CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.4. Cơ sở lựa chọn vật liệu xử lý các kim loại nặng trong nƣớc
1.4.1. Cơ sở khoa học
Các vật liệu xử lý có hiệu quả hay khơng đều phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và tính đặc thù của nó. Chúng có thể giữ lại các chất ơ nhiễm có trong nƣớc lên bề mặt hoặc cố định chúng trong cấu trúc vật liệu. Sự hấp phụ trên bề mặt thƣờng liên quan đến mối liên kết giữa chất ô nhiễm với bề mặt thông qua tƣơng tác tĩnh điện giữa các phần tử điện tích trái dấu, hoặc sự hình thành các phức hợp có thể là nội phức hoặc ngoại phức. Bên cạnh đó, các đặc điểm hình thái của chất ơ nhiễm và đặc tính về cấu trúc của vật liệu hấp phụ sẽ liên quan đến quá trình cố định trong cấu trúc vật liệu. Trong tự nhiên, Pb, Mn, Cd, Zn và As thƣờng tồn tại ở hai trạng thái khác nhau: Pb, Cd và Zn, Mn chủ yếu tồn tại ở dạng cation hóa trị II, cịn As thƣờng tồn tại ở dạng anion (H3AsO4-). Do chúng có thể đƣợc xử lý trong môi trƣờng nƣớc thông qua cơ chế hấp phụ trên một bề mặt vật liệu. Tuy nhiên, sự khác biệt bản chất giữa anion và cation nên việc tìm một vật liệu đáp ứng khả năng loại bỏ hai trạng thái này với hiệu suất cao là rất khó. Các cation Pb2+, Cd2+ và Zn2+, Mn2+ mang điện tích dƣơng nên chúng có thể bị loại bỏ thơng qua các liên kết hóa học trên bề mặt vật liệu mang điện tích âm (nội phức). Vì vậy, các vật liệu có điện tích bề mặt âm hoặc có độ âm điện cao là một lựa chọn hợp lý trong việc xử lý các cation này.
Nhóm phyllosilicat cấu trúc 2:1, chẳng hạn nhƣ bentonit hay vermiculit là tốt nhất để đáp ứng điều kiện trên. Các khống vật silic có nguồn gốc sinh học ví dụ nhƣ diatomit hay phytolith cũng có bề mặt mang điện tích âm (tăng dần khi pH tăng) nên chúng cũng có thể loại bỏ Pb, Cd và Zn. Ngƣợc lại, As có khả năng bị cố định chặt trên các bề mặt mang điện tích dƣơng, do đó các hợp chất của Fe là thích hợp nhất để xử lý anion này. Nhƣ vậy, việc xử lý riêng rẽ các chất ô nhiễm là khá dễ dàng tuy nhiên trong nhiều trƣờng hợp các chất ơ nhiễm có cả các cation và anion vì vậy để loại bỏ chúng cần trộn các vật liệu với nhau trong quá trình xử lý để đạt kết quả tốt nhất.
1.4.2. Cơ sở thực tiễn
Để có đƣợc hiệu quả cao khi triển khai thực tế, việc lựa chọn vật liệu hấp phụ Pb, Cd, Zn, Mn và As cũng cần đƣợc tính tốn dựa trên mức độ sẵn có hay khả năng cung ứng các vật liệu tiềm năng phục vụ xử lý. Trong thực tế, các nguồn vật liệu tự nhiên (các mỏ khống sản) thƣờng có chất lƣợng khác nhau và phân bố rải rác ở nhiều địa phƣơng. Do đó, cũng cần phải cân nhắc đến các yếu tố làm tăng chi phí khi triển khai xử lý thực tế. Nếu nguồn vật liệu tự nhiên không đảm bảo về chất lƣợng có thể phải bổ sung thêm cơng đoạn tiền xử lý hoặc biến tính vật liệu để đảm bảo hiệu suất xử lý đáp ứng đƣợc mục tiêu đề ra.