3.4.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi đã chọn một số loại mẫu đại diện để phân tích. Các mẫu asen được lấy tại khu vực phường Cam Giá thành phố Thái Nguyên là mẫu có hàm lượng asen , các mẫu nước được lấy tại các hộ gia đình . Tại mỗi điểm lấy mẫu, chúng tôi đều lấy 500ml mẫu đựng trong chai nhựa PE, axit hóa bằng 1ml HNO 65% PA.
Các mẫu nước đều được lấy vào buổi sáng khoảng từ 8 – 9 giờ tại các hộ gia đình không có nước máy thường xuyên phải sử dụng nước giếng, trong đó giếng khoan được coi như là nguồn nước sạch của người dân ngèo địa phương này.
Nước giếng khoan được bơm lên cho chảy khoảng 3 phút trước khi lấy sau đó mới lấy mẫu đem phân tích.
Trước khi lấy mẫu ta dùng bình chứa bằng polyetylen đã tráng rửa bằng nước cất hai lần và HNO3 10% sau đó tráng 3 lần bằng chính mẫu nước cần lấy. Khi lấy mẫu xong axit hóa ngay bằng 1ml HNO3 đặc 65%/ 500ml nước.
Mẫu nước giếng khoan được lấy định mức 100ml và được bảo quản trong bình nhựa đã được rửa bằng HCl 2M, được đậy kín tránh để mẫu tiếp xúc với ôxy không khí tạo ra kết tủa FeAsO4 và các hợp chất bay hơi, các ion kim loại ảnh hưởng trong suốt quá trình bảo quản và xử lí mẫu khác ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
Bảo quản mẫu
Mẫu được bảo quản ngay sau khi lấy mẫu bằng cách axít hóa mẫu phân tích bằng dung dịch HNO3 đậm đặc đến pH<2 mục đích là để hòa tan các hợp chất khó tan của mẫu như As2O3 về dạng tan H3AsO3 hay H3AsO4, thuận tiện trong quá trình bảo quản mẫu. Mẫu được bảo quản trong tủ giữ mẫu.
Quy trình lấy mẫu được thực hiện đúng theo tiêu chuẩn TCVN 5502- 2003 [32].
3.4.2. Quy trình xử lý mẫu
Mẫu nước sau khi lấy về, được lọc qua giấy lọc băng xanh để loại bỏ hết tạp chất, các chất bẩn trước khi đem phân tích rồi cho vào bình định mức tới 100ml được đậy nắp kín và được bảo quản trong tủ lạnh nhiệt độ từ (00
– 40); pH phải đảm bảo nhỏ hơn 2.
3.4.3. Đánh giá hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích
Một phương pháp phân tích tốt phải có độ lặp lại và hệ số thu hồi lớn, hệ số biến động nhỏ. Để đánh giá ba đại lượng: độ lặp lại, hệ số biến động và hệ số thu hồi của phương pháp phân tích chúng tôi chuẩn bị ba dãy mẫu chuẩn của asen có nồng độ tương ứng nằm ở đầu, giữa và cuối của đường chuẩn khảo sát trên nền mẫu thực là mẫu nước ngầm và mẫu nước máy.
- Chuẩn asen l00ppb và 200ppb.
- Nền mẫu thực: lấy mẫu nước giếng khoan tại khu vực phường Cam Giá thành phố Thái Nguyên nồng độ đo được là 15,6 ppb pha loãng 2 lần được mẫu 1, mẫu nước giếng khoan 2 ở khu vực phường Cam Giá thành phố Thái nguyên nồng độ đo được 33 ppb pha loãng 2 lần được mẫu 2.
