Chế Tạo Vật Liệu Hấp Phụ Từ Lõi Ngô Để Xử Lý Ion Pb2+ Trong Các Nguồn Nước Bị Ô Nhiễm

Những vật liệu sử dụng để hấpphụ các ion kim loại nặng ô nhiễm trong nướclà các phụ phẩm nông nghiệpnhư vỏ trấu, bã mía, lỗi ngô, vỏ lạc, vỏ chuối....trong đó lõi ngô là vật liệu cónhiều

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

= = = =¶¶¶ = = = =

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ LÕI NGÔ ĐỂ

BỊ Ô NHIỄM

Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH

HÀ NỘI - 2016

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

= = = =¶¶¶ = = = =

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ LÕI NGÔ ĐỂ

BỊ Ô NHIỄM

Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH

HÀ NỘI - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện với sự

hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn là TS Nguyễn Thị Hồng Hạnh Các nội dungnghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được công

bố trong bất cứ nghiên cứu nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểuphục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá do chính tôi thu thập từ cácnguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đề tài còn sửdụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu một số tác giả, cơ quan, tổchức khác và cũng được thể hiện trong tài liệu tham khảo

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng kết quả nghiên cứukhóa luận của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên

Vũ Thị Thu Huệ

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài tại khoa Môi Trường – Họcviện Nông Nghiệp Việt Nam, tôi luôn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ củacác thầy cô, bạn bè và gia đình

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám đốc, Banchủ nhiệm khoa cùng các thầy giáo, cô giáo trong khoa Môi Trường đã tạodiều kiện giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức chuyên nghành, tạo động lựccho tôi trong suốt thời gian học tập, rèn luyện và hoàn thành khóa luận tốtnghiệp này

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn

TS Nguyễn Thị Hồng Hạnh là người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôitrong quá trình thực tập và viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các giảng viên, cán bộ bộ mônHóa học đã giúp đỡ, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn thànhkhóa luận tốt nghiệp

Cuối cùng tôi xin cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp

đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như trong quá trình thực hiện đề tàitốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên

Vũ Thị Thu Huệ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô 3

1.1.1 Cây ngô 3

1.1.2 Ứng dụng của lõi ngô 4

1.1.3 Thành phần của lõi ngô 5

1.2 Giới thiệu về kim loại chì 7

1.2.1 Giới thiệu về chì 7

1.2.2 Tính chất vật lý 7

1.2.3 Tính chất hóa học 8

1.2.4 Ứng dụng của chì 9

1.3 Tình hình ô nhiễm Pb2+ trong môi trường nước ở Việt Nam và ảnh hưởng của nó đến sức khỏe con người 10

1.3.1 Tình hình ô nhiễm Pb2+ trong môi trường nước ở Việt Nam 10

1.3.2 Ảnh hưởng của nhiễm độc chì đến sức khỏe con người 13

1.4 Phương pháp hấp phụ 14

1.4.1 Khái niệm hấp phụ 14

1.4.2 Các phương pháp hấp phụ 14

1.4.2.1 Phương pháp hấp phụ vật lý 15

1.4.2.2 Phương pháp hấp phụ hóa học 15

1.4.2.3 Qúa trình động học hấp phụ pha lỏng rắn 17

1.4.2.4 Giải hấp và cân bằng hấp phụ 17

1.4.2.5 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 18

1.4.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ 21

1.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu có khả năng hấp phụ từ lõi ngô 22

1.5.1 Phương pháp phi biến tính 22

1.5.2 Phương pháp biến tính lõi ngô 22

1.5.2.1 Phương pháp biến tính lõi ngô bằng nhiệt độ 22

1.5.2.2 Phương pháp biến tính lõi ngô bằng axit H2SO4 23

1.5.2.3 Phương pháp este hóa xenluloza bằng axit citric 23

1.6 Các phương pháp xác định hàm lượng chì trong 23

1.6.1 Phương pháp phân tích trắc quang 23

1.6.1.1 Giới thiệu 23

1.6.1.2 Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang 24

1.6.1.3 Các loại phương pháp phân tích trắc quang 25

1.6.1.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (ASS) 25

1.6.2 Phương pháp chuẩn độ 26

1.6.2.1 Các khái niệm cơ bản 26

1.6.2.2 Các phương pháp chuẩn độ 28

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.2 Phạm vi nghiên cứu 30

2.3 Nội dung nghiên cứu 30

2.3.1 Tìm hiểu hành phần, đặc tính của lõi ngô 30

2.3.2 Tiến hành biến tính, chế tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 30

2.3.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu 30

2.4 Phương pháp nghiên cứu 30

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 30

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm 30

2.4.2.1 Dụng cụ, hóa chất 30

2.4.2.2 Quy trình biến tính lõi ngô 31

2.4.3 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nồng độ đến khả năng hấp phụ 31

