Đang tải... (xem toàn văn)
2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài được thực hiện nhằm xác định hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi trong nước bề mặt ở khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội (đoạn từ gần cổng khu công nghiệp Quang Minh đi vào khoảng 5km) trong thời gian từ tháng 01 năm 2013 đến tháng 06 năm 2013 và từ đó phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước bởi các kim loại đó. 3. Phạm vi nghiên cứu Khảo sát các điều kiện thực nghiệm của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để chọn điều kiện tối ưu xác định hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GFAAS). Xác định hàm lượng các kim loại nặng đồng, chì, cadimi trong nước mặt khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội trong thời gian từ tháng 01 năm 2013 đến tháng 06 năm 2013, nơi khu công nghiệp xả thải trực tiếp ra môi trường và đánh giá mức độ ô nhiễm nước bởi các kim loại đó. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định hàm lượng các kim loại nặng đồng, chì, cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GFAAS). Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GFAAS). Đánh giá sai số và độ lặp của phép đo. Sử dụng các đường chuẩn để xác định hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi trong mẫu phân tích. Từ kết quả phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước ở khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội bởi các kim loại đó. 5. Phương pháp nghiên cứu Chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa là một trong những phương pháp hiện đại, có độ nhạy, độ chính xác cao, phù hợp với việc xác định vi lượng các nguyên tố kim loại nặng trong nước và các đối tượng khác. Khi sử dụng phương pháp này trong nhiều trường hợp không cần phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích nên tốn ít mẫu và thời gian. Phương pháp này còn cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố, phù hợp cho việc xác định hàm lượng các kim loại nặng trong các đối tượng khác nhau.
MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nước thành phần quan trọng tạo nên trì sống trái đất Nước tham gia vào hầu hết ngành, lĩnh vực đời sống người Chính vai trị quan trọng nước nên người xếp nước vào tài nguyên vơ q giá Với tốc độ cơng nghiệp hố, đại hoá với tăng dân số nhanh, người ngày tác động mạnh tới nguồn tài nguyên nước Điều làm cho tài nguyên nước ngày cạn kiệt nguy ô nhiễm nước ngày cao Có nhiều nguyên nhân gây nhiễm, xếp thành nhóm chính: Nguồn gốc gây ô nhiễm tự nhiên (do mưa tuyết, bão lụt… đưa vào nguồn nước chất thải) nguồn gốc gây nhiễm người (q trình thải chất độc hại vào mơi trường nước) Ơ nhiễm môi trường nước đa dạng phong phú như: Ô nhiễm chất thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, chất thải khu đô thị… Hình ảnh nhiễm nước KCN Quang Minh- Hà Nội Hiện Việt Nam vấn đề ô nhiễm môi trường nước sông hồ gần khu công ngiệp trở nên đáng báo động nước thải nhà máy, xí nghiệp khơng xử lý mà đổ trực tiếp hồ ao, sông suối khu công nghiệp (KCN) Long Thành, KCN Biên Hòa Đồng Nai, KCN Quang Minh Hà Nội Từ nhiều năm nay, ô nhiễm môi trường khu công nghiệp Quang Minh (Mê Linh, Hà Nội), vấn đề nóng hổi Tình trạng nhiễm khơng khí, nước thải KCN gây ảnh hưởng không nhỏ tới sống người dân nơi Theo quy luật động thực vật sống môi trường ô nhiễm hấp thụ chất độc hại chúng trở thành nguồn gây độc hại vật nuôi người sử dụng chúng