Trong bài báo này, chúng tôi tiến hành trồng cây năn và cây cói trong điều kiện nhất định, sau đó lấy mẫu nước ban đầu và mẫu nước sau 8 tuần, 16 tuần. Nồng độ các ion kim loại nặng Cu2+ , Pb2+ , Zn2+ , Cd2+ Co2+, Ni2+ trong các mẫu nước được xác định bằng phương pháp Von – Ampe hòa tan anot. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng kim loại nặng trong nước trồng cây năn và cây cói đều giảm đi đáng kể vì vậy có thể đưa các cây này vào danh mục thực vật trồng để loại bỏ ô nhiễm các kim loại nặng.
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VON – AMPE HÒA TAN ANOT XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC TRỒNG THỰC VẬT Nguyễn Thị Thanh Tâm1, Nguyễn Thị Thu Hà2 Khoa Khoa học Tự nhiên Email: tamntt@dhhp.edu.vn hantt@dhhp.edu.vn TÓM TẮT Trong báo này, tiến hành trồng năn cói điều kiện định, sau lấy mẫu nước ban đầu mẫu nước sau tuần, 16 tuần Nồng độ ion kim loại nặng Cu2+ , Pb2+ , Zn2+ , Cd2+ Co2+, Ni2+ mẫu nước xác định phương pháp Von – Ampe hịa tan anot Kết phân tích cho thấy hàm lượng kim loại nặng nước trồng năn cói giảm đáng kể đưa vào danh mục thực vật trồng để loại bỏ ô nhiễm kim loại nặng Từ khóa: Kim loại nặng, phương pháp Von – Ampe hòa tan anot, xử lý nước thải, năn, cói APPICATION OF ANODIC STRIPPING VOLTAMMETRIC METHOD DETERMINING HEAVY METALS IN THE PLANT WATER ABSTRACT In this article, we planted the eleocharis dulcis and cyperus malaccensis in the certain condition, then water samples are taken after weeks, 16 weeks The concentrations of heavy metals such as Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, Co2+ in water samples were determined by anodic stripping Voltammetric method The results show that heavy metals content in plant water is significantly reduced, so it is possible to place these plants in the plant list to remove heavy metal contamination Keywords:Heavy metals, anodic stripping Voltammetric method, contaminated water treatment, eleocharis dulcis, cyperus malaccensis 1 MỞ ĐẦU Hiện giới rung hồi chuông báo động thực trạng ô nhiễm môi trường tồn cầu Sự nhiễm mơi trường làm cân sinh thái, làm giảm tính đa dạng sinh học, tác động xấu đến sức khỏe người Hội nhập với phát triển toàn cầu, Việt Nam năm gần có chuyển biến lớn kinh tế xã hội, song đời phát triển nhiều ngành sản xuất công, nông nghiệp, giao thông vận tải, du lịch…cùng với gia tăng dân số tốc độ thị hóa nhanh chóng thải vào môi trường lượng lớn chất thải Các chất thải chưa xử lý xử lý sơ gây nhiễm mơi trường, đặc biệt môi trường nước Các nguồn nước thải nghành cơng nghiệp, nước thải q trình khai mỏ, nước thải phịng thí nghiệm…chứa nhiều kim loại độc hại đồng, chì, sắt, asen, cadimi…các kim loại thải trực tiếp vào cống, rãnh, sông, hồ làm nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm… Có nhiều phương pháp đưa vào xử lý kim loại nặng nước thải, cơng nghệ xử lý nước thải nhờ hệ thống làm nước (tên tiếng anh Contructed Wetlands) đặc biệt trọng [4], [9] Trên giới có nhiều nghiên cứu phân tích kim loại nặng thực vật nói chung thực vật sống nước bèo, bèo nhật Bản… Tuy nhiên Việt Nam vấn đề nghiên cứu sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng nước chưa quan tâm ý Mặt khác phân tích cần áp dụng phương pháp hóa lý vào việc xác định hàm lượng kim loại nặng cách khoa học, hiệu kinh tế Xuất phát từ vấn đề báo ứng dụng phương pháp Von – ampe hòa tan anot xác định hàm lượng ion kim loại nặng nước trồng năn cói để xử lý kim loại nặng NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương phápVon-ampe hòa tan xác định hàm lượng ion kim loại[1], [5], [8] - Nguyên tắc: Về chất, phương pháp Von-ampe hòa tan dựa việc đo cường độ dòng để xác định chất dung dịch Nguyên tắc gồm bước: Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích bề mặt điện cực làm việc khoảng thời gian xác định, điện cực xác định Bước 2: Hòa tan kết tủa làm giàu cách phân cực ngược điện cực làm việc, đo ghi dòng hòa tan Trên đường Von-ampe hòa tan cho pic nguyên tố cần phân tích Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ - Điện cực dùng phân tích von-ampe hịa tan[2] Trong phương pháp von – ampe hoà tan người ta dùng hệ gồm điện cực nhúng vào dung dịch chất phân tích: + Điện cực làm việc, xảy kết tủa hồ tan chất cần phân tích + Điện cực so sánh, thường điện cực calomen bạc clorua Thế điện cực khơng đổi phải trì suốt trình làm việc + Điện cực phù trợ, thường dùng điện cực platin 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Hóa chất, thiết bị [3][7] Các dung dịch nồng độ khác cation kim loại: đồng, chì, cadimi, kẽm, niken, coban pha chế từ dung dịch chuẩn gốc nồng độ 1000ppm hãng Merk, Đức nước cất hai lần Dung dịch hóa chất trồng pha theo tỉ lệ định bảng Việc đo ghi dịng von - ampe hồ tan thực máy phân tích cực phổ đa chức 757 VA computrace hãng Metrohm (Thụy Sĩ) sản xuất Bảng 2: Dung dịch hóa chất trồng Hóa chất Nồng độ (mg/l) Hóa chất Nồng độ (mg/l) CaSO4.2H2O 1286,8 MgSO4.7 H2O 24,7 Fe2(SO4)3.6H2O 19,4 KNO3 2,00 Al2(SO4)3.18H2O 47,2 (NH4)2SO4 10,08 NaCl 15,20 KH2PO4 6,80 KBr 0,0097 Pb(NO3)2 1,098 KI 0,0066 ZnSO4 H2O 5,9568 Cd(NO3)2.6 H2O 0,0102 Co(NO3)2.6 H2O 0,0802 CuSO4 5H2O 0,926 NiSO4 H2O 0,0602 2.2.2 Phương pháp lấy mẫu, xử lí mẫu[3],[4] Với mục đích nghiên cứu xác định hàm lượng tổng cation Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, Co2+ nước sử dụng thực vật để xử lí nước chúng tơi tiến hành trồng lấy mẫu nước ban đầu chưa trồng cây(ban đầu), mẫu nước sau tuần 16 tuần Mơ hình trồng gồm cơc thủy tinh tích lít, chiều cao h = 20 cm , đường kính d = 12 cm (Hình 1, 2) Cho cát vàng vào cốc đến độ cao h ’ = 10 cm Cho 800 ml dung dịch pha để trồng vào cốc Cho dung dịch trồng theo dõi lượng nước đi, sau tuần tiến hành lấy mẫu Hình 1:Mơ hình trồng Năn Hình 2:Mơ hình trồng Cói - Phương pháp lấy mẫu:Lượng mẫu lấy phải đảm bảo lượng chất cần phân tích, phù hợp với phân tích định lượng, đảm bảo giữ nguyên thành phần đối tượng thực tế lấy mẫu theo tiêu chuẩn lấy mẫu phân tích + Lấy 100 ml mẫu cho vào cốc + Gạn, lọc bỏ cặn bẩn cho vào lọ polyetylen + Bảo quản mẫu - 200C - Quy trình xử lý mẫu: Lọc bỏ cặn vật lơ lửng, đo pH Lấy 50 ml nước lọc axit hóa 1ml HNO3 đặc cạn dung dịch.Thêm 1ml dung dịch H 2O2 tiếp tục cạn sau thêm nước cất lần đun tiếp cho axit