TẠP CHỈ KHOA HỌC DHQGHN, KHTN & CN, T.XV1I1, s ố 4, 2002 TÁCH GIỬ KIM LOẠI NẶNG CHÌ, Đ ổN G , NIKEN, CRÔM VÀ THÔRI TỪ DUNG DỊCH MÔI TRƯỜNG AXIT YÊU BANG CỘT AXIT HUMIC B ùi D uy C am Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội P h m V ăn T ìn h Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia Mở đ ầ u Việc xử lý nguồn nước bị nhiễm độc ion kim loại n ặng phóng xạ ln vấn đề quan tâm giải Vì khả tạo phức m ạnh với ion kim loại nên axit humic sử dụng đế làm nước I.v Aleksandrov dùng zeolit có chứa axit humic (từ 0,5-10% khơi lượng) đê h£íp th ụ ion Cu (II), Pb (II), Hg (II), Co (II), Cd (II) cho thấy khả hấp th ụ có th ể tăng lên hàng chục lần [1] Một sô" tác giả khác nghiên cứu khả sử dụng axit humic đê tách nguyên tố siêu U ran sô" chất độc hữu kháe[2, 3, 4] Trong cơng trình trước [5, 6] chúng tơi nghiên cứu khả tách giữ sô" kim loại nặng axit humic điểu kiện tĩnh Nhằm hướng tới áp dụng thực tế, cơng trình trìn h bày kết nghiên cứu khả tách ion kim loại nặng phóng xạ cột trao đổi có chứa axit humie - chế phẩm tách làm từ th a n bùn Việt nam T h ự c n g h i ệ m Dung dịch muôi Pb (II), Cu (II), Ni (II), Cr (III) Th (IV) pha từ muôi tương ứng P b (N 3)2, CuSOj, N i(N 03)2, Cr2( S 4)3 T h (N 3),t Trong thí nghiệm, cần chuẩn bị dung dịch gốc mi có nồng độ lm g Men+/ml Sau đó, xác định lại nồng độ dung dịch gốc chuẩn bị phương pháp chuẩn độ tạo phức sau đây: Xác định nồng độ dung dịch r u (II) chuẩn độ nóng vối thị PAN pH=5; xác định nồng độ dung dịch Pb (II) Th (IV) với thị Xylen da cam pH tương ứng 3; xác định nồng độ dung dịch Ni (II) Cr (III) cách chuẩn độ ngược lượng dư EDTA với dung dịch chuẩn Pb (II) Th(IV) tương ứng Các hố chất dùng thí nghiệm có độ tinh khiết phân tích (PA), trừ axit humic nói tói phần sau Axit humic tách từ than bùn Việt Nam tinh chê cẩn th ậ n để loại tạp chất, đặc biệt ion kim loại nặng Nồng độ ion kim loại xác định máy hấp th ụ B ù i D uy Cam, P h a n Văn Tình nguyên tử SHIMADZU AA - 6601F máy so màu JENWAY 6400 Cột tách cột thuỷ tinh có kích thước 50x1,4 cm T ch a x it h u m ic từ th a n bùn T han bùn xử lý nhiều lần với axit, kiềm lại với axit Cì rửa pạch chế phẩm thu nhiều lần nưốc cất để pH«2,0 Sau hong khơ sấy nhiệt độ < 80°c C h u ẩ n bị cột a x it h u m ic Axit humic nghiền rây, lấy cỡ hạt 0,5mm Cho 5g axit humic tách vào cột thuỷ tinh có đường kính l,4cm Để nghiên cứu khả n ăn g tách giữ lon kim loại Cu2+, Pb2+, Ni2+, Cr3+ Th',+ cột axit humic, chuẩn bị dung dịch hỗn hợp chứa ion nói có nồng độ 10(ig/ml Dội 500ml dung dịch hỗn hợp ngun tơ' nói trén qua cột cho dung dịch chảy với tốc độ lm l/ph út Thu dung dịch chảy th ành phân đoạn, phân đoạn 100ml Điểu chỉnh pH dung dịch dội qua cột nhờ đệm ax e tat đo giá trị pH máy đo pH Denver Khoảng pH nghiên cứu từ 3-h5 Nồng độ ion Pb (II), Cu (II), Ni (II), Cr (III) xác định phương pháp hấp thụ nguyên tử Nồng độ ion Th (IV) xác định phương pháp đo màu với thuôc thử Arsenazo (III) môi trường axit HC1 4M máy JENWAY 6400 Việc xác định ion Th (IV) dựa theo [7] kiểm tra lại với hệ dung dịch hỗn hợp nguyên tố nghiên cứu (kể với mẫu trắng nước rửa axit) K ế t q u ả v t h ả o l u ậ n Để đánh giá khả sử dụng axit humic tách từ than bùn Việt Nam vào việc xử lý môi trường, chúng tơi tiến h àn h phân tích nhiệt mẫu sản phẩm thu Kết cho thấy, phổ nhiệt có pic nưốc ẩm vùng 71°c (trên phải đến vùng 332°c lại có pic phân huỷ tiếp cuối pic thiêu cháy 555°C) Hàm lượng axit