Độ lặp lại hệ số biến động và hệ số thu hồi của phương pháp được tính theo các công thức sau:
Ci = Cmaupt+i - Cmaupt %X= t i i C - C ×100 C Phương sai: S2 = C - Ct ×100 1 t n Độ lệch chuẩn: Sf = 2 S Hệ số biến động: RSD (%) = f tb S C 100
Hiệu suất thu hồi: H (%) = (i mau pt) mau pt 100
t C C C Trong đó:
X: phần trăm sai số tương đối
Ct: nồng độ mẫu chuẩn đưa vào mẫu phân tích
Ctb: nồng độ mẫu chuẩn trung bình của n mẫu n: số lần mẫu có cùng nồng độ
Sf: độ lệch chuẩn
RSD: hệ số biến thiên (hay độ lệch chuẩn tương đối) H: hiệu suất thu hồi của phương pháp
Bảng 18: Đánh giá hiệu suất thu hồi của quy trình
STT Lƣợng thêm vào (ppb) Lƣợng tìm thấy (ppb) H(%) X(%) (SS TĐ) RSD (%) Mẫu 1 5 4,2 84,4 3,7 5,2 30 27,9 93,0 4,6 3,8 58 53,2 91,7 6,8 5,9 Mẫu 2 5 4,1 82,0 7,5 4,6 30 28,1 93,7 5,2 3,5 60 54,6 91,0 8,6 5,3
Chúng tôi nhận thấy rằng: sai số và độ lệch chuẩn ở phần giữa của đường chuẩn có giá trị nhỏ hơn so với hai đầu trên và dưới. Điều đó có nghĩa là khi thực hiện phân tích mâu thực chúng tôi đưa nồng độ asen vào khoảng nồng độ giữa của đường chuẩn, khi đó sai số nhỏ và kết quả sẽ có độ tin cậy cao. Sai số đều nhỏ hơn sai số cho phép của phép phân tích lượng vết (đều <10%).
Phương pháp có độ ổn định cao, độ lệch chuẩn và hệ số biến động nhỏ. Hiệu suất thu hồi cao thấp nhất là 82,0% cao nhất là 93,7%. Như vậy, phương pháp chúng tôi đưa ra hoàn toàn có thể áp dụng phân tích asen.
Sau khỉ đã khảo sát và đánh giá phương pháp, chúng tôi tiến hành phân tích các mẫu thực.
3.4.4. Kết quả phân tích mẫu thực (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi xây dựng được quy trình phân tích As trong mẫu nước ngầm. Chúng tôi tiến hành phân tích mẫu. Mẫu thực mà chúng tôi lấy ở đây là mẫu nước giếng khoan của các hộ gia đình ở khu vực phường Cam Giá thành phố Thái Nguyên với quy trình lấy mẫu tuân thủ theo TCVN 5502-2003 ở trên. Kết quả phân tích mẫu thực dựa vào phương pháp đường chuẩn. Chúng tôi đã đã thu được số liệu như sau:
Bảng 19: Kết quả phân tích mẫu thực
STT Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8
C(ppb) 16,9 15,18 36,44 14,52 5,1 21,44 25,64 16,98 RSD(%) 10,21 8,75 5,63 6,25 14,3 8,56 4,53 6,25
Xác định hàm lượng As bằng phương pháp thêm chuẩn: - Lấy 200l mẫu 1, thêm vào 40l Pd2+ 100ppm.
-Thêm lần lượt lượng As có nồng độ xác định, cuối cùng thêm vào nước cất 2 lần để thể tích tổng là 400l .
- Lấy 20l mang đo phổ.
Kết quả xác định As trong mẫu 1 bằng phương pháp thêm chuẩn được chỉ ra ở bảng 20 và hình 12.
Bảng 20: Số liệu thêm chuẩn
Lượng As thêm
(ppb) 0 10 20 40
-10 0 10 20 30 40 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 C Thêm ppb Ab s
Hình 12: Đường chuẩn xác định asen trong mẫu thực 1
Từ đường ngoại suy đồ thị ta có Cx = 8,5ppb mà ở trên ta pha loãng 2 lần vậy C mẫu = 17ppb.
Từ bảng phân tích cho thấy hàm lượng As ở khu vực này không cao nhưng đã vượt quá chỉ tiêu mới của WHO và TCVN cho phép (10 ppb) với tỉ lệ 7/8 tức chiếm 87,5%. Nếu sử dụng sẽ gây tác hại cho con người.
3.5. Sơ bộ vế sử lí asen bằng vật liệu xốp hấp phụ là xỉ nung vôi trên nền sắt III sắt III sắt III
3.5.1. Sơ đồ điều chế
Xỉ vôi xốp rửa Dung dịch Nước cất Sạch NaOH 1M(HCl 1M)
Vật liệu xỉ vôi – Fe (0,5mm) Nước cất
3.5.2. Khảo sát pH cuối của quá trình điều chế vật liệu
Tiến hành:
Các vật liệu được điều chế như sơ đồ trên và pH cuối của dung dịch điều chế được điều chỉnh từ 5 đến 11 bằng dung dịch NaOH (HCl).
Khảo sát hấp phụ: Lấy vào mỗi bình nón 1g mỗi loại vật liệu, 110 ml dung dịch As(V) 180,5 ppm. Đem lắc các bình nón trong vòng 2 giờ. Sau đó đem lọc và đo nồng độ As khi cân bằng, bằng phương pháp GF – AAS và tính ra dung lượng hấp phụ qe tương ứng.
Các kết quả được biểu diễn như bảng sau: Dung dịch FeCl31M khuấy đều Điều chỉnh pH =6 Khuấy trong 2 giờ Lọc và rửa Tạo kích thước
Bảng 21. Sự phụ thuộc của qe vào pH cuối của dung dịch điều chế pH 5 6 7 8 9 10 11 C0(ppm) 180,5 180,5 180,5 180,5 180,5 180,5 180,5 Ce(ppm) 1,47 0,057 67,77 76,97 85,04 87,50 80,50 q(mg/g) 19,69 19,84 12,40 11,39 10,50 10,23 11,00 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 pH qe (mg /g ) B
Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của qe vào pH cuối của dung dịch
điều chế
Từ kết quả nghiên cứu ta thấy dung lượng hấp thụ là lớn nhất khi pH = 6, ở pH càng lớn thì khả năng hấp phụ càng giảm. Do đó pH = 6 được chọn cho qua trình điều chế vật liệu.
3.5.3. Quy trình điều chế vật liệu
Sau khi khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình điều chế vật liệu, chúng tôi đưa ra quy trình điều chế như sau: Bột xỉ vôi sau khi rửa sạch xấy khô nghiền nhỏ sau đó tẩm dung dịch FeCl3 1,00M với tỉ lệ 100g xỉ vôi/ 125 ml dung dịch FeCl3 1M. Dung dịch FeCl3 được nhỏ từ từ vào xỉ vôi và điều chỉnh pH của dung dịch về pH = 6 bằng dung dịch NaOH (HCl). Khuấy đều (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dung dịch điều chế trong 2 giờ. Ngừng khuấy để ổn định trong vòng 48 tiếng. Đem lọc rửa và sấy vật liệu ở 850
C.
3.5.4. Khảo sát hấp phụ tĩnh của vật liệu *Xây dựng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt *Xây dựng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt *Xây dựng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt
Tiến hành:
Lấy vào bình nón 1gam vật liệu được điều chế như quy trình ở trên, 100ml dung dịch As ở các nồng độ ban đầu (C0) khác nhau đã biết. Lắc các bình nón trong vòng 2 giờ với vận tốc 100 vòng/phút. Lọc với giấy lọc băng xanh, đo nồng độ As lúc cân bằng và tính toán dung lượng hấp phụ qe tương ứng.
Các kết quả được thể hiện trong bảng sau: Với As(V).
Bảng 22: Ảnh hưởng của nồng độ As(V) với dung lượng hấp phụ của vật liệu
C0 (ppm) Ce (ppm) qe (mg/g) Ce/qe (g/l) 1 0,020 0,098 0,204 2 0,030 0,197 0,152 5 0,020 0,498 0,040 10 0,040 0,996 0,040 20 0,040 1,996 0,020 50 0,050 4,995 0,010 70 0,060 6,994 0,008 90 0,030 8,997 0,003 120 0,636 11,934 0,053 150 0,040 14,996 0,003 200 0,040 19,995 0,002 300 36,700 26,330 1,394 400 111,00 28,900 3,841 600 309,2 29,080 10,633
Đối với As(III):
Bảng 23: Ảnh hưởng của nồng độ As(III) tới dung lượng hấp phụ của vật liệu.