2.4.4 Phương pháp chuẩn độ thay thế complexon xác định hàm lượng chì trong mẫu phân tích 32

2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu thống kê 33

2.4.6 Phương pháp phân tích đánh giá 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34

3.1 Vật liệu hấp phụ 34

3.1.1 Sơ đồ chế tạovật liệu VLHP1, VLHP2, VLHP3 34

3.1.2 Kết quả chế tạo vật liệu hấp phụ 35

3.1.2.1.Vật liệu hấp phụ 1 35

3.1.2.2 Vật liệu hấp phụ 2 36

3.1.2.3 Vật liệu hấp phụ 3 37

3.1.2.4 Vật liệu hấp phụ 4 37

3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu 38

3.2.1 Ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với ion Pb2+38 3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ chì ban đầu đến khả năng hấp phụ ion chì của vật liệu 40

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

1 Kết luận 45

2 Kiến nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

VLHP : Vật liệu hấp phụ

TTXVN : Thông tấn xã Việt Nam WHO : Tổ chức Y tế Thế giới

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần các nguyên tố của lõi ngô 6Bảng 1.2 Thành phần các chất của lõi ngô 6Bảng 1.3 Một số đường hấp phụ đẳng nhiệt 18Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các vật liệu

hấp phụ (VLHP) 38Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ ion chì ban đầu đến dung lượng hấp phụ

của các vật liệu với ion chì 41Bảng 3.3 Dung lượng hấp phụ cực đại của các vật liệu hấp phụ với ion chì 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ các vùng trồng ngô tại Việt Nam 4

Hình 1.2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt langmuir 20

Hình 1.3 Sự phụ thuộc Ccb/q và Ccb 20

Hình 3.1 Lõi ngô sau sấy 35

Hình 3.2 vật liệu hấp phụ 1(VLHP1) 35

Hình 3.3 Vật liệu hấp phụ 2 (VLHP2) 36

Hình 3.4 Vật liệu hấp phụ 3 (VLHP3) 37

Hình 3.5 Vật liệu hấp phụ 4 (VLHP4) 37

Hình 3.6 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ ion chi của các VLHP vào thời gian hấp phụ 39

Hình 3.7 Mối quan hệ giữa thời gian hấp phụ ion chì và nồng độ cân bằngcủa các vật liệu hấp phụ 40

Hình 3.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ langmuir đối với Pb2+ 42

Hình 3.9 Sự phụ thuộc của Cf/q và Ccf của VLHP1 và VLHP2 43

Hình 3.10 Sự phụ thuộc của Cf/q và Ccf của VLHP3 và VLHP4 43

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, loại bỏ kim loại nặng trong nước là một trong những vấn đềchính trong xử lý ô nhiễm môi trường nước bởi vì tính độc hại của chúngngay cả khi ở nồng độ thấp Những chất ô nhiễm này, xuất hiện trong nướcchủ yếu là do từ các quá trình sản xuất công nghiệp mà ra, ví dụ khai mỏ, tinhchế và sản suất vải dệt, sơn, thuốc nhuộm Ô nhiễm kim loại trong nước thảicông nghiệp: Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr,

Co, Mn, Se, Mo tồn tại trong nước ở dạng ion Khác với các chất thải hữu

cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đã phóngthích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài

Một trong những ion kim loại nặng gây ô nhiễm trong nước là ion chì(Pb2+),có độc tính cao đối với sức khoẻ con người Nguồn ô nhiễm chì trongnước từ các hoạt động công nghiệp là hết sức phong phú: công nghiệp hóachất, khai khoáng, gia công và chế biến kim loại, công nghiệp pin và ắc qui,công nghiệp thuộc da Đặc biệt là hoạt động thu mua bình ắc quy hỏng về tái

chế chì Do vậy việc tìm kiếm và nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ có khả

năng xử lí các ion Pb2+ gây ô nhiễm nước là rất cần thiết

Có rất nhiều cách khác nhau để loại bỏ kim loại khỏi nước như: trao đổiion, thẩm thấu ngược và lọc nano, kết tủa, hấp phụ Trong đó hấp phụ là mộttrong những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác, vìcác vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế,không đắt tiền và thân thiện với môi trường Những vật liệu sử dụng để hấpphụ các ion kim loại nặng ô nhiễm trong nướclà các phụ phẩm nông nghiệpnhư vỏ trấu, bã mía, lỗi ngô, vỏ lạc, vỏ chuối trong đó lõi ngô là vật liệu cónhiều tiềm năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên em tiến hành nghiên cứu đề tài

“Chế tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô để xử lí ion Pb 2+ trong các nguồn nước bị ô nhiễm’’

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

- Tìm hiểu thành phần, tính chất của lõi ngô

- Nghiên cứu các phương pháp biến tính, chế tạo vật liệu hấp phụ từ lõingô

- Khảo sát khả năng xử lí, hấp phụ ion chì (Pb2+)

