiệm này là 5,06

- Thêm vào các cốc lượng trứng ở 300C khoảng 0,1g

- Đặt các cốc lên lắc và lắc ở tốc độ 150 vòng/phút Tới thời gian 80 phút thì dừng máy và lấy mẫu ra

- Lọc dung dịch qua giấy lọc và đem dung dịch sau khi lọc đo bằng máy cực phổ