C0 (ppm) Ce (ppm) qe (mg/g) Ce/qe (g/l) 1 0,040 0,096 0,417 10 0,500 0,950 0,526 100 5,300 8,470 1,806 400 170,00 23,00 7,391 600 362,200 24,900 14,546 1000 714,100 24,800 28,794
Từ 2 bảng số liệu ta xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ đối với As(III) và As(V), đó là đường biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ sau hấp phụ (Ce) với dung lượng hấp phụ (qe) tương ứng.
Hình 14. Đường hấp phụ Lengmuir của vật liệu đối với As(III) và As(V)
Kết quả hấp phụ tĩnh .
Dung lượng hấp phụ tối đa đối với As(V) là 29,24 mg/g Dung lượng hấp phụ tối đa đối với As(III) là 25,51 mg/g
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 5 10 15 20 25 30 Ce (ppm) qe (mg/g ) As(III) As(V)
3.5.5. Hấp phụ động
Trong phương pháp này, ta cho nước giếng khoan có chứa đã được làm giàu, đã biết nồng độ đi qua cột được nhồi vật liệu với một tốc độ xác định. Mẫu nước giếng khoan được lấy ở phường Cam giá thành phố Thái nguyên.
Các đại lượng:
Đường kính cột: 0,95cm. Chiều cao cột 10 cm.
Lưu lượng dòng: 1,3 ml/phút. Cách thực hiện:
Nhồi 5 gam vật liệu vào cột. Cho nước giếng khoan có nhiễm As và đã được làm giàu thêm là 335ppb (do các mẫu nước giếng khoan ở khu vực phường Cam giá có hàm lượng Asen thấp chính vì thế chúng tôi đã tiến hành làm giàu Asen đến 335ppb) đi qua cột với tốc độ 1,3 ml/phút. Đo nồng độ As theo thể tích dầu đầu ra.
Kết quả được biểu diễn trong hình 15:
0 5 10 15 20 25 30 35 0 50 100 150 200 250 300 350 400 V(1) C e (p pb )
Hình 15: Đường hấp phụ động của vật liệu
Kết quả hấp phụ động với 5g vật liệu cho thấy, thể tich nước đầu ra có thể sử dụng cho sinh hoạt (Nồng độ As ≤ 10 ppb) là 15 lít.
KẾT LUẬN
Với mục đích xây dựng một quy trình phân tích asen trong nước ngầm, bằng phương pháp quang phổ hấp thụ không ngọn lửa và sơ bộ tổng hợp vật liệu loại bỏ Asen chúng tôi đã đạt dược các kết quả sau:
1. Tìm điều kiện đo As bằng phương pháp GF – AAS
Tối ưu các thông số của máy đo GF-AAS: bước sóng = 193,7nm, cường độ dòng đèn I = 7mA, khe đo 0,5nm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khảo sát nhiệt độ tro hoá và nguyên tử hoá của As đối với các chất cải biến hoá học và trọn được chất cải biến hoá học phù hợp: Pd(II) l00ppm, nhiệt độ tro hoả 14000
C, nhiệt độ nguyên tử hoá là 23000C.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng: - Nền axit sử dụng là HNO3 0,1%
- Ảnh hưởng cation: các catrion không gây ảnh hưởng - Ảnh hưởng của anion: các anion PO4
3-
và SiO3 2-
Chỉ gây ảnh hưởng đến phép đo khi nồng độ của các anion này gấp 500 lần nồng độ của asen trong mẫu.
Khoảng tuyến tính xác định Asen từ 4,5 đến 75,0 ppb
Đánh giá thống kê quy trình phân tích asen: sai số phép đo 2,1%. Độ lặp lại 0,4%. Hệ số biến động 1,8%. Hiệu suất thu hồi từ 82,0-93,7%.