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự h ấp phụ ion chì (thời gian,nồng độ )

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô

1.1.1 Cây ngô

Cây ngô là một trong số các loại cây lương thực được trồng khá phổbiến trên thế giới Ngô là nguồn lương thực quan trọng trên toàn thế giới bêncạnh lúa gạo và lúa mỳ và được trồng trên 4 vùng sinh thái bao gồm: ôn đới,nhiệt đới, nhiệt đới cao và nhiệu đới thấp Việt Nam là một nước nhiệt đới cómôi trường đảm bảo cho cây ngô sinh trưởng và phát triển tốt Cây ngô được

du nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc, ban đầu ngô được gọi là “lúa ngô”, vềsau được gọi tắt thành “ngô”

Tại Việt Nam cây ngô là cây lương thực đứng thứ 2 sau lúa nước, đượctrồng ở rất nhiều nơi trên cả nước Theo số liệu của Tổng cục Thống kê năm

2013 thì diện tích ngô được gieo trồng là 1.17 triệu ha với năng suất 4,47 tấn/

ha Theo số liệu của Tổng cục Thống kê vào năm 2011 cả nước có khoảng800.000 ha ngô Quá trình chế biến nông sản đã thải ra môi trường khoảng 1triệu tấn lõi ngô mỗi năm Lượng lõi ngô này mới được người dân sử dụngmột phần làm chất đốt, một phần rất nhỏ được dùng để trồng nấm, còn lại chủyếu thải bỏ ra ngoài vệ đường, dòng suối gây ô nhiễm môi trường

Cây ngô dễ trồng, có giá trị kinh tế khá cao (cao hơn so với các loại câylương thực khác như lúa, khoai, sắn…) Do đó cây ngô đang trở thành mộtcây trồng phổ biến, được ưu chuộng của người dân

Trong các sản phẩm lương thực như lúa, ngô, khoai, sắn thì ngô là sảnphẩm có hầm lượng dinh dưỡng gần như cao nhất, hàm lượng protein và lipitcao hơn nhiều so với các loại lương thực khác, riêng hàm lượng gluxit thấphơn khoai khô và sắn khô, còn lượng calo cho một đơn vị khối lượng cũngđứng đầu Do hạt ngô không hợp nhiều với khẩu vị con người lên ngô tươi là

thức ăn bổ sung cho bữa ăn hàng ngày, còn phần lớn để sản xuất thức ăn chănnuôi và nguyên liệu cho nghành công nghiệp khác

Ngô tại Việt Nam được trồng nhiều tại các vùng núi, trung du Bắc Bộ, đồngbằng sông Hồng, Bắc và Duyên hải Nam Trung Bộ và khu vực Đông Nam Bộ

Hình 1.1 Bản đồ các vùng trồng ngô tại Việt Nam

(Nguồn Tổng cục Thống kê 2013)

1.1.2 Ứng dụng của lõi ngô

Lõi ngô cũng được nhiều người dân Việt Nam ta sử dụng làm chất đốtthay củi trong gia đình Ngoài ra hiện nay lõi ngô còn được sử dụng để trồngnấm sò hoặc nấm mộc nhĩ đem lại hiệu quả kinh tế cao đối với vùng có khíhậu ôn hòa, nhiệt độ khá ổn định trong những tháng hè thu và đầu đông nênthuận lợi cho nấm phát triển Theo Thông tấn xã Việt Nam (TTXVN) tại tỉnh

Hà Giang (2014) đã xây dựng chương trình đầu tư, hỗ trợ chuyển giao côngnghệ sản xuất nấm ăn từ lõi ngô cho 60 xã do Sở Nông nghiệp và Phát triểnNông thôn làm chủ dự án

Lõi ngô, sau khi nghiền nhỏ trở thành một loại bột tương đối mịn và dễhút ẩm Chính nhờ đặc tính này lõi ngô trở thành một trong những loại

nguyên liệu hữu ích trong quá trình sản xuất thuốc trừ sâu, phân bón, mỹphẩm Than hoạt tính được sản xuất từ lõi ngô, có hiệu quả hấp thụ các chấtphóng xạ, những kim loại nặng và thuốc trừ sâu Theo Nguyễn An (2012), cácnhà nghiên cứu khoa học cuả Nhật Bản đã phát hiện ra rằng than hoạt tính,được sản xuất từ lõi ngô, có hiệu quả hấp thụ các chất phóng xạ, những kimloại nặng và thuốc trừ sâu Than hoạt tính này hấp thụ hầu hết các chất phóng

xạ và muối của các kim loại nặng trong đất Các thí nghiệm cho thấy nguyên

tố Cêzi (Cs) trong bắp cải, sup lơ trồng trên đất bị ô nhiễm chất phóng xạ,giảm tới 60% do được “than ngô” thanh lọc Người ta chỉ việc trộn lẫn đất vớithan ngô một lớp mỏng để trồng cây, khi thu hoạch thấy Cêzi giảm