làm nguồn thức ăn Để đánh giá mức độ ô nhiễm nước cần phải khảo sát nhiều yếu tố pH, DO, COD, BOD 5, tiêu Nito, Photpho, kim loại nặng, tiêu vi sinh Chỉ tiêu kim loại nặng tiêu quan trọng, đáng lưu tâm chúng gây tác hại mức độ cao lâu dài đồng, chì, cadimi, thuỷ ngân, asen Vì việc xác định hàm lượng kim loại nặng nước để từ tìm biện pháp hạn chế ô nhiễm kim loại cần thiết Có nhiều phương pháp xác định hàm lượng kim loại nặng như: Phương pháp trắc quang, chiết quang, cực phổ, Von-Ampe hòa tan, phổ hấp thụ nguyên tử, … Trong phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử phương pháp đơn giản, dễ làm, có độ nhạy độ chọn lọc cao, phù hợp để xác định hàm lượng kim loại nặng môi trường nước Xuất phát từ lý chúng tơi chọn đề tài: “Phân tích, đánh giá hàm lượng đồng, chì, cadimi nước mặt khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật ngun tử hóa khơng lửa (GF-AAS)” Mục tiêu nghiên cứu Đề tài thực nhằm xác định hàm lượng kim loại đồng, chì, cadimi nước bề mặt khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội (đoạn từ gần cổng khu công nghiệp Quang Minh vào khoảng 5km) thời gian từ tháng 01 năm 2013 đến tháng 06 năm 2013 từ phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước kim loại Phạm vi nghiên cứu - Khảo sát điều kiện thực nghiệm máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để chọn điều kiện tối ưu xác định hàm lượng kim loại đồng, chì, cadimi phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GFAAS) - Xác định hàm lượng kim loại nặng đồng, chì, cadimi nước mặt khu cơng nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội thời gian từ tháng 01 năm 2013 đến tháng 06 năm 2013, nơi khu công nghiệp xả thải trực tiếp môi trường đánh giá mức độ ô nhiễm nước kim loại Nhiệm vụ nghiên cứu - Khảo sát điều kiện thực nghiệm xác định hàm lượng kim loại nặng đồng, chì, cadimi phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS) - Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng kim loại đồng, chì, cadimi phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS) - Đánh giá sai số độ lặp phép đo - Sử dụng đường chuẩn để xác định hàm lượng kim loại đồng, chì, cadimi mẫu phân tích - Từ kết phân tích đánh giá mức độ nhiễm mơi trường nước khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội kim loại Phương pháp nghiên cứu Chúng sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa phương pháp đại, có độ nhạy, độ xác cao, phù hợp với việc xác định vi lượng nguyên tố kim loại nặng nước đối tượng khác Khi sử dụng phương pháp nhiều trường hợp không cần phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước phân tích nên tốn mẫu thời gian Phương pháp cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố, phù hợp cho việc xác định hàm lượng kim loại nặng đối tượng khác Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài thực giúp xác định: - Các điều kiện thực nghiệm tối ưu xác định hàm lượng kim loại đồng, chì, cadimi phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS) - Đánh giá mức độ nhiễm kim loại đồng, chì, cadimi môi trường nước khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội - Là sở khoa học để tổ chức, ban ngành tham khảo để có định hướng công tác kiểm tra, cải thiện ô nhiễm môi trường nước thành phố Hà Nội CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC NGUN TỐ ĐỒNG, CHÌ, CADIMI [15,16,29] Đồng, chì, cadimi kim loại nặng phổ biến trái đất Trong bảng hệ thống tuần hồn Mendeleep chúng