Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng hấp phụ cadimi và chì trong đất ô nhiễm bằng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CADIMI VÀ CHÌ TRONG ĐẤT Ơ NHIỄM BẰNG VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CADIMI VÀ CHÌ TRONG ĐẤT Ơ NHIỄM BẰNG VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chuyên nghành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH NGUYỄN XUÂN HẢI MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ v PHỤ LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Động học kim loại nặng đất – trình hấp phụ 1.1.1 Phong hóa đá mẹ 1.1.2 Hòa tan kim loại nặng từ khoáng vật đất .4 1.1.2.1 .Ảnh hưởng axit đến tính tan kim loại đất .4 1.1.2.2 .Ảnh hưởng oxi hóa – khử đến khả hòa tan kim loại 1.1.3 Trao đổi ion, hấp phụ hóa hấp phụ 1.1.3.1 .Thứ tự lực kim loại trình hấp phụ 1.1.3.2 .Bản chất hấp phụ kim loại 10 1.1.3.3 .Sự giải hấp tính khơng bền kim loại 12 1.1.4 Yếu tố ảnh hƣởng đến hấp phụ kim loại đất 13 1.1.5 Chelate hóa tạo phức với hợp chất hữu .16 1.2 Nguồn gốc hàm lƣợng cadimi chì đất .17 1.2.1 Nguồn tự nhiên hàm lƣợng 19 1.2.1.1 .Hàm lượng kim loại nặng khoáng 19 1.2.1.2 .Hàm lượng chì cadmi đất 20 1.2.2 Khai mỏ luyện kim 22 1.2.3 Lắng đọng từ khí sản xuất công nghiệp 23 1.2.4 Bổ sung vào đất từ sản xuất nông nghiệp 25 1.3 Vai trò vật liệu hấp phụ xử lý chỗ đất nhiễm chì cadimi 28 1.3.1 Zeolit 30 iii 1.3.1.1 .Cấu trúc hình thái 30 1.3.1.2 .Tính chất lý – hóa học zeolit 31 1.3.2 Zeolit tổng hợp biến tính 33 1.3.3 Phƣơng pháp tổng hợp zeolit (nhiệt dịch/zeolit hóa) 35 1.4 Tổng quan tro bay 37 1.4.1 Tính chất lý - hóa học tro bay 38 1.4.2.Tình hình sử dụng tro bay giới 39 1.5 Tổng quan diatomit .42 1.5.1 Tính chất lý – hóa học diatomit 42 1.5.2 Tình hình sử dụng diatomit giới 44 CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG 46 VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 2.1 Đối tƣợng mục tiêu nghiên cứu 46 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 46 2.1.2 Đối tƣợng nghiên cứu 46 2.1.2.1 Đất thí nghiệm .46 2.1.2.2 Diatomit 46 2.1.2.3 Tro bay 46 2.1.2.4 Kim loại nặng dùng để gây ô nhiễm 47 2.2 Nội dung nghiên cứu 47 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .47 2.3.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu 47 2.3.2 Phƣơng pháp lấy mẫu thực địa .47 2.3.3 Phƣơng pháp phịng thí nghiệm 48 2.3.3.1 Các phương pháp phân tích 48 2.3.3.2 Tổng hợp vật liệu từ điatomit tro bay .50 2.3.3.3 Bố trí thí nghiệm 50 2.3.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 52 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .54 3.1 Các tính chất đất vật liệu hấp phụ 54 3.1.1 Các tính chất đất 54 iv 3.1.2 Các tính chất Diatomit Hòa Lộc .55 3.1.3 Các tính chất tro bay 56 3.2 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ điatomit tro bay 56 3.2.1 Điatomit Hòa Lộc yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp vật liệu .56 3.2.1.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nồng độ NaOH/Al(OH)3 .56 3.2.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ khuấy từ 58 3.2.1.3 Ảnh hưởng thời gian khuấy từ 59 3.2.1.4 Vật liệu tổng hợp thay đổi tính chất lý hóa học vật liệu 61 3.2.2 Tro bay yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp vật liệu 63 3.2.2.1 Ảnh hưởng nồng độ kiềm OH 63 3.2.2.2 Ảnh hưởng thời gian khuấy từ 64 3.2.2.4 Vật liệu tổng hợp thay đổi tính chất lý hóa học vật liệu .67 3.3 Hiệu hấp phụ chì cadimi vật liệu tổng hợp từ diatomit hòa lộc 69 3.3.1 Với đất ô nhiễm nhân tạo 69 3.3.2 Với đất ô nhiễm tự nhiên 73 3.4 Hiệu hấp phụ chì cadimi vật liệu tổng hợp từ tro bay .78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 KẾT LUẬN 84 KIẾN NGHỊ .85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng1.1 Tính linh động tương đối kim loại đất dohảưnơh̉ ng củ a pH và Eh đ.â t Bảng 1.2 Các dạng Cd Pb dung dịch đất a-xít và kiềm (điều ơxy hoá ) kiên Bảng 1.3 Ơ nhiễm chì đất tầng mặt (ppm) 18 Bảng 1.4: Nguồn đưa Cd và o đất kg/năm) 19 (triêu Bảng 1.5 Hàm lượng Pb Cd tầng đất mặt số loại đất .21 Bảng 1.6 Ước tính lượng Cd phát thải vào khí từ nguồn Châu Âu năm 1979.24 Bảng 1.7 Sự ả nh hưở ng củ a cá c là ng nghề đế n hà m g Cd đất 25 lươn Bảng 1.8 Hàm lượng chì cadmi điển hình sản phẩm .26 Bảng 1.9 Hàm lượng Cd bùn cống thải đô thị .27 Bảng 1.10: Thành phần hóa học tro bay nước khác .38 Bảng 1.11: Thành phần hóa học tro bay từ số nhà máy nhiệt điện Thái Lan 39 Bảng 1.12: pH thành phần nguyên tố tro bay 40 Bảng 1.13: Kim loại nặng tro bay nhà máy nhiệt điện Mae Moh, Thái Lan .41 Bảng 2.1 Tỷ lệ phối trộn đất vật liệu 52 Bảng 3.1: Các tính chất lý hóa học đất thí nghiệm 54 Bảng 3.2 Tính chất hóa học đất ô nhiễm 55 Bảng 3.3: Các tính chất lý hóa học Diatomit Hòa Lộc 55 Bảng 3.4: Các tính chất lý hóa học tro bay .56 Bảng 3.5: Mối tương quan nồng độ OH- với CEC Diatomit HL 57 Bảng 3.6 Mối tương quan nhiệt độ với CEC diatomit HL 58 Bảng 3.7 Mối tương quan thời gian với CEC diatomit HL 59 Bảng 3.8 Tính chất vật liệu sau tổng hợp 62 Bảng 3.9 Mối tương quan nồng độ OH- với CEC tro bay 63 Bảng 3.10 Mối tương quan thời gian với CEC tro bay 64 Bảng 3.11 Mối tương quan nhiệt độ CEC tro bay .65 Bảng 3.12 Ttính chất vật liệu sau tổng hợp 68 Bảng 3.13 Kết phân tích nồng độ Pb linh động trao đổi 69 Bảng 3.14 Kết phân tích nồng độ Cd linh động trao đổi 71 Bảng 3.15: Hiệu suất hấp phụ Pb đất vật liệu .73 Bảng 3.16: Hiệu suất hấp phụ Cd đất vật liệu .75 Bảng 3.17 Hiệu suất hấp phụ Pb đất vật liệu .78 Bảng 3.18 Hiệu suất hấp phụ Cd đất vật liệu .80 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc lập thể zeolit .31 Hình 1.2 Các vị trí axit Bronsted Lewis bề mặt siloxan (Breck, 1974) .32 Hình 1.3 Zeolit xử lý bề mặt sử dụng cho hấp phụ chất nhiễm 34 Hình 1.4 Q trình hịa tan tái kết tinh zeolit 36 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ OH- đến CEC 57 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến CEC .58 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến CEC 59 Hình 3.4: Nhiễu xạ đồ 61 Hình 3.5 : Hình thái D-HL ban đầu sau biến tính 61 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ OH- đến CEC tro bay 63 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến CEC tro bay 64 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ khuấy từ đến CEC tro bay 66 Hình 3.9: Phổ nhiễu xạ tia X zeolit tổng hợp 67 Hình 3.10: Hình thái tro bay ban đầu sau biến tính 68 Hình 3.11 Hiệu suất hấp phụ chặt nồng độ Pb+2 khác .70 Hình 3.12 Hiệu suất hấp phụ chặt nồng độ Cd2+ khác .72 Hình 3.13: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ đất mức vật liệu khác 74 Hình 3.14 Tương quan hiệu suất xử lý Pb2+ lượng vật liệu bổ sung vào đất 74 Hình 3.15: Hiệu suất hấp phụ Cd+2 đất mức vật liệu khác 76 Hình 3.16 Tương quan hiệu suất xử lý Cd2+ lượng vật liệu bổ sung vào đất 77 Hình 3.17 Hiệu suất hấp phụ Pb+2 đất mức vật liệu khác 79 Hình 3.18 Tương quan hiệu suất xử lý Pb2+ lượng vật liệu bổ sung vào đất 80 Hình 3.19 Hiệu suất hấp phụ Cd+2 đất mức vật liệu khác 82 Hình 3.20 Tương quan hiệu suất xử lý Cd2+ lượng vật liệu bổ sung vào đất 82 PHỤ LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CEC Dung tích trao đổi cation Dia – HL Diatomit Hòa Lộc Dia – BL Diatomit Bảo Lộc ĐHQG – HCM Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh HCBVTV Hịa chất bảo vệ thực vật HCT Hấp cách thủy SNG Các nƣớc thuộc Liên Xô cũ MỞ ĐẦU Hiện ô nhiễm kim loại nặng đất vấn đề môi trƣờng gây nhiều xúc Hậu kim loại nặng gây đƣợc phản ánh trực tiếp từ “sức khỏe” trồng, vật nuôi…đặc biệt thông qua chuỗi thức ăn, kim loại nặng xâm nhập vào thể ngƣời gây hậu khó lƣờng Trƣớc thực trạng có nhiều nghiêng cứu đƣa với mục đích hạn chế, làm giảm hàm lƣợng kim loại nặng xuất môi trƣờng đất Tuy nhiên thực tế nhận thấy rằng, trình xử lý kim loại nặng đất phức tạp tốn nhiều lần so với xử lý kim loại nặng môi trƣờng nƣớc khơng khí Chì (Pb) Cadimi (Cd) hai kim loại có tính độc hại lớn cho ngƣời hệ sinh thái vƣợt ngƣỡng cho phép số điều kiện môi trƣờng định Pb có tự nhiên, đặc biệt khu mỏ Pb, Pb-Zn sản phẩm ngày nhƣ xăng, sản xuất ắc quy, làng nghề Trong điều kiện bình thƣờng mơi trƣờng tự nhiên Pb trạng thái bền vững nên nƣớc, thực vật, sinh vật thƣờng có hàm lƣợng Pb thấp Chỉ môi trƣờng định tác nhân nhân tạo Pb dạng linh động Trong đất, Pb tồn dạng linh động nguy bị rửa trơi làm nhiễm nguồn nƣớc ngầm thủy vực nƣớc mặt lớn Cd tồn đá đất với hàm lƣợng nhỏ, nhƣng khả tích lũy lâu dài đất vào thể sinh vật gây gia tăng liên tục hàm lƣợng kim loại độc hại hệ sinh thái Cd vào đất chủ yếu qua hoạt động ngƣời nhƣ khai khống, ngành cơng nghiệp mạ, bón phân nơng nghiệp, đốt nhiên liệu, giao thông, dùng bùn thải… Mặc dù ảnh hƣởng Pb Cd đến ngƣời, hệ sinh thái lớn nhƣng hầu hết hàm lƣợng phát thải chúng vào môi trƣờng từ hoạt động nhân tạo lại suy giảm mà gia tăng Tại Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu phƣơng pháp xử lý kim loại nặng Cd Pb đất nhƣ: Võ Văn Minh (2007) [20] xác định đƣợc cỏ Vetiver có khả hấp thụ Cd, Pb, Cr đất bãi rác Khánh Sơn, đất bãi thải mỏ vàng Bông Miêu đất bãi thải phế liệu Hoà Minh thuộc quận Liên Chiểu, Thành phố Đà Nẵng Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh, Nguyễn Thị Thanh Thúy thuộc Viện môi trƣờng tài nguyên, ĐHQG-HCM sử dụng zeolite tự nhiên qua 10 22 Trịnh Thị Thanh nnk (2001), Độc học môi trường sức khỏe người, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 23 Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh, Nguyễn Thị Thanh Thúy Sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng bùn thải công nghiệp Tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ tập 10, số 01 năm 2007 24 Hà Mạnh Thắng, Phạm Quang Hà, Lê Thị Thủy nnk (2009), “Hàm lƣợng Cadimi số loại đất Việt Nam độc học Cadimi với môi trƣờng sinh thái”, Kết nghiên cứu khoa học Viện Thổ Nhưỡng nơng hóa, 5, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, tr 451 - 465 25 Đào Châu Thu (2003), Khoáng sét liên quan chúng với vài tiêu lý hóa học số loại đất Việt Nam, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội 26 Viện Địa Chất (2003), Báo cáo tổng kết đề tài KH – CN cấp trung tâm (2001 – 2002) Đánh giá tiềm Bentonit, Điatomit; khả sử dụng phục vụ phát triển kinh tế Tây Nguyên, Hà Nội 27 Nguyễn Công Vinh, Ngô Đức Minh (2007), “Ảnh hƣởng ô nhiễm từ làng nghề đến tích lũy Cadimi kẽm đất lúa lúa số vùng đồng sông Hồng”, Tạp chí khoa học đất, (27), tr.103 – 109 Tiếng anh 28 Alloway B J (1990), Heavy metals in soils, Blackie, London 29 Barrer R.M (1982) Hydrothermal chemistry of zeolites.Academic Press 30 Baydina N.L (1996) Inactivation of heavy metals by humus and zeolites in industrially contaminated soils.Eurasian Soil Sci 28:96–105 31 Bliznakov, G and E Gocheva, 1978 Physicochemical properties of some Bulgarian Kieselguhrs: II Adsorption properties of some Bulgarian Kieselguhrs Izv Khim., 11: 142-152 32 Breck D W (1974) Zeolite and molecular sieve, structure, chemistry and use New York John Willey and sons 33 Brummer G W (1986), “Heavy metal species, mobility and availability in soils”, in the importance of chemical speciation in environmental processes, Dahlem Konferenzen, Berlin, p 169 – 192 34 Brummer G W., Herms U (1983), “Influence of soil reaction and organic matter on solubility of heavy metals in soils”, in Effects of accumulation of air polllutants in forest ecosystems, D Reidel publishing company, Dordrecht, Germany, p.233 – 243 35 Hamidpour M., Kalbasi M, Afyuni M., Shariatmadari H., Holm P.E., Hansen H.C.B (2010) Sorption hysteresis of Cd(II) and Pb(II) on natural zeolite and bentonite Journal of Hazardous Materials, 181 (1-3), 686-691 36 Henmi T (1987) Synthesis of hydroxi-sodalite (“zeolite”) from waste coal ash Soil Sci Plant Nutri 33, 517-521 37 Iler, R.K., 1979 The Chemistry of Silica Wiley, New York 866 pp IUPAC, 1994 In: Rouquérol, J.,Avnir, D., Fairbridge,C.W., Everett, D.H., Haynes, J.H., Pernicone,N.,Ramsay, J.D.F., Sing,K.S.W., Unger, K.K (Eds.), Recommendations for the Characterisation of Porous Solids (Recommendations 1994) Pure & Appl Chem., vol 66, p 1739 38 Jutmas Juntaramitree (1999) “The feasibility of removing heavy metals from sewage sludge for agricultural applications using fly ash and bottom ash”, The degree of master of science, Asian Institute of Technology School of Environment, Resource and Development Bangkok, Thailand.iii, 22-34] 39 Lindsay W.L (1979), Chemical equilibria in soil, Wiley, Newyork 40 Mattigod S V., Sposito G., Page L A (1981), “Factors affecting the solubilities of trace metals in soils”, In American Society of Agronomy and American Soil science Society special publication, Chemistry in the soils environment, Wisconsin, USA, (40), p 203 – 221 41 Mc Bride M B (1989), “Reactions controlling heavy metal solubility in soil”, Advanced in soil science, (10), p 1-56 42 Mendioroz, S., M.J Belzunce and J.A Pajares, 1989 Thermogravimetric study of diatomites J Thermal Anal Calorimetry, 35: 2097-2104 43 Ming D.W., Lofgren G.E (1990) Crystal morphologies of mineral formed by hydrothermal alteration of synthetic lunar basaltic glass In: LA Douglas (Editor) Soil micromorphology: A basic and Apllied Science, Elsevier, Amsterdam, 463-470 44 Murayama N., Yamamoto H., Shibata J (2002) Mechanism of zeolit synthesis from coal fly ash by alkali hydrothermal reaction Int J Miner Process, 64, 1-17 45 Murer, A.S., E Mobil, K.L Mc-Clennen, T.K Ellison and E Mobil et al., 2000 Steam injection project in heavy-oil diatomite SPE Reservoir Evaluation Eng., 3: 2-12 46 Nriagu j O., Pacyna J M (1988), “Quantitative assessment of worldwide contamination of air, water and soils by trace metals”, Nature, (333), p 134 – 139 47 Ollier C.(1984), “Weathering”, Geomorphology texts, 2nd edition, (2), Longman, London 48 Paschen, S., 1986 earth extraction, Diatomaceous processing and application Erzmetall, 39: 158-161 49 Pendias Alina Kabata (2000), Trace elements in Soil and Plants, 3rd edition, CRC Press, New York 50 Plant J.A., Raiswell R (1983), “Principles of environmental geochemistry”, Applied environmental geochemistry, Academic Press, London, p.1 – 39 51 Rieuwerts J.S., Ashmore M.R., Farrago M.E., Thornton I (2006), “The influence of soil characteristics on the extractability of Cd, Pb and Zn in upland and moorland soils”, Science of total environment, (366), p 864 875 52 Ross Sheila (1994), Toxic metals in soils – Plants systems, John Wiley & Son Press, New York 53 Roy W.R., Thiery R.G., Schuller R.M., Suloway J.J (1981) Coal fly ash: a review of the literature and proposed classification system with emphasis on environmental impacts Environmental geology notes 96 Champaign, IL: Illinois State Geological Survey 54 Slack, A.V (1981), “Control of Pollution from Combustion Processes: Chemistry of Coal Utilization, second supplementary volume” A Wiley Interscience Publication, Canada 55 Sposito G (1983), “The chemical form of trace metals in soils”, Applied environmental geochemistry, p 123 – 170, Academic Press Geology series, London 56 Zhaolun, W., Y Yuxiang, Q Xuping, Z Jianbo, C Yaru and N Linxi, 2005 Decolouring mechanism of zhejiang diatomite application to printing and dyeing wastewater Environ Chem Lett., 3: 33-37 Phụ lục Các hợp chất kim loại độ hòa tan chúng đất KL Hợp chất tương tự Các yếu tố hạn chế độ hòa tan Cd CdO, CdOH2, Tất hòa tan mạnh đất CdSO4.2CdOH2, CdSiO3 CdCO3 (octavite) Tại [CO2] > 0,3 at, octavite làm giảm hoạt tính Cd2+ 100 lần pH tăng đơn vị với pH > 7,84 Cd3(PO4)2 Độ hòa tan bị hạn chế khoáng đất khống chế [H2PO4] đất: Tại pH < 6: strengite (FePO4.2H2O) Tại pH > 8: tricalcium phosphate (TCP), calcite CO2 Tại pH trung tính: TCP Ca đất Cd3(PO4)2 hòa tan mạnh đất axit để tính đƣợc [Cd2+ ] Trong đất đá vơi, octavite bền Cd3(PO4)2 cân với khoáng phosphate Pb PbSO4, PbCO3, PbCO3.PbO PbO, Tất nói chúng hịa tan mạnh có vai trị quan trọng đất PbSO4 (anglesite) hạn chế [Pb2+]] 10-4,79 M, có độ hịa tan tăng đơn vị log tăng tƣơng ứng đơn vị log [SO4] đất PbSO4 bền với pH dƣới 6, PbCO3 (cerussite) bền pH Pb2SiO4, PbSiO3, PbO, Các khoáng đƣợc dự đoán tan mạnh đất Độ PbO2, Pb3O4 hịa tan tăng oxy hóa-khử giảm Phosphate chì Độ hịa tan tất bị hạn chế khoáng khống chế [H2PO4] đất Pb5(PO4)3Cl (Chloropyromorphite) dạng phosphate chì hịa tan đóng vai trị quan trọng hạn chế [Pb2+] đất tất giá trị đất Halide chì PbI-, PbBr-, PCl- PbF- tất dạng hòa tan tổng số Pb đất, nơi chúng đóng vai trị quan trọng cục Phụ lục 2: Tóm tắt hấp phụ đất Cd Pb KL Các tính chất hấp phụ Cd Các yếu tố ảnh hưởng: pH tăng = hút thu Cd tăng a, b, c CEC tăng = hút thu Cd tăng d (liên kết với silicate lớp) e OM tăng = hút thu Cd tăng d CaCO3 tăng = hút thu Cd tăng f Các cation cạnh tranh: Ca2+, Co2+, Cr2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ hạn chế hút thu Cd g Hợp chất hữu Cd: Hợp chất axit humic- Cd bền vững Pb Cu Pb h Các yếu tố ảnh hưởng pH tăng = cố định Pb tăng, nhƣng chủ yếu kết tủa carbonate chì pH cao hấp phụ dạng thủy phân: PbOH+ pH trung bình q Các oxit Fe, Mn Al – tất có lực mạnh với Pb r CEC tăng = hút thu Pb tăng pH trung bình s, t Các cation cạnh tranh: Ca2+, hạn chế hút thu Pb pH trung tính f Hợp chất hữu Pb Liên kết mạnh Pb với chất hữu pH cao u Phức chất Pb – axit humic fulvic bền pH cao v Pb – chelate hòa tan dạng quan trọng Pb dung dịch đất u Nguồn: a Christensen (1984), b Erikson (1989), c Harter (1983), d Levi – Minzi et al (1976), e Zachara et al (1992), f Alloway et al (1988), g Christensen (1987), q Griffin Shrimp (1976), r Harter (1979), s Kinniburgh et al (1976), t McKenzie (1980), Gregson Alloway (1984), Schnitzer Skinner (1967) u Phụ lục Phân loại Pearson cặp cho nhận “cứng” “mềm”, Nieboer Richardson lớp kim loại A B Pearson (1968 a, b) Chất nhận “cứng” Na+, K+ , Mg2+, Chất nhận mềm Chất nhận trung bình Ca2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Cu2+, Ag+, Hg22+, Cd2+, Pt2+, Mn2+, Al3+, Cr3+, Co3+, Zn2+, Pb2+ Hg2+ Fe3+, As3+ Chất cho cứng Chất cho trung bình Chất cho mềm H2O, OH-, F-, Cl-, PO43-, Br-, NO2-, SO32- SH-, S2-, CN-, SCN-, CO 2- 2- SO42-, CO3 , O , NO3 - Nieboer Richardson (1980) Các kim loại lớp A Các kim loại trung gian Các kim loại lớp B K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ Pb2+, Sn2+, Cd2+, Fe2+, Au+, Ag+, Cu+, Hg2+, Pt2+ Co2+, Ni2+, Cr2+, Zn2+, Mn2+, Fe3+ Nguồn: [dẫn theo 52] Phụ lục Tiêu chuẩn giới hạn cho Pb Cd đất số nƣớc (đơn vị tính: ppm khối lƣợng đất khơ) Quốc gia Pb Cd Mỹ (1993) 150 20 EC (1986) 50 – 300 1–3 Đức (1992) 100 1,5 Anh (1987) 500 – 2000 – 15 70 - 150 1–3 Áo (1977) 100 Nga (1986) 20 - Ba Lan (1977, 1993) Ghi Giới hạn cho đất có pH < Cho đất axit nhẹ đến đất trung tính Nguồn: Kabata-Pendias (2000) [49] Phụ lục 5: Tiêu chuẩn giới hạn hàm lƣợng tổng số số kim loại nặng số loại đất Việt Nam theo QCVN 03:2008/BTNMT (ppm) Kim loại Đất nông Đất lâm Đất dân Đất thương Đất công nghiệp nghiệp sinh mại nghiệp Asen (As) 12 12 12 12 12 Cadimi 2 5 10 Đồng (Cu) 50 70 70 100 100 Chì (Pb) 70 100 120 200 300 Kẽm (Zn) 200 200 200 300 300 (Cd) Phụ lục 6: Cân Cd đất nông nghiệp Ba Lan Đức (g/ha/năm) Ba Lan Đức Vào – 2,5 1,6 Phân bón 2,5 - Bùn thải 1,5 < – 2,5 Phế phẩm nông nghiệp 0,3 – Lắng đọng 2,5 – 3–8 Tổng cộng 10,5 - 13,5 4,3 – 4,7 Thu hoạch 4–5 Nƣớc rỉ 1–2 Tổng cộng 2–7 Cân 4,5 – 7,5 1,3 - Ra Nguồn: Kabata – Pendias (1991) [49] Phụ lục Chuỗi ái lƣc dự đoán kim loại với cation hóa trị hai, dƣa tính chất kim loại các Tín Z2/r Khả tích “đô m ̣ ềm” Chuỗi Irving - W Nguồn: Phụ kncp lục i ghh 8.mh o ầ Chui n ỗil ê c đ lƣco ma ấ a ́ t ị c n ă h n ̣ p g t h ƣ c Vâṭ liêụ Các oxit nhơm v hình Các oxit nhơm v hình Các oxit sắt vơ điṇ Các oxit sắt vô điṇ Goethite (FeO Goethite (FeOOH) Haematite Oxit Mn (birnessite) Oxit Mn Mn - SiO2 Acid fulvic (pH = 5) Acid humic (pH = - 7) Acid humic (pH = - 6) Nguồn: (Brummer, 1986) [ 33] Phụ lục 9: Thành phần hóa học điatomit Tây Nguyên Tên mỏ quặ ng Fe2O Vị trí Vỉa SiO2 Al2O3 TiO2 Mg O+ Na2 CaO KO SO3 MNK Nguồn Mn O +Fe O O - 45,32 15,79 1,06 67,52 28,19 1,24 2,39 0,0 0,0 7,6 0,48 1,22 - - - - 38,34 15,89 0,77 6,93 0,0 0,44 57,97 20,68 1,18 15,32 0,67 1,0 - - - - 58- 13,962,56 20,12 - - - P2O Đại Lào Vỉa dƣới Đa Lào Vinh Quang - - 14,03 60,28 23,52 50,6 17 - - 63,3 22 2,956,46 - - Bản 15,86 đồ KS VLXD 0,96 Lâm Đồng 25,84 - Sổ mỏ Lâm Đồng 9,2 50 KON TUM Phƣơng Quý - 7,19 - 0,55 0,85 0,44 12,48 0,40,10,85 0,57 0,95 0,87 13,46 10,6 0,67 - 0,63 4,47 0,16 0,99 1,25 0,080,16 0,73 9,7 0,33 1,04 1,58 Thân 2,11 0,76 quặng 0,01 63,13 16,48 0,56 0,26 0,82 0,33 (PY239/1 0,13 0,01 Hòa ) Lộc 4,79 0,4 Thân 0,16 61,71 13,45 1,31 0,28 0,17 0,13 quặng 0,14 0,01 - Bản đồ khoán 11,9 g sản Kon Tum 13,5 - 15,82 Viện Địa chất - 17,58 Viện Địa chất Nguồn: Viện Địa Chất [26] Phụ lục 10 Bảng 01: Thống kê mức độ sử dụng, sản xuất điatomit Mỹ (Đơn vị tính: 1000 tấn; 1000 USD) Nội dung Sản xuất nội địa Domestic production (sales) Giá trị (value) Năm 1996 Năm 1997 729 773 177.000 189.000 Nguồn: Viện Địa Chất [26] Bảng 02:Thống kê mức độ tiêu thụ, sản xuất điatomit theo lĩnh vực (Đơn vị: % sản xuất tính theo tấn) Những lĩnh vực sử dụng Hấp phụ (asorbents) Chất độn (Fillers) Trợ lọc (Filtration) Cách điện, cách nhiệt (Insulation) Lĩnh vực khác (Other) Năm 1996 14 12 65 Năm 1997 14 12 63 Nguồn: Viện Địa Chất [26] Bảng 03: Đơn giá trung bình năm tính theo lĩnh vực (Đơn vị: USD) Những lĩnh vực sử dụng Chất độn (Fillers) Trợ lọc (Filtration) Cách điện, cách nhiệt (Insulation) Lĩnh vực khác (Other) Giá trị trung bình (weighted average) Năm 1996 292,56 268,42 115,72 147,35 242,42 Năm 1997 297,56 278,52 127,38 127,38 243,99 Nguồn: Viện Địa Chất [26] Bảng 04: Xuất điatomit Mỹ (Đơn vị: 1000 tấn; 1000 USD) Năm Khối lượng (Quantity) Trị giá (Value) 1996 143 42.000 1997 140 42.600 Nguồn: Viện Địa Chất [26] Phụ lục 11: Hình ảnh thí nghiệm Hình 1: Q trình hấp phụ kim loại nặng Pb Cd vật liệu tổng hợp Hình 2: Quá trình ly tâm loại bỏ kiềm vật liệu tổng hợp Hình ảnh thí nghiệm Hình 3: Khu vực lấy mẫu đất xã Chi Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hƣng yên Hình 4: Diatomit Hòa Lộc tro bay sau biến tính ... HỌC TỰ NHIÊN *** NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CADIMI VÀ CHÌ TRONG ĐẤT Ơ NHIỄM BẰNG VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chuyên nghành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN... ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ cadimi chì đất nhiễm vật liệu có nguồn gốc tự nhiên? ?? CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Động học kim loại nặng đất – trình hấp phụ Kim loại nặng diện tự nhiên chủ yếu môi... học vật liệu .67 3.3 Hiệu hấp phụ chì cadimi vật liệu tổng hợp từ diatomit hòa lộc 69 3.3.1 Với đất ô nhiễm nhân tạo 69 3.3.2 Với đất ô nhiễm tự nhiên 73 3.4 Hiệu hấp phụ chì