1.1.3 Thành phần của lõi ngô

Lõi ngô sau thu hoạch chưa qua phơi khô tại Việt Nam theo nghiên cứucủa Nguyễn Thị Thanh Hà (2012), lõi ngô có thành phần chủ yếu làxenlulozo, lignin, hemixenluloza, pectin, và protein

Xenlulozo là hợp chất polisaccarit do các mắt xích glucozo[C6H7O2(OH)3]n được nối với nhau bằng liên kết 1,4 - glicozit.Phân tửkhối của xenlulozo rất lớn khoảng từ 250000-1000000 đvC Trong mỗi phân

α-tử xenlulozo có khoảng 1000 – 1500 mắt xích glucozo

Hemixenlulozo là polisaccarit giống như xenlulozo nhưng có số lượngmắt xích nhỏ hơn Hemixenlulozo thường bao gồm nhiều loại mắt xích và cóchứa các nhóm thế axetyl và metyl

Lignin là loại polyme được tạo ra bởi các mắt xích phenypropan.Lignin có vai trò là chất kết nối giữa xenlulozo và hemixenlulozo

Lõi ngô được nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặnghòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm cácpolyme như xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein Cácpolymer này có thể hấp thụ nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trịhai Các hợp chất polyphenol như tanin, lignin trong gỗ được cho là những

thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng Reddad (2002) chorằng các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với kim loạinặng Mykota (1999) cũng chứng tỏ rằng các nhóm acid glacturonictrong peptin là vị trí liên kết mạnh với các cation.

Các nhóm hydroxyl trên xenluloza cũng đóng một vai trò quantrọng trong khả năng trao đổi ion của các lignocelluloses Bản thân các nhómnày có khả năng trao đổi yếu vì liên kết O-H ở đây phân cực chưa đủ mạnh.Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như oxy hóa các nhómhydroxyl thành các nhóm chức axit hoặc sunfo hóa bằng acid sunfuric

Sau đây là bảng số liệu thành phần các nguyên tố và bảng thành phần

về chất có trong lõi ngô với kích thước 1000 – 2000 micromet theo PhanMinh Quốc Bình (2015):

Bảng 1.1 Thành phần các nguyên tố của lõi ngô

Thành phần nguyên tố Tỷ lệ % khối lượng

( Nguồn Phan Minh Quốc Bình, 2015)

Bảng 1.2 Thành phần các chất của lõi ngô

(Nguồn Phan Minh Quốc Bình, 2015)

Từ hai bảng số liệu trên ta nhận thấy lõi ngô có tỷ lệ các chất Cellulose,hemicellulose, lignin khá cao và tỷ lệ nguyên tố cacbon lớn nhất rất tốt choquá trình hấp phụ

1.2 Giới thiệu về kim loại chì

1.2.1 Giới thiệu về chì

Chì là một kim loại màu xám có trong hệ thống bảng tuần hoàn hóa học, viết tắt là Pb (Latin: Plumbum) và có số nguyên tử là 82 Chì được con người khai thác, chiết suất và sử dụng từ cách đây hơn 6000 năm do có khả năng ứng dụng cao mặc dù có ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Chì có hóa trị phổ biến là 2 hoặc 4 Chì là một kim loại mềm, nặng, độchại và có thể tạo hình Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉnmàu thành xám khí tiếp xúc với không khí Chì dùng trong xây dựng, ắc quychì, đạn, và là một phần của nhiều hợp kim Chì có số nguyên tố cao nhấttrong các nguyên tố bền

Trong tự nhiên chì tồn tại dưới dạng hợp chất PbS ( galen), PbCO3,PbSO4 lẫn trong quặng galen

1.2.2 Tính chất vật lý

Chì có nhiệt độ nóng chảy là 327,5oC (600,65oK; 621,5oF), nhiệt độ sôi

1740oC (2013,15o K; 3164,0o F) và khối lượng riêng 11,36 g/cm3

Chì là một kim loại khá mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo dài, có tính dẫn điệnkém so với kim loại khác và khối lượng riêng lớn hơn kim loại khác Chì cómàu trắng bạc và sáng, bề mặt cắt còn tươi của nó xỉ nhanh trong không khítạo ra màu tối Chì có tính chống ăn mòn cao, được sử dụng để chứa các chất

ăn mòn (như axit sulfuric) Do tính dễ dát mỏng và chống ăn mòn, nó được sửdụng trong các công trình xây dựng như trong các tấm phủ bên ngoài các khớilợp Chì kim loại có thể làm cứng bằng cách thêm vào một lượng nhỏantimony, hoặc một lượng nhỏ các kim loại khác như canxi

Chì dạng bột cháy cho ngọn lửa màu trắng xanh Giống như nhiều kimloại, bột chì rất mịn có khả năng tự cháy trong không khí Khói độc phát rakhi chì cháy

1.2.3 Tính chất hóa học

Chì kim loại chỉ bị ôxi hóa ở bề ngoài trong không khí tạo thành mộtlớp chì ôxít mỏng, lớp ôxít này bảo vệ chì không tiếp tục bị ôxi hóa.