có số thứ tự 29, 82, 48, nguyên tố thuộc nhóm I B, IVA , IIB chu kỳ 4, 6, Quặng đồng thường dạng sunfua (chủ yếu) không sunfua : Cancopirit (CuFeS2), Cancozin (CuS2), Bozit (Cu5FeS4), Crozocola (CuS2O3.nH2O), Malachit [Cu(OH)2CO3], Cuprit (Cu2O), Fenozit (CuO), Tetrahedrit (Cu8Sb2O7), đồng chiếm khoảng 10 -2 (%) khối lượng vỏ trái đất, vào khoảng 3,6.10-3(%) tổng số nguyên tử Đồng có 11 đồng vị 68 Cu chủ yếu đồng vị thiên nhiên : 63 58 Cu đến Cu(69,1%), 65Cu(30,9%) lại đồng vị phóng xạ, bền 58Cu (t1/2=3s), bền 67Cu (t1/2=2,21 ngày) Chì tự nhiên có mặt 170 khống vật chủ yếu: Galen (PbS), Cerndute (PbCO3), Anglesite (PbSO4) Pyromorphite [Pb5Cl(PO4)3], chiếm khoảng 1,6.10-3(%) khối lượng vỏ trái đất, khoảng 1,0.10-4(%) tổng số ngun tử Chì có 18 đồng vị có đồng vị bền: 208 Pb (52,3%), 207Pb (22,6%), 206 Pb (23,6%), 204Pb (1,48%) Đồng vị phóng xạ bền 202Pb (t1/2=3,0.105 năm) Cadimi Friedrich Stromeyer (1778-1838) người Đức phát năm 1817 điều chế ZnO từ ZnCO Khoáng vật chứa cadimi Grenokit (CdS), thường tồn lượng nhỏ quặng kẽm Sphalerit (ZnS) quặng thủy ngân xinaba thần sa (HgS), tồn quặng đa kim với chì đồng Cadimi chiếm khoảng 10 -5(%) khối lượng vỏ trái đất ứng với 7,6.10 -6(%) tổng số nguyên tử Cadimi có 19 đồng vị, số bền như: 114 Cd (28,86%), ngày) đồng vị phóng xạ bền 112 Cd (24,07%) 110 Cd (t1/2= 470 1.2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ, HĨA HỌC CỦA ĐỒNG, CHÌ, CADIMI 1.2.1 Tính chất vật lý [2, 15 ,16, 29] Ở dạng nguyên chất đồng kim loại có màu đỏ đặc trưng (dạng tấm), màu đỏ gạch (dạng vụn), sáng, dẻo dai, dễ dát mỏng dễ kéo sợi, dẫn nhiệt, dẫn điện tốt (chỉ sau bạc) Dễ tạo hợp kim với bạc, vàng kim loại khác, tạo hỗn hống với thủy ngân Chì nguyên chất kim loại có màu xám thẫm, khối lượng riêng lớn (11,34 g/cm3) có cấu trúc tinh thể mạng lập phương Cadimi kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, dễ rèn, dễ dát mỏng, dễ cán sợi, dễ tạo hợp kim với kẽm kim loại khác, tạo hỗn hống với thủy ngân Bảng 1.1 Tóm tắt số đặc điểm đặc trưng đồng, chì, cadimi Đặc điểm Số thứ tự Cu 29 Pb 82 Cd 48 Khối lượng nguyên tử 63,546 207,200 112,411 Lớp vỏ electron 3d104s1 6s26p2 4d105s2 Bán kính nguyên tử(A0) 1,28 1,75 1,56 Khối lượng riêng (g/cm3) 8,94 11,34 8,63 Nhiệt độ nóng chảy ( C) 1083 327 321 Nhiệt độ sôi (0C) 2543 1737 767 5,7 4,6 1,3 I1 7,44 7,42 8,99 I2 19,56 15,03 16,90 I3 35,48 31,93 37,47 Độ dẫn điện (Hg=1) Năng lượng ion hóa (eV) 1.2.2 Tính chất hóa học đồng, chì, cadimi [15, 16, 29] Ở điều kiện thường, kim loại bền với khơng khí nước có lớp oxit bảo vệ: 2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O 2Pb + O2 → 2PbO 2Cd + O2 → CdO Khi đun nóng tồn chì cadimi tạo thành oxit hóa trị II tương ứng Ở 130 → 2000C, đồng cháy tạo đồng (I) oxit (Cu 2O màu đỏ gạch) Ở nhiệt độ cao hơn, đồng cháy tạo đồng II oxit (CuO màu đen), phản ứng cho lửa màu xanh lục Khi có mặt oxi, chì tương tác với nước: 2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2 Tuy cadimi bền với nước nhiệt độ thường nhiệt độ cao khử nước: Cd + H2O → CdO +H2 Các kim loại không dễ dàng phản ứng với axit loãng, đặc biệt đồng, đồng tan tốt HNO3, H2SO4 đặc nóng phản ứng chậm với HCl đặc 2Cu + 4HCl → 2H[CuCl2] + H2↑ Cadimi phản ứng với axit HCl, H2SO4 lỗng: Cd + 2HCl → CdCl2 + H2 Chì tan HCl, H2SO4 đặc do: PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4 PbSO4 + H2SO4→ Pb(HSO4)2 Chì khơng phản ứng với HF, H 2SO4 đặc nguội, tương tác bề mặt với HCl loãng H 2SO4 (C