2. Áp dụng quy trình phân tích để phân tích mẫu:
Hàm lượng asen trong mẫu nước giếng khoan (từ 17 - 33 ppb/L), cao hơn so với tiêu chuẩn của bộ y tế .
3. Trên cơ sở đó tôi nghiên cứu sơ bộ về điều chế vật liệu hấp phụ As bằng vật liệu xỉ vôi trên nền sắt.
Vật liệu điều chế có cấu trúc tinh thể, bề mặt vật liệu khá xốp. Dung lượng hấp phụ tối đa đối với As(V) là 29,24 mg/g
Dung lượng hấp phụ tối đa đối với As(III) là 25,51 mg/g
Vật liệu có khả năng hấp phụ động tốt, sau khi qua hấp phụ với 5g vật liệu, thể tích nước thu được có nồng độ Asen dưới 10ppb là 15 lít, vậy nếu hấp phụ động với 1kg vật liệu, thể tích nước có nồng độ Asen dưới 10 ppb sẽ là 3000 lít do đó có thể áp dụng lọc trước cho mục đích ăn uống.
Chúng tôi hy vọng rằng các kết quả được đề cập đến trong luận văn này sẽ được quan tâm và còn tiếp tục được nghiên cứu mở rộng và phát triển, đóng góp cho chương trình kiểm soát chất lượng nước nhằm nâng cao sức khoẻ cho cộng đồng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ (tập hai), NXB Giáo dục.
2. Người dịch: Lê Kim Long và Hoàng Nhâm (2001), Tính chất lý hóa học các
chất vô cơ, NXB Khoa học kỹ thuật.
3. Samuel Luzi, Michael Bao, Phạm Thị Kim Trang, Phạm Hùng Việt, Roland Schertenleib(2004), Sử dụng bể lọc cát để loại bỏ asen ở quy mô hộ gia đình, Hội thảo asen quốc tế.
4. Asen trong nước sạch: loại bỏ được không?
http:/www.dangcongsan.vn/details.asp?topic:34&subtopic=128&leader topic =l07&id=135950779566.
5. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt. Nguyễn Văn Nội (1999), Bài giảng hóa học
môi trường, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
6. Assoc.Pro.Di.Trân Hong Con (2000), Nghiên cứu chê/ tạo thiết bị xử lý asen trong nước cho qui mô hộ gia đình là cụm dân cư, Hội thảo asen quốc tế.
7. Nhiễm độc asen qua nước uống http://www.idm.gov.vn/Nguon luc/Xuat ban/Anpham/Asen/a23.htm
8. PGS- TS Nguyễn Khắc Hải "ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nguồn nước
đến sức khoác con người " Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường :www.nea.goc.vn/tapchi/toanvan/07-2k6-09.htm.
9. Nguyễn Thị Thu Hằng (2005), Nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lượng vết asen dựa trên hệ phản ứng AsH3-KIO3-LEUCO CRYSTAL VIOLEr, Luận văn tốt nghiệp, Khoa Hoá Học. Dại học Khoa Học Tự Nhiên-
Đại học Quốc Gia Hà Nội.
10. Cấp báo ô nhiễm thạch tín-cần ngăn chặn nguy cơ đối với nước ngầm http://www.neo.gov.vn/thongtinmt/noidung/kt 28 - 2 -03.htm.
11. Lưu Thị Thanh Bình (2002), Xác định asen (III) trong nước bằng phương pháp von- ampe hoà tan catot, Luận văn tốt nghiệp, Khoa Hoá Học, Đại học
Khoa Học Tự Nhiên-đại học Quốc Gia Hà Nội.
12. Bùi Thị Bích (2003), Nghiên cứu phương pháp động học xác tác định lượng
vết asen trong nước dưới tác dụng hoạt hoá của asen (III) với phản ứng chỉ thị Fe(II) -O- Phenantrolin K2Cr2O7, Luận văn tốt nghiệp, Khoa Hoá Học,