2Pb + O2 → 2PbOCác dạng ôxi hóa khác nhau của chì dễ dàng bị khử thành kim loại Ví

dụ như khi nung PbO với các chất khử hữu cơ như glucose Một hỗn hợp ôxít

và sulfua chì nung cùng nhau cũng tạo thành kim loại

2 PbO + PbS → 3 Pb + SO2 Chì kim loại không phản ứng với các axit sulfuric hoặc clohydric Nóhòa tan trong axit nitric giải phóng khí nitơ ôxít và tạo thành dung dịch chứaPb(NO3)2

3 Pb + 8 H+ + 8 NO3- → 3 Pb2++ 6 NO3- + 2 NO + 4 H2OKhi có mặt của oxi chì có thể tác dụng với nước

mềm dẻo, độ bền hóa học trong môi trường axit cao Và chì còn có khả năngtạo hợp kim với nhiều kim loại màu khác.

Khả năng chống ăn mòn của chì rất tốt nên nó được dùng rất rộng rãi

và gần như độc quyền trong lĩnh vực chế tạo ắc quy ôtô, xe máy, chế tạo cácthiết bị điện phân, sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện phân chếtạo nước tẩy rửa công nghiệp và ngành công nghiệp đóng tàu Về độ phổdụng ở khía cạnh này, nó chiếm trên 50% ứng dụng trong đời sống Chì cókhả năng chống mài mòn nên nó được dùng trong ngành công nghiệp xâydựng, chế tạo các loại thép có khả năng uốn cong và không bị phá huỷ bởimôi trường Trong công nghiệp kỹ thuật điện chì được dùng làm vỏ cáp điện( chiếm 15-20% tổng lượng chì) do có khả năng chống ăn mòn tốt

Chì là kim loại có khả năng chống nổ trong các hỗn hợp xăng dầu nênngười ta trước đây đã thêm vào hợp chất chì vào trong xăng để chống nổ khiđộng cơ hoạt động Nhưng hiện nay nhiều nước, trong đó có Việt Nam đãcấm sử dụng xăng pha chì để bảo vệ môi trường

Do là một kim loại mềm, dễ dát mỏng, dễ nóng chảy nên chì được dùngnhiều trong công nghiệp hàn,công nghiệp chế tạo bán dẫn như hàn thiếc, chếtạo vi mạch máy tính điện tử, màn hình tivi

Chì là một kim loại có màu đẹp, lại dễ kết hợp với các chất khác trongviệc tạo màu nên nó được sử dụng như là một thành phần không thể thiếutrong công nghiệp tạo màu Nó được ứng dụng trong ngành chế tạo sơn, chếtạo vecni, làm đồ thủy tinh, làm gốm, tráng men Những màu gần như đặcquyền của chì vì sắc thái tạo ra đặc trưng là màu vàng crôm, màu vàng naples,màu đỏ, màu da cam

Trong lĩnh vực y dược học, chì được ứng dụng trong chế tạo dược dướidạng chì axetat, làm tường chống phóng xạ vì chì chống tia phóng xạ lọt qua,làm tường ngăn tia trong các phòng chụp Xquang Các hợp chất của chì cònđược dùng để chế thuốc làm săn da, giảm đau và chống viêm

Trong nghành năng lượng học nguyên tử và kỹ thuật hạt nhân, người ta

sử dụng các lá chắn bằng chì Thủy tinh chứa chì oxit cũng ngăn ngừa đượcbức xạ phóng xạ Chì có thể ngăn cản các tia rơngen, do đó người ta đã phathêm chì vào trong các bao tay hay áo choàng của các bác sĩ điện quang do đóbảo vệ được cơ thể khỏi ảnh hưởng xấu của tia này

1.3 Tình hình ô nhiễm Pb2+ trong môi trường nước ở Việt Nam và ảnh hưởngcủa nó đến sức khỏe con người

1.3.1 Tình hình ô nhiễm Pb 2+ trong môi trường nước ở Việt Nam

Chì (Pb) có trong nước thải của các cơ sở sản xuất pin, acqui, luyệnkim, hóa dầu Chì còn được đưa vào môi trường nước từ nguồn không khí bị

ô nhiễm do khí thải giao thông Và cũng có thể do sự cố tràn bùn chì thải ramôi trường đất, nước bên ngoài làm ô nhiễm nguồn nước Chì có khả năngtích lũy trong cơ thể, gây độc thần kinh, gây chết nếu bị nhiễm độc nặng Chìcũng rất độc đối với động vật thủy sinh Theo Đinh Ngọc Lợi (2011), các hợpchất chì hữu cơ độc gấp 10 – 100 lần so với chì vô cơ đối với các loại cá