bay Làm khoảng 4-5 lần đến pH dung dịch khoảng 3,5-4 dừng Dung dịch thu đem siêu âm 30 phút Sau định mức xác nước cất lần vào bình định mức 100 ml ta thu dung dịch phân tích + Lọc bỏ cặn bẩn ta thu dung dịch cần phân tích + Lấy ml mẫu cho vào bình định mức 20 ml + Cho ml KCl 3M, ml đệm axetat 1M, ml NH4Ac 1M, ml Ga 1g/ml + Điều chỉnh pH đến 4,6 + Định mức đến thể tích V = 20 ml KẾT QUẢ 3.1 Khảo sát điều kiện tối ưu yếu tố ảnh hưởng tới dòng hòa tan[1], [6] 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng mơi trường phân tích[1], [6] Khảo sát chọn điện li tối ưu: - Với phép đo xác định đồng thời Cu 2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+: kết khảo sát cho thấy hỗn hợp gồm KCl + đệm axetat + NH 4Ac + Ga Ip nguyên tố cao có độ lặp tốt Do chúng tơi chọn hỗn hợp KCl + đệm axetat + NH 4Ac + Ga để xác định đồng thời nguyên tố - Với phép đo xác định đồng thời nguyên tố Co 2+ Ni2+kết khảo sát cho thấy hỗn hợp gồm đệm amoni + KCl + NH4Ac + Đimetylglioxim(DMG) chiều cao píc cao, nhọn, píc cân đối, độ lặp lại phép đo lớn Do chúng tơi chọn hỗn hợp đệm amoni + KCl + NH4Ac + Đimetylglioxim để xác định đồng thời Co2+ Ni2+ Khảo sát chọn nồng độ điện li tối ưu: - Với phép đo xác định đồng thời Cu 2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+: kết khảo sát cho thấy C NH Ac CKCl = 0,15 M, Caxetat = 0,10 M, tương đối ổn định, độ lặp tốt = 0,10 M cường độ Ip ion - Với phép đo xác định đồng thời nguyên tố Co 2+ Ni2+ : kết khảo sát cho C NH Ac thấy Cđệm amoni = 0,025 M, CKCl = 0,025 M, độ Ip ion tương đối ổn định, độ lặp tốt =0,075 M, CDMG= 0,01 M cường 3.1.2 Khảo sát điều kiện kỹ thuyật đo tối ưu[2],[6], [7] Kết khảo sát điều kiện đo máy xác định bảng 3, Bảng 3: Kết khảo sát điều kiện đo xác định Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ Điện cực làm việc Chế độ đo Kích thước giọt Tốc độ khuấy HMDE Thời gian làm giàu 90s DP Thời gian cân 20 s 2000 (v/ph) Biên độ xung 0,05 V Thời gian đặt xung 0,04 s Thời gian đuổi oxi 100 s Tốc độ quét Thế điện phân làm giàu -1,15 Khoảng quét 0,015V/s (-1,15÷ -0,01) Bảng 4: Kết khảo sát điều kiện đo xác định Co2+, Ni2+ Điện cực làm việc HMDE Thời gian làm giàu 90s Chế độ đo Kích thước giọt Tốc độ khuấy DP Thời gian cân 2000 (v/ph) 15 s Biên độ xung 0,05 V Thời gian đặt xung 0,04 s Thời gian đuổi oxi 300 s Tốc độ quét Thế điện phân làm giàu -0,7V Khoảng quét 0,012V/s (-0,8÷ -1,25)V 3.2 Kết phân tích mẫu Các mẫu nước sau xử lí tiến hành phân tích theo qui trình phân tích đo máy cực phổ phương pháp thêm chuẩn, mẫu đo 10 lần, lần đo lặp lại lần lấy giá trị trung bình 10 lần đo Hàm lượng kim loại mẫu tính theo cơng thức: 0,05.Cm 0,1 Hm= (mg/l) Trong đó: Cm : Nồng độ ion mẫu đo (mg/l) Chúng tơi tiến hành phân tích mẫu nước đầu vào M theo quy trình phân tích Kết ghi bảng Lần đo 10 C (mg/l) S S x Bảng 5: Kết trung bình mẫu nước đầu vào M0 C(mg/l) 2+ 2+ 2+ Zn Cd Pb Cu2+ Co2+ 0,488 0,00162 0,291 0,115 0,00802 0,486 0,00168 0,283 0,119 0,00851 0,490 0,00160 0,279 0,112 0,00793 0,487 0,00170 0,280 0,118 0,00759 0,494 0,00165 0,286 0,120 0,00810 0,491 0,00162 0,292 0,116 0,00834 0,486 0,00169 0,285 0,123 0,00807 0,487 0,00158 0,280 0,116 0,00763 0,493 0,00164 0,283 0,114 0,00842 0,490 0,00159 0,287 0,121 0,00829 0,00809 0,489 0,00164 0,285 0,117 0,0029 0,00004 0,0045 0,00341 0,00031 0,0009 0,00001 0,00142 0,00108 0,00010 Ni2+ 0,00667 0,00615 0,00659 0,00646 0,00599 0,00700 0,00689 0,00678 0,00695 0,00664 0,00661 0,00033 0,00011 Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê Kết ghi bảng Bảng 6: Hàm lượng ion kim loại mẫu nước đầu vào M0 STT Nguyên tố Cm (mg/l) Hm (mg/l) 2+ Zn 0,489 ± 0,002 0,978 ± 0,004 Cd2+ 0,0016 ± 0,0000 0,0032 ± 0,0000 Pb2+ 0,284 ± 0,00 0,568 ± 0,006 2+ Cu 0,117 ± 0,002 0,234 ± 0,004 2+ Co 0,0081 ± 0,0002 0,0162 ± 0,0004 2+ Ni 0,0066 ± 0,0002 0,0132 ± 0,0005 Đường Von – Ampe( DP - ASV) cho mẫu nước đầu vào biểu diễn hình 3, 4: Hình 3: Đường DP-ASV xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ mẫu M0 Hình 4: Đường DP-ASV xác định Co2+, Ni2+ mẫu M0 Đường Von – Ampe( DP - ASV) thêm chuẩn mẫu nước đo trồng Năn(N1, N2, N3) Cói(C1, C2, C3) biểu diễn từ hình đến hình 12: Hình 5: Đường DP-ASV xác định Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ mẫu N1 Hình 6: Đường DP –ASV xác định Co2+, Ni2+ mẫu N Hình 7: Đường DP-ASV xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ mẫu N Hình 8: Đường DP –ASV xác định Co2+, Ni2+ mẫu N Hình 9: Đường DP-ASV xác định Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ mẫu C1 Hình 10: Đường DP –ASV xác định Co2+, Ni2+ mẫu C Hình 11: Đường DP-ASV xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ mẫu C Hình 12: Đường DP –ASV xác định Co2+, Ni2+ mẫu C Hàm lượng kim loại mẫu nước theo thời gian trình bày bảng Bảng : Hàm lượng kim loại mẫu nước theo thời gian Loạ i Năn Cói Hàm lượng kim loại nặng (mg/l) Mẫu M0 Ban đầu tuần (N 1) 16 tuần (N 2) tuần (C 1) 16 tuần (C 2) Zn2+ Cd2+ Pb2+ Cu2+ Co2+ Ni2+ 0,978 ± 0,004 0,0032 ± 0,0000 0,568 ± 0,006 0,234 ± 0,004 0,0162 ± 0,0004 0,0132 ± 0,0005 0,750 ± 0,008 0,482 ± 0,008 0,792 ± 0,015 0,52 ± 0,00 0,000408 ± 0,000010 0,000 ± 0,000 0,0014 ± 0,0000 0,000 ± 0,000 0,464 ± 0,006 0,312 ± 0,007 0,442 ± 0,006 0,282 ± 0,004 0,142 ± 0,003 0,0086 ± 0,0003 0,2800 ± 0,0023 0,074 ± 0,002 0,0102 ± 0,0006 0,0082 ± 0,0002 0,0122 ± 0,0007 0,008 ± 0,000 0,01 ± 0,00 0,0084 ± 0,0005 0,0104 ± 0,0005 0,0082 ± 0,0003 Nhận xét: Qua kết ta thấy hàm lượng kim loại nước mơ hình trồng năn trồng cói giảm đáng kể Với điều kiện trồng năn trồng cói nước có chứa Cu 2+, Pb2+, Cd2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ hàm lượng kim loại nói tích lũy theo thời gian trồng rễ đóng vai trị quan trọng q trình loại bỏ kim loại nặng Cây tiếp nhận kim loại nặng nguồn chất dinh dưỡng Thông qua trình tiếp nhận nước rễ, nồng độ ion cô đặc xung quanh rễ, tích số nồng độ ion vượt qua tích số tan ion kết tủa Mặt khác tiết chất hữu cơ, chúng đóng vai trị làm nguồn chất khử cho q trình khử Nitrat thành Nitơ vi sinh khử sunfat thành sunfua Sunfua hình thành kết tủa với ion kim loại nặng Thông qua trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ, trao đổi ion tiếp nhận kim loại nặng nguồn dinh dưỡng cây, kim loại nặng loại bỏ khỏi hệ thống Ngồi rễ cịn