chế phẩm xác định phương pháp chuẩn độ oxy hoá-khử (K2Cr20 / H 2S 4) có giá trị đạt đến ■95,8% Mặt khác nung thiêu cẩn th ận chế phẩm đến 850°c, hàm lượng tro lại khoảng 4,2% (tro chất bột màu trắng tựa cao lanh) Phổ hồng ngoại axit humic điều chế phương pháp minh hoạ hình Nếu so sán h với phổ loại mẫu axit humic chế tách lại từ hoá phẩm N atri h u m a t/a x it humic hãng ALDRICH (hình 1) chúng tơi thấy axit humic tách từ th a n bùn Việt Nam có th àn h phần nhóm chức giông với axit humic h ãn g ALDRICH Trên phổ hồng ngoại loại axit humic đểu có sơ' dải hấp thụ đại diện cho nhóm chức mối liên kết cơng trìn h [3], Tách giừ kim loai nặng chì, đồng, niken crôm thôry 68 66 _Ị— ! : 64 % T r a n s m 62 t 56 a n c e 60 bS 'Ị fị J _í i 1i "]——~r“Ỷ'— - 54 ỉì ị 38? 313 111 ! i 52 J 50 \T " ' \/ 1239 552 'ị 0(72 48 46 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavonumbers (cm-1) H ình Phổ hồng ngoại axit humic tách chế lại từ hoá phẩm natri humat/ axit humic hãng ALDRICH H ình Phổ hồng ngoại axit humic 100%) tách từ than bùn Việt Nam (mẫu trộn vói KBr) 500 B ù i Duy Cam, P h a n Văn Tình B ảng Những dải hấp thụ hồng ngoại dễ thấy nh ất vật liệu humic [3] N hóm ch ứ c / liên k ế t tư n g ứ ng Dải tầ n sơ (em '1) 3400 - OH có liên kêt hydro 2900 c —H béo hoá 1725 c=0 hoá trị 1620 c - c thơm 1400 coo trị Đê đánh giá hiệu su ấ t tách giữ kim loại cột, tiến hành xác định nồng độ ion kim loại có phân đoạn thu sau dung dịch chảy qua cột Các dung dịch ban đầu điểu chỉnh pH để có giá trị 3, Hiệu suất hấp thụ cột ion dung dịch có độ pH khác bảng B ảng Khả tách giữ ion Cu2+, Pb2+, Ni2+, Cr3+, Th4+ cột axit humic lo n tr o n g d u n g dịch (10 fig/ml) Cu2+ H iêu s u â t h ấ p th ụ tr ê n c ộ t (%) PH 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,7 99,9 99,8 99,8 99,8 99,4 99,8 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 84,7 91,9 84,1 85,6 83,7 94,4 91,6 93,3 93,1 91,3 92,6 T h 1+ 99,9 99,9 99,9 Cr3+ Ni2+ 99,9 99,9 98,0 Pb2+ 99,0 99,0 99,0 95,0 99,0 99,0 99,0 99,0 98,0 92,0 (Không xác định được) Kết cho thây, điều kiện nghiên cứu, ion kim loại hoá trị Cu, Pb, Ni bị axit humic giữ lại cột gần hoàn toàn (> 99%) Thực tế phân tích phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử nhiều phân đoạn, độ hấp thụ A (tương ứng với nồng độ kim loại) nhỏ gần trùng VỚI mẫu trắng l nước Tách giữ him loai nặng chì, đồng, niken crôm thôry 'ửa axit humic Suy rộng với kim loại hố trị khác nhóm Zn, Cd, -Ig khả tách tương tự Điều phù hợp với kết nghiên cứu lủa Liu, Aiguo [8] Giá trị pH lực ion dung dịch có ảnh hưởng mạnh đến ìấp phụ kim loại lên axit humic Axit humic có khả tạo thành phức mạnh /ới kim loại mà đặc biệt với Cu (II) Pb (II) Lực liên kết ion kim loại láy phức chất với axit humic giảm theo trậ t tự Pb % Cu > Cd Khả trao ỉổi cột axit humic với kim loại nặng lớn giảm theo trậ t ;ự Với ion Th (IV) - đại diện cho nguyên tơ" phóng xạ hiệu suất thu ỊÌữ cột axit humic tốt, đạt từ 92 - 99% Riêng với ion Cr (III), khả lăng bị giữ lại cột có so với ion Điều có lẽ tốc độ phản ing ion với axit humic chậm phản ứng ion khác Một vài tác ỊÌẳ n hận thấy phản ứng tạo phức axit humic vối ion kim loại ;hường có tốc độ rấ t chậm Điều có ảnh hưởng đến khả trao đổi cột Víặc dù thâ^p ion khác hiệu tách giữ Cr (III) cột đạt giá ;rị 84-94% Sau qua cột, pH dung dịch giảm rõ rệt Thực nghiệm cho thấy dù ;ột axit humic rửa nước nhiều lần đến nưốc rửa có pH=3,6-3,8 ihưng cho dung dịch hỗn hợp kim loại có pH=4 chảy qua cột dung iịch thu sau qua cột có pH=2,8-3,0 Điều phản ứng ;ạo phức mà ion kim loại thay th ế ion hydro nhóm -O H -COOH ìxit humic So sánh khả hấp th ụ cột với dung dịch có giá trị pH khác :húng ta thây pH=4, khả hâ'p thụ tốt pH=3 pH=5 ỉ K ết l u ậ n Axit humic tách từ th a n bùn Việt Nam có thành phần axit lumic điển hình khác Đây loại vật liệu có khả tách rấ t tốt kim loại từ ỉung dịch lỗng có mơi trường axit yếu (pH-3 -f 4) Khi cho dưng dịch chứa kim oại nặng chảy qua cột axit humic có khoảng 99% ion Pb(II) , Cu(II);92-98% ion rh (IV) 84-94% ion Cr(III) bị tách giữ lại cột Kết nghiên cứu mơ íhả sử dụng axit humic từ than bùn nước ta để làm nguồn nước Dị ô nhiễm kim loại nặng phóng xạ Phương pháp th u ận tiện cho việc xử lý :ảc nguồn nước thải có mơi trường axit có nồng độ kim loại không lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO I.v Aleksandrov, G.I Kandelaki, Zeolite-humic sorbents for effluent purification, K him iya Trerdogo Toplica Rossiiskaya A kadem iya Nauk, Vol 28 No 4-5(1994), pp 136-141 6 Bùi Duy Cam, P h a n Văn Tình Robert A Bulman et al., Investigations of the uptake of tran su ran ic radionuclides by humic and furic acids chemically immobilized on silicagel and their competitive release by comlexing agents, Waste m anagem ent, Vol 17 No 4(1997) pp 191-199 B.K Afghan, A.S.Y Chan, A nalysis o f organic trace in the aquatic environm ent C.R.S Press, Boca Raton, Florida Chapter 9, 1989, pp.326-327 Yates, Leland M III., Von Wandruszka, Ray, Decontamination of polluted w ater by trea tm en t with a crude humic acid blend, E nvironm ental science and Technology, Volum 33, issue 12(1999), pp 2076-2080 Phạm Văn Tình, Lưu Minh Đại, Kết tủa ion Th(IV) Pb(II) axit humic, Tạp chí Hố học, T35, Sô 2(1997), tr 66-69 Bùi Duy Cam, Phạm V an Tình, Khả nảng tách ion Co(II), Mn(II) U(VI) từ dung dịch nưởc axit humic, Tạp chí Khoa học, ĐHQG H N , T.14, Sơ" 4(1998), tr 8-13 A.H.EyceB, B.r.THựOBa, B.M.MbaHOB PyKOBOgTBO no aHaJlHTHMeckoH XHMHH pegKHx 3jieMeHTOB “X u m u ĩI ”— M ockgũ C m p 108-112(1978) Liu, Aiguo, Gonzaler, Richard D, Modeling adsorption of Copper (II), Cadmium (II) and Lead (II) on purified humic acid, Langm uir, Vol 16, Issue 8(2000) pp 3902 -3090 VNU JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.XVIII, N04, 2002 SIMULTANEOUS REMOVAL OF HEAVY METAL IONS, LEAD, COPPER, NICKEN, CHROME AND THORIUM BY HUMIC ACID PACKED COLUMN Bui D uy Cam College o f Science, VNU P h a m V an T in h Instuitue o f Chemistry, N C S T Adsorption of Cu2+, Pb2+, Ni2+, Cr3+, Th4+ from aquous solution by humic acid was investigated The results show that, 99% ions Pb(II) and Cu(II), 92-98% ions Th(IV) and 84-94% Ions Cr (III) were removed by thè humic acid packed column from their dilute solution with optimum pH = ... lumic điển hình khác Đây loại vật liệu có khả tách rấ t tốt kim loại từ ỉung dịch lỗng có mơi trường axit yếu (pH-3 -f 4) Khi cho dưng dịch chứa kim oại nặng chảy qua cột axit humic có khoảng 99%... giữ kim loại cột, tiến hành xác định nồng độ ion kim loại có phân đoạn thu sau dung dịch chảy qua cột Các dung dịch ban đầu điểu chỉnh pH để có giá trị 3, Hiệu suất hấp thụ cột ion dung dịch. .. axit humic điều chế phương pháp minh hoạ hình Nếu so sán h với phổ loại mẫu axit humic chế tách lại từ hoá phẩm N atri h u m a t/a x it humic hãng ALDRICH (hình 1) chúng tơi thấy axit humic tách