Trong những năm gần đây vấn đề ô nhiễm kim loại nặng, chì trongmôi trường nước khá nghiêm trọng, tại cấc làng nghề tái chế chì thủ công.Theo Quốc Lâm (2015), tại làng nghề tái chế chì Đông Mai, xã Chỉ Đạo,huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên), theo kết quả giám sát môi trường, nguồnnước kênh rạch có hàm lượng chì cao hơn giới hạn cho phép 1.000 lần Năm

2014, kết quả xét nghiệm sàng lọc 109 trẻ ở làng Đông Mai cho thấy, 97%nhiễm chì trong máu, trong đó có 33 trẻ phải tẩy độc chì khẩn cấp do lượngchì trong máu cao gấp 6-7 lần cho phép Tháng 5/2015, ngành y tế đã khámsức khỏe miễn phí cho toàn bộ người dân thôn Đông Mai, trong đó có 335 trẻ;

317 trẻ được làm xét nghiệm chì Kết quả xét nghiệm mức độ nhiễm độc chìcủa người dân làng nghề Đông Mai cho thấy, có 207 trẻ (chiếm 65,3%) bịnhiễm độc chì trong máu ở mức 10-44,9mcg/dl.Với hàm lượng nhiễm chì nàyảnh hưởng rất lớn tới trí tuệ của trẻ Thực tế cho thấy, nhiễm chì ở mức càng

cao thì chỉ số IQ của trẻ càng thấp, cứ tăng 1 mcg/dl thì trẻ sẽ mất 5 điểm vềchỉ số IQ

Theo kết quả nghiên cứu của Đinh Ngọc Lợi (2011), hàm lượng kimloại nặng chì trong nước bề mặt vào mùa mưa và mùa khô tại huyện KimBảng- Hà Nam nằm trong khoảng từ 0,034 – 0,708mg/lít (mùa mưa) và từ0,0047 – 0,949 mg/lít (mùa khô) So sánh với TCVN về nguồn nước mặt thìnguồn nước tại các điểm lấy mẫu có dấu hiệu ô nhiễm, ở hai điểm cầu NhậtTựu và sông Măng Giang vượt chỉ tiêu cho phép Nguyên nhân gây ô nhiễmchì được xác định là do nguồn nước thải sinh hoạt, công nghiệp tại Hà Nội đổ

về sông Nhuệ và sông Măng Giang và do nước thải làng nghề sản xuất gốm,

gỗ, acquy thủ công ven hai con sông này

Vào ngày 5-1- 2016, tại khu khu vực khai thác, sơ chế quặng chì, kẽmcủa Công ty TNHH CKC (ở Làng Cá, thị trấn Pác Miều, huyện Bảo Lâm, tỉnhCao Bằng) xảy ra sự cố vỡ cống tại điểm đầu hệ thống thoát nước thải của hồchứa bùn thải Hơn 2.000m3 bùn, nước thải đã tràn ra môi trường Nước thảitheo suối đổ ra sông Gâm còn bùn thải tràn ra khu vực có diện tích 1.000m2 làđồng ruộng không có cây trồng

Về nước thải đô thị, hiện nay nước thải của các cơ sở sản xuất và nướcthải sinh hoạt tại các khu đô thị đều cho chảy vào kênh, rãnh nội đô gây ônhiễm nước mặt nghiêm trọng Trong nước kênh rạch bẩn có rất nhiều kimloại nặng như chì, thủy ngân, arsen, cadmium, chrome, kẽm, mangan v.v Các kim loại nặng thường tích luỹ dần dần trong cơ thể động, thực vật thủysinh và khi ăn chúng ta bị nhiễm độc những kim loại nặng này

Ở Việt Nam, các thủy vực nước mặt đã tiếp nhận quá nhiều nước thải

từ các nguồn khác nhau trong đó có nhiều nguồn ô nhiễm kim loại nặngnghiêm trọng.Theo thông điệp môi trường (2013), nghiên cứu ở khu vựcCông ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền bắc: Nước thải của 2khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù trong quy trình sản xuất,

với hàm lượng vượt quá TCVN 5945/2005 đối với nước mặt loại B (Pin VănĐiển Pb vượt 1,12 lần) Xác định hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích tạicác sông, mương gần khu vực 2 công ty trên thấy hàm lượng chì (Pb) cao gấp13,88 - 20,5 lần; đối với trầm tích sông Tô Lịch; lượng chì Pb cao gấp (3,3 -10,25) lần đối với trầm tích mương Hanel.