đóng vai trị lọc hạt vô cơ, chất lơ lửng, chất dạng keo Vì hàm lượng kim loại nặng nước giảm nhiều xử lý nói chung năn, cói nghiên cứu nói riêng KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tài liệu, tiến hành thực nghiệm phân tích số liệu, chúng tơi thu số kết sau: - Tìm điều kiện tối ưu xác định đồng thời Cu 2+, Pb2+, Zn2+ Cd2+ xác định Co2+, Ni2+ phương pháp von-ampe hòa tan - Xây dựng quy trình phân tích, xác định đồng thời hàm lượng Cu 2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ xác định đồng thời Co2+, Ni2+ dạng vết phương pháp von-ampe hòa tan anot điện cực giọt thủy ngân treo với điều kiện tối ưu trình đo - Tiến hành xác định hàm lượng Cu2+, Pb2+, Cd2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ mẫu nước hệ thống xử lý nước thải thực vật phương pháp von-ampe hòa tan theo phương pháp thêm chuẩn Từ kết thu được, chúng tơi thấy cói năn sống tốt mơi trường nước thải chứa kim loại nặng (Cu 2+, Pb2+, Cd2+, Zn2+, Co2+, Ni2+) đưa vào danh mục trồng dùng để loại bỏ ô nhiễm kim loại nặng TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Xuân Giản, Bùi Đức Hưng, Lê Đức Liêm (2003), Xác định đồng, chì, kẽm, cadimi nước biển phương pháp Von - Ampe hòa tan xung vi phân, Tạp chí phân tích Hóa, Lý, Sinh học (T8) Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi (2003), Các phương pháp phân tích cơng cụ, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội Phạm Luận (2005) Giáo trình phân tích mơi trường Đại học quốc gia Hà Nội Võ Văn Minh, Võ Châu Tấn (2009), Công nghệ xử lý kim loại nặng đất thực vật - hướng tiếp cận triển vọng Trường đại học Sư phạm Đà Nẵng Hồ Viết Quý, Nguyễn Tinh Dung (1991), Các phương pháp phân tích lý hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Trương Văn Thuận, Dương Quang Phùng (2008), Nghiên cứu, xác định đồng thời, theo dõi theo mùa kim loại kẽm(II), cadimi(II), chì (II) đồng (II) nước, bùn, vật lơ lửng hồ nuôi cá Đại Tư quận Hoàng Mai- Hà Nội phương pháp Von - ampe hòa tan anot đệm amoni axetat Luận văn thạc sỹ khoa học Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Claudia Cosio, E M a C K (2004), Hyperaccumulation of Cadmium and Zinc in Thlaspi caerulescens and Arabidopsis halleri at the Leaf Cellular Level, Universitat Zurich, Zurich, Switzerland Polarographic Analyses, Half wave potentials of metal ion, Application Bulletin 36/2e, pp – Wood, A (1995), Constructed Wetlands in Water Pollution Control: Fundamentals to their Understanding, Water Science and Technology, 32(3), pp 21-29 ... hàm lượng kim loại nặng cách khoa học, hiệu kinh tế Xuất phát từ vấn đề báo ứng dụng phương pháp Von – ampe hòa tan anot xác định hàm lượng ion kim loại nặng nước trồng năn cói để xử lý kim loại. .. xác định Co2+, Ni2+ mẫu C Hàm lượng kim loại mẫu nước theo thời gian trình bày bảng Bảng : Hàm lượng kim loại mẫu nước theo thời gian Loạ i Năn Cói Hàm lượng kim loại nặng (mg/l) Mẫu M0 Ban đầu... vào xử lý kim loại nặng nước thải, cơng nghệ xử lý nước thải nhờ hệ thống làm nước (tên tiếng anh Contructed Wetlands) đặc biệt trọng [4], [9] Trên giới có nhiều nghiên cứu phân tích kim loại nặng