CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Xử lý kim loại nặng bằng chất hoạt hóa bề mặt sinh học
Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới đã minh chứng có thể loại kim loại nặng từ đất, trầm tích hay nước ơ nhiễm bằng CHHBMSH do các vi sinh vật tạo ra, bởi đặc điểm ưu việt là có tính tương hợp, khả năng phân hủy sinh học, an tồn với mơi trường, giá thành rẻ do có thể tận dụng được các chất thải làm nguồn carbon, nitơ, không tạo nhiều cặn dư thừa gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường và chịu được các yếu tố môi trường (pH, nhiệt độ, ...) khắc nghiệt.
1.4.1. Cơ chế xử lý đất nhiễm kim loại nặng bằng CHHBMSH
Hoạt động của CHHBMSH phụ thuộc vào nồng độ của chúng, và chúng có khả năng hoạt động tốt nhất khi đạt được nồng độ mixen tối thiểu (CMC) (là nồng độ các CHHBMSH bắt đầu tạo đám). Ở nồng độ cao hơn CMC, các phân tử CHHBMSH kết
hợp với nhau để tạo thành các mixen (Hình 1.1). Sự hình thành các mixen cho phép CHHBMSH tăng khả năng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha [59, 36]
Hình 1.1: Mối quan hệ giữa nồng độ CHHBMSH và sự hình thành các mixen,
sức căng bề mặt [39]
CHHBMSH chứa cả hai nhóm chức ưa nước và kị nước trong cùng một phân tử. Vì vậy, chúng có thể tập trung tác động tương hỗ với nhau làm giảm sức căng bề mặt, đồng thời làm giảm lực hút tĩnh điện ở bề mặt tiếp giáp giữa hai pha (lỏng-lỏng và lỏng-rắn) giúp CHHBMSH (tích điện âm) dễ dàng tiếp xúc và tạo phức bền vững với kim loại nặng (tích điện dương)[45, 48]. Lực liên kết này mạnh hơn so với lực liên kết của kim loại với các phức hợp đất, và phức kim loại - CHHBMSH được tách ra từ đất và di chuyển vào trong dung dịch đất do sự giảm sức căng bề mặt (Hình 1.2). Do đó, CHHBMSH giúp phân tán và tách kim loại nặng từ đất sang pha nước [49, 57].
Cơ chế loại kim loại nặng ra khỏi đất [48]:
Hình 1.2. Cơ chế loại kim loại nặng từ đất của CHHBMSH
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
Ứng dụng CHHBMSH để tách kim loại nặng (Cd, Cu, Pb, Zn…) ra khỏi đất hiện đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới do những ưu điểm vượt trội như xử lý hiệu quả, an tồn và thân thiện với mơi trường.
Năm 2000, Fraser đã nghiên cứu khả năng loại cadimi (Cd) và chì (Pb) từ đất ơ nhiễm nhân tạo bằng CHHBMSH (surfactin). Kết quả là 80-100% hàm lượng chì và cadimi được tách ra từ đất [39]. Hong và cộng sự (2002) đã nghiên cứu loại cadimi và kẽm (Zn) ra khỏi đất bằng CHHBMSH chiết xuất từ thực vật (saponin). Hiệu quả loại cadimi là 90-100% và kẽm là 85-98% khi sử dụng CHHBMSH (3% saponin) [39].
Neilson và cộng sự (2003), Dahr Azma và Mulligan (2004) đã sử dụng CHHBMSH (rhamnolipids) để xử lý kim loại ở mỏ [32, 51]. Vai trò loại kim loại nặng của CHHBMSH tách chiết từ chủng vi khuẩn biển đã được Das và cộng sự (2009) nghiên cứu. Kết quả cho thấy, 100 mg/l Pb và 100 mg/l Cd được loại khỏi nước ô nhiễm [33].
Ở Việt Nam, những năm gần đây, Viện Công nghệ sinh học đã nghiên cứu ứng dụng CHHBMSH để xử lý ô nhiễm dầu [9, 10]. Tuy nhiên, xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng CHHBMSH vẫn còn mới mẻ, lần đầu tiên được nghiên cứu ở Việt Nam.