Đối với các khu vực phía Nam, nồng độ các kim loại nặng độc hạitrong nước ô nhiễm của các kênh rạch vượt quá giá trị cho phép so với nướcsông rạch không ô nhiễm tăng từ 16 đến 700 lần Ví dụ nước ở các kênh rạchNhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, so với giá trị tiêu chuẩn có hàm lượng Pbgấp 700 lần Tại huyện Tân Trạch, Long An, hàm lượng Pb trong nước từ0,7-2,7 mg/l

Hiện nay, ở Việt Nam vấn đề ô nhiễm môi trường nước xảy ra khánghiêm trọng ở các làng nghề tái chế kim loại Đặc biệt là Pb trong nước thải

có nơi cao gấp 100 lần tiêu chuẩn cho phép

Nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm trên là do nước thải cơ sở sản xuấtcông nghiệp và tác nhân ô nhiễm phân tán do các cơ sở công nghiệp nhỏ vàtiểu thủ công đều trực tiếp hoặc gián tiếp thải nước vào các dòng chảy kênhrạch

Ngoài ra sản xuất nông nghiệp cũng góp phần đáng kể gây ô nhiễm chìtrong nước bởi các loại hóa chất bảo vệ thực vật đặc biệt là phân photpho cóchứa kim loại chì Pb

1.3.2 Ảnh hưởng của nhiễm độc chì đến sức khỏe con người

Nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại nặng, đặc biệt là Chì (Pb) có ảnhhưởng rất lớn tới sức khỏe con người Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO),việc sử dụng nguồn nước nhiễm một lượng chì lớn và trong thời gian dài cóthể khiến một người bị nhiễm độc và thậm chí tử vong nếu không được cứuchữa kịp thời

Về độc tính, các muối chì đều rất độc và độc tính của nó rất phức tạp.Khi vào cơ thể, chì tích lũy trong các mô nhiều mỡ như não, gan hoặc mônhiều sừng như da, lông, tóc, móng Theo PGS-TS Nguyễn Hữu Đức (2016),chì có tác dụng gây hại lên các hệ thống men cơ bản, nhất là menhemosynthetase trong quá trình vận chuyển tổng hợp heme là chất tạo rahemoglobin (tức huyết sắc tố tạo màu đỏ hồng cầu có nhiệm vụ cực kỳ quantrọng trong hô hấp) Nếu chì hiện diện trong máu trên 0,3 ppm sẽ ngăn cảnquá trình ôxy hóa glucose tạo ra năng lượng duy trì sự sống, nhưng nếu hàmlượng này trên 0,8 ppm sẽ gây thiếu máu do thiếu hụt hemoglobin theo cơ chếvừa kể.

Theo Trung tâm Chống độc Bệnh viện Bạch Mai (2015) cho biết trẻ em

có mức hấp thụ chì cao gấp 3-4 lần người lớn Pb tích tụ ở xương, cản trởchuyển hóa canxi bằng cách trực tiếp hay gián tiếp thông qua kìm hãm sựchuyển hóa vitamin D Khi vào cơ thể, chì tích tụ trong mô mềm, trong xương(khi đã vào xương khó thải loại, muốn thải loại phải mất 30 - 40 năm) Chìgây độc cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên, chì tậptrung ở chất xám của não và tủy sống Chì kìm hãm phản ứng ôxy hóa gluco

để tạo ra năng lượng cho cơ thể Chì gây thiếu máu: ức chế tổng hợp hồngcầu, rút ngắn tuổi thọ hồng cầu, làm hồng cầu dễ vỡ; giảm lượng hồng cầu.Trên thận: chì gây tổn thương thận, giảm thải trừ acid uric qua nước tiểu làmtăng acid uric trong máu gây bệnh gout

Theo báo Trí Thức Trẻ (2016), những phụ nữ có thai thường xuyên tiếpxúc với chì khả năng sẩy thai hoặc thai nhi chết sau khi sinh là rất lớn Với trẻ

em, hệ thần kinh đang phát triển rất nhạy cảm khi bị nhiễm chì dù ở nồng độthấp cũng làm giảm chỉ số thông minh của trẻ Ngoài ra, ngộ độc chì còn gây

ra biến chứng nguy hiểm đó là chứng viêm não hay gặp ở trẻ em

1.4 Phương pháp hấp phụ

1.4.1 Khái niệm hấp phụ

Mọi quá trình tập trung chất lên bề mặt phân cách pha được gọi là sựhấp phụ Bề mặt phân cách pha có thể là khí- lỏng, khí- rắn, lỏng- lỏng, lỏng-

rắn Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và

chất bị hấp phụ.

Ví dụ như sự hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxyt kim loại Trong quátrình nhuộm, những sợi bông thực vật hấp phụ những chất màu (hấp phụcation) từ môi trường dung dịch thuốc nhuộm

Dựa vào bản chất của lực hấp phụ, người ta chia ra thành hấp phụ vật lý

và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực vật lý ( lực tương tác phântử), còn hấp phụ hóa học gây ra bởi lực hóa học( lực liên kết hóa học) Trongthực tế sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ mang tính chấttương đối, thường thì quá trình hấp phụ diễn ra đồng thời cả hai quá trình này

1.4.2.1 Phương pháp hấp phụ vật lý

Hấp phụ vật lý: Là sự tương tác yếu và thuận nghịch nhờ lực hút tĩnhđiện giữa các ion kim loại và các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ Cácmối liên kết này yếu do vậy thuận lợi cho quá trình nhả hấp phụ và thu hồikim loại quý

Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử,phân tử, các ion ) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls

yếu Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảmứng và lực định hướng Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ.

Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụkhông tạo thành hợp chất hoá học (không hình thành các liên kết hoá học) màchất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bềmặt chất hấp phụ Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp) Hấpphụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính chấthấp phụ lý học Trong hấp phụ vật lý thường có thuộc tính nghịch, dễ để nhảhấp phụ

Hấp phụ lý học không hình thành mối nối Sự tương tác giữa phân tử bịhấp phụ với các electron của chất rắn rất yếu Giữa chất rắn và phân tử bị hấpphụ được coi như là 2 hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất Ở hấpphụ vật lý, nhiệt hấp phụ thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bayhơi của chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ/mol

1.4.2.2 Phương pháp hấp phụ hóa học

Hấp phụ hóa học: Là quá trình xảy ra các phản ứng tạo liên kết hóa họcgiữa ion kim loại nặng và các nhóm chức của tâm hấp phụ, thường là các ionkim loại nặng phản ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hấp phụ.Mối liên kết này thường rất bền và khó bị phá vỡ

Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ phản ứng và tạohợp chất hoá học với các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hoá học khi đó

là lực liên kết hoá học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, liênkết phối trí ) Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ Trong quá trìnhtạo thành mối nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấpphụ, tức là có tác dụng điện tử phần tử hấp phụ và bề mặt chất rắn Hấp phụhóa học không có tính thuận nghịch

Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằngnhiệt của phản ứng hóa học Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và

muốn đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao.Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơnlớp) Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bềmặt chất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ

Qúa trình hấp phụ có tính chọn lọc, các chất có tính chất tương tự nhau

dễ hấp phụ vào nhau Những phần có tính phân cực như nhau hoặc gần giốngnhau sẽ hướng vào nhau Quá trình hấp phụ hóa học với các ion, thì ion cótrong thành phần bề mặt hấp phụ sẽ được hấp phụ trước sau đó đến những iontương tự có khả năng hoàn thiện cấu tạo mạng lưới tinh thể bề mặt

Sự hấp phụ lý học luôn kèm theo một quá trình ngược lại là sự phảnhấp phụ Do hấp phụ lý học là quá trình thuận nghịch Sau một thời gian xácđịnh, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ, ta có một cân bằng hấp phụ(cân bằng động) Với mỗi nồng độ chất bị hấp phụ trong môi trường ta có mộttrạng thái cân bằng khác nhau.

1.4.2.5 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì lượng chất bị hấp phụ

là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:

học

Áp dụng với các chất khí tan không phản ứng với dung môi, ví dụ: đúng với trường hợp khí O2 tan trong nước, nhưng không đúng với trường hợp HCl tan trong nước vì ở đây xảy ra sự phân ly của HCl

Freundlich v = k.p 1/n , n > 1 Vật lý và hóa

học

Áp dụng khi nồng độ chất

bị hấp phụ có giá trị trung bình Ap dụng cho chat khi hoac chất tan hấp phu trên bề mặt răn.

Khi ở một nhiệt độ không đổi (T = const) thì đường biểu diễn sự phụ thuộc của lượng chất bị hấp phụ vào áp suất hoặc nồng độ (q= fT(P hoặc C) ) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ Có nhiều cách khác nhau để các nhà khoa học xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Mỗi nhà khoa học sẽ xây dưng nó trên cơ sở lý thuyết, sự tìm hiểu và kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân Nhưng về bản chất hấp phụ hầu như đều là hấp phụ vật

2 Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

3 Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trêncác tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểuphân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir nêu ở bảng trên được xây dựng cho

hệ hấp phụ rắn- khí Ta có phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ápdụng với hệ lỏng rắn được biểu diễn như sau:

= θ =

Trong đó :

q, qmax: dung lượng hấp phụ cân bằng và dung lượng hấp phụ cực đại(mg/g).

θ : độ che phủ.

K : hằng số lăng muir ( phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp phụvới chất bị hấp phụ và nhiệt độ)

Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng (mg/l)

Khi nồng độ chất hấp phụ là rất nhỏ (K.C<< 1) ta có: q = qmax.K.C Khi

đó đường hấp phụ đẳng nhiệt langmuir sẽ là đường cong đi lên, dung lượnghấp phụ tỷ lệ thuận với nồng độ chất bị hấp phụ

Khi nồng độ chất hấp phụ càng lớn (K.C>> 1) thì q = qmax Lúc này dunglượng hấp phụ sẽ đạt giá trị max không đổi khi tăng nồng độ chất bị hấp phụ

Để xác định các hằng số langmuir, từ phương trình trên ta có phương trình: