HỘI NGHỊ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2019 Tiểu ban 3: Hóa học – Môi trường và Tài nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KỶ YẾU HỘI NGHỊ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2019 Tiểu ban 3: Hóa học – Mơi trường Tài ngun Lâm Đồng, Tháng 06 năm 2019 Số TT Tên đề tài Họ tên sinh viên Lớp/ Khoa Họ tên Giáo viên hướng dẫn Trang Tiểu ban 3: Hóa học - Môi trường Tài nguyên Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng nước vật liệu thông ba (Pinus Kesiya) thu thập Đà Lạt có xử lý nhiệt Cao Nguyễn Hoàng HHK40SP/ PGS TS Nguyễn Yến Văn Hạ Khoa Hóa học ThS Huỳnh (Chủ nhiệm) Phương Thảo Trần Thị Thu Hiền Đặng Thị Vũ Thư Nghiên cứu xác định hàm Nguyễn Lâm HHK40/ TS Lê Thị Thanh Trân lượng nguyên tố lưu huỳnh gây Phương Khoa Hóa độc số thuốc học CN Vũ Thị Bảo (Chủ nhiệm) đông y chữa bệnh Ngọc Phan Văn Phúc Như Nguyễn Quyên 61 Nghiên cứu công nghệ kết hợp Tạ Thị Kim Anh phản ứng sinh học kỵ khí màng (Chủ nhiệm) thẩm thấu thuận cho xử lý nước thải sinh hoạt Nguyễn Văn Tuấn Đặng Thị Nhung MTK39/ Khoa Môi trường Tài nguyên TS Nguyễn Thị Hậu 110 Cẩm Phan Thị Vợi Nguyễn Minh Vũ Nghiên cứu khả thu hồi Nguyễn Xuân Nitơ, Photpho nước thải Quang sinh hoạt sau xử lý từ hệ (Chủ nhiệm) AnOsMBR Trần Nguyễn Quỳnh Như Nguyễn Thị Ái Nhi Trương Minh Quốc Nguyễn Danh Thành MTK39/ Khoa Môi trường Tài nguyên TS Nguyễn Công Nguyên 164 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2019 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU LÁ THÔNG BA LÁ PINUS KESIYA TẠI ĐÀ LẠT Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự nhiên Chủ nhiệm đề tài: Cao Nguyễn Hoàng Yến Nam, nữ: Nữ Lớp, khoa: HHK40SP/Sư phạm Năm thứ: 3/4 Ngành học: Sư phạm Hóa học Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Hạ, Huỳnh Phương Thảo Lâm Đồng, tháng 05/2019 Danh sách sinh viên thực đề tài gồm: STT Họ tên MSSV Lớp/Khoa 01 Trần Thị Thu Hiền 1610403 HHK40SP/Sư phạm 02 Đặng Thị Vũ Thư 1610392 HHK40/Hóa học 03 Cao Nguyễn Hoàng Yến 1610426 HHK40SP/Sư phạm Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hạ, Huỳnh Phương Thảo Tổng kinh phí thực hiện: triệu đồng Thời gian thực hiện: Bắt đầu: tháng 12 năm 2018 Kết thúc: tháng 05 năm 2019 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AAS: phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử PA: độ tinh khiết phân tích VLHP: vật liệu hấp phụ MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Tình hình nghiên cứu ngồi nước Một số nhà khoa học giới sử dụng thông để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng nước số nghiên cứu sau: Nhóm tác giả Umer Shafique, Aamir Ijaz, Muhammad Salman, Waheed uz Zaman, Nadia Jamil, Rabia Rehman, Amna Javaid đề xuất việc sử dụng thông Pinus roxburghii để loại bỏ As(V) nước Hấp phụ tối đa pH=4,0 cân đạt sau 35 phút Các kết dựa mơ hình đường đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich, Temkin, Elovich, Dubinin-Radushkevich Flory-Huggins cho thấy hấp phụ có nhiệt hấp phụ gần 50 kJ/mol theo chế hấp phụ động học bậc hai Nghiên cứu kết luận thông Pinus roxburghii vật liệu hấp phụ tốt để loại bỏ As(V) từ nước Tewari Vivekanand nghiên cứu khả hấp phụ thông Pinus roxburghii để loại bỏ ion Cr(VI), Cu(II), Fe(II) Zn(II) nước thải Nồng độ kim loại nặng xác định phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Nồng độ ban đầu ion Cr(VI), Cu(II), Fe(II) Zn(II) nước thải tìm thấy 2,741, 4,551, 8,820 5,529 mg/L tương ứng, loại bỏ tối đa ion Cr(VI), Cu(II), Fe(II) Zn(II) 99,85; 94,54; 97,10 89% pH=4, 4, 8, với g thông lắc 150 rpm 60 phút Việc ứng dụng mơ hình ba đường đẳng nhiệt cân cho thấy theo thứ tự: Langmuir > Temkin > Freundlich cho tất ion kim loại nghiên cứu Các hệ số hấp phụ đẳng nhiệt, Qmax, b, Kf, n, at, bt tính tốn đạt hệ số tương quan hồi quy cao M Rahman công nghiên cứu việc loại bỏ Cd(II) từ dung dịch nước cách sử dụng thông Pinus halepensis Mill Kết cho thấy pH tối ưu 7.0 thời gian tiếp xúc tối đa cho trạng thái cân 30 phút liều hấp thụ cao 10 g Hiệu hấp thụ tối đa để loại bỏ Cd(II) 98,50% Các kết dựa phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho thấy thông Pinus halepensis Mill chất hấp phụ tốt Cd(II) từ dung dịch nước Năm 2015, nhóm nghiên cứu A Damaj, G.M Ayoub , M Al-Hindi, H El Rassy tạo loại than hoạt tính (AC) xử lý KOH vụn thông để loại bỏ hai kim loại nặng, cụ thể Ni(II) Cd(II) Kết cho thấy pH=8, khả hấp phụ cao cho Ni(II) Cd(II) tìm thấy 87 mg/g 43,5 mg/g tương ứng, với nồng độ ban đầu 20 mg/L Ni mg/L Cd Ngoài ra, số nhà khoa học khác nghiên cứu xử lý kim loại nặng nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ mùn cưa gỗ thơng thơng Có thể thấy việc chế tạo vật liệu hấp phụ từ thông nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu vật liệu hấp phụ dễ chế tạo, chi phí thấp khả hấp phụ ion kim loại nặng nước cao, đáp ứng nhu cầu thiết cho việc xử lý nước thải Tuy nhiên, chưa có cơng trình nghiên cứu giới sử dụng thông Pinus Kesiya để chế tạo vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng nước Tình hình nghiên cứu nước Ở Việt Nam, việc xử lý kim loại nặng loại vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên nghiên cứu phát triển nhiều trung tâm phịng thí nghiệm như: Năm 2012, tác giả Trần Văn Đức nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ Zn2+ nước vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu Trần Thị Ngọc Ngà nghiên cứu khả hấp phụ ion Pb2+ Cu2+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành năm 2013 Việc sử dụng thông làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng nước ta cịn quan tâm nghiên cứu Hàng năm, lượng rác thải thông Đà Lạt nhiều nên sử dụng thông để chế tạo vật liệu hấp phụ vừa góp phần bảo vệ mơi trường, vừa xử lý ion kim loại nặng nước Kết nghiên cứu tác giả Huỳnh Phương Thảo, Trần Đức Tiệp, Nguyễn Văn Hạ, Nguyễn Ngọc Tuấn, Đỗ Tâm Nhân: Nghiên cứu khả hấp phụ Pb2+ dung dịch nước vật liệu thông ba Pinus kesiya đăng Tạp chí hóa học số 55(3e12) trang 162-166, 2017 cho thấy thông Đà Lạt có khả hấp phụ tốt kim loại nặng Lý chọn đề tài Nước nguồn tài ngun vơ tận, giữ vai trị vơ quan trọng trình hình thành phát triển sinh Nước chiếm 70-80% trọng lượng thể người, người sống thiếu nước Ngồi vai trị quan trọng thể người, nước cịn có vai trị thiết yếu sinh hoạt, sản xuất,… Ngày nay, với phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực công nghiệp giúp cho chất lượng sống người ngày nâng cao Bên cạnh đó, nhu cầu nước ngày nhiều ô nhiễm môi trường nước xảy ngày nghiêm trọng Hầu thải sinh hoạt nước thải công nghiệp không xử lý mà thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến đời sống ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng, kim loại có liên quan trực tiếp đến biến đổi gan, ung thư ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường dù hàm lượng nhỏ Do đó, việc nghiên cứu tách ion kim loại nặng hợp chất hữu độc hại từ nguồn nước bị ô nhiễm vấn đề thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học Ở Việt Nam, hàm lượng asen nước ngầm mối quan tâm hàng đầu Nhiều khu vực nghiên cứu phát có hàm lượng asen vượt mức quy định nước ngầm Tỉnh Lâm Đồng khu vực đánh giá có hàm lượng asen nước cao, địi hỏi phải có biện pháp loại bỏ asen nước ngầm đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng môi trường Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học,… Trong đó, phương pháp hấp phụ áp dụng rộng rãi cho kết khả thi Trong năm gần đây, việc nghiên cứu loại bỏ ion kim loại nặng nước vật liệu có nguồn gốc sinh học hướng nghiên cứu tiến hành Từ lý trên, chọn thông ba Đà Lạt làm vật liệu hấp phụ để tiến hành nghiên cứu với đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng môi trường nước vật liệu thông ba Pinus Kesiya Đà Lạt” Mục tiêu đề tài Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thông Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu thơng có xử lý nhiệt số ion kim loại nặng mơi trường nước Để hồn thành mục tiêu trên, đề tài thực nội dung sau: - Thu thập sử dụng thông khô tạo thành vật liệu hấp phụ - Khảo sát ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến khả hấp phụ vật liệu - Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu - Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ - Nghiên cứu động học trình hấp phụ Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt xác định đại lượng hấp phụ cực đại vật liệu - Thử nghiệm khả xử lý As mẫu nước ngầm thực tế Cát Tiên vật liệu chế tạo - Đề xuất mơ hình xử lý nước ngầm nhiễm As quy mơ hộ gia đình Phương pháp nghiên cứu Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS), phương pháp phân tích định lượng phép đo AAS, nghiên cứu động học hấp phụ, nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Vật liệu: Lá thơng ba có tên khoa học Pinus Kesiya Đà Lạt - Ion kim loại: As(III) As(V) kim loại có độc tính cao, thường có mặt nước ngầm nên lựa chọn nghiên cứu nhằm đánh giá khả hấp phụ vật liệu thông ba CHƯƠNG – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan Asen 1.1.1 Giới thiệu chung [7] Arsenic (Asen) nguyên tố hóa học đứng số 33, thuộc chu kỳ 4, nhóm VA bảng hệ thống tuần hồn, kí hiệu As Khối lượng nguyên tử asen 74,92 Asen nguyên tố phổ biến thứ hai mươi trái đất tồn chủ yếu dạng khoáng vật sunfua Asen chiếm khoảng 0,00005% vỏ Trái Đất, nguyên tố có tỉ lệ xếp thứ 14 nước biển thứ 12 thể người Quặng chứa nhiều asen tự nhiên quặng Arsenopyrit, có hàm lượng tới vài chục gam kilogram quặng Các quặng cacbonat, silicat thường chứa hàm lượng asen Asen tồn hợp chất mức oxi hóa -3, +3 +5 bao gồm asenua, asenit, asenic axit, asenat nhiều hợp chất asen hữu Tuy nhiên, hai dạng thường thấy nhiều tự nhiên asen asenit (AsO33-) asenat (AsO43-), xem Asen(III) Asen(V) Dạng As(V) hay asenat gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4- dạng As(III) hay asenit gồm H2AsO3, H2AsO3-, HAsO32- AsO32- 1.1.2 Tính chất vật lý hố học [7] Tính chất vật lý: Nguyên tố asen có nhiều dạng thù hình, gồm dạng kim loại dạng khơng kim loại - Dạng kim loại asen màu trắng bạc, có cấu trúc polime, giịn dễ nghiền thành bột, có tỷ trọng riêng 5,73 g/cm3 - Dạng không kim loại asen chất rắn màu vàng, mềm, dẻo sáp, có mạng lưới lập phương có tỷ trọng riêng 1,97 g/cm3 Tính chất hóa học: Tính chất hóa học asen giống với nguyên tố đứng photpho Tương tự photpho, asen tác dụng với oxi nhiệt độ cao tạo thành asen (III) oxit (As2O3) hay asen (V) oxit (As2O5) Ngoài asen tạo thành hiđrua dạng khí asin (AsH3) Do có tính chất tương tự photpho nên asen thay phần cho photpho phản ứng hóa sinh học gây ngộ độc 1.1.3 Độc tính Asen Asen nguyên tố cần thiết cho sống hàm lượng thấp, có vai trị trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit hemoglobin Nhưng mặt sinh học, asen lại chất độc cực mạnh hàm lượng đủ lớn với thể người sinh vật khác [7,8] Asen nhiều hợp chất chất cực độc Asen thường tồn nước dạng [H2AsO4- HAsO42-; As(V)] khoảng pH từ 2-11 dạng [H2AsO3- HAsO32-; As(III)] pH tăng vượt 12 Hàm lượng As nước ngầm phụ thuộc nhiều vào tính chất trạng thái mơi trường địa hóa Nếu mức asen nước ngầm gấp 10 lần giá trị đưa hướng dẫn WHO nước uống (10g/L) đe dọa đến sức khỏe người Đặc biệt, dạng muối vơ asen có khả gây ung thư phổi, gan, bàng quang, da; gây rối loạn tuần hoàn máu; ảnh hưởng đến hệ thần kinh; gây tăng huyết áp đái tháo đường,… Asen với hàm lượng vượt mức thể gây ung thư cho người [31] * Cơ chế gây độc asen Khi xâm nhập vào thể asen(III) cơng vào enzim có chứa nhóm (SH), liên kết cản trở chức enzim 10 Hình 2.7 Biểu đồ hàm lượng NH4+ đầu vào đầu có thêm PO43- Mg2+ mẫu nước thải từ nhà máy XLNT thành phố Đà Lạt Biểu đồ cho thấy nồng độ NH4+ trước sau phản ứng Có thể thấy nồng độ NH4+ đầu nhỏ ( t (lt) t (tn) > t (lt) Hệ số a có nghĩa (khơng loại bỏ) Hệ số b có nghĩa (không loại bỏ) CHUẨN F F (tn) 5665.819199 F (lt) 5.987377607 F (tn) > F (lt) Phương trình hồi qui thích hợp 201 12 14 XÂY DỰNG DƯỜNG CHUẨN AMONI C (mg/L) A 0.038 0.109 0.188 0.300 0.390 0.488 0.571 0.728 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 Đánh giá đường chuẩn Amoni dựa phần mềm Excel CHUẨN t Hệ số a Hệ số b a 0.098963415 b -0.00282 t (tn) 26.81003189 t (tn) -0.31094 t (lt) 0.068087523 t (lt) 0.068088 t (tn) > t (lt) t (tn) > t (lt) Hệ số a có nghĩa (khơng loại bỏ) Hệ số b có nghĩa (khơng loại bỏ) CHUẨN F F (tn) 718.7778 F (lt) 10.12796 F (tn) > F (lt) Phương trình hồi qui thích hợp 202 ... Danh Thành MTK39/ Khoa Môi trường Tài nguyên TS Nguyễn Công Nguyên 164 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2019 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP...Số TT Tên đề tài Họ tên sinh viên Lớp/ Khoa Họ tên Giáo viên hướng dẫn Trang Tiểu ban 3: Hóa học - Mơi trường Tài ngun Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng nước... mơi trường, phân tích đất, nước sản phẩm cơng – nông nghiệp, thực phẩm 2.2.3 Nghiên cứu động học hấp phụ Động học sử dụng để nghiên cứu quy luật diễn biến phản ứng hóa học theo thời gian, nghiên