2.2.3.1. Tiến hành thí nghiệm hấp phụ, giải hấp phụ As(III) và As(V) trên trầm tích
Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện yếm khí, giống như điều kiện của trầm tích ở dưới lòng đất. Tất cả các thao tác thí nghiệm đều được thực hiện trong glove box: là buồng kín trong đó được điền đầy khí trơ (không có oxi), có hai lỗ với găng tay cao su riêng biệt để có thể thao tác các thí nghiệm.
Các thí nghiệm được tiến hành trong lọ thủy tinh có cổ, nắp bằng cao su (dày 10mm). Bên ngoài được kẹp chặt bằng nắp nhôm. Tất cả các dung dịch nền đều được sục khí N2 (đã được loại bỏ tạp chất O2) trong 1 giờ nhằm loại bỏ hoàn toàn oxi trong dung dịch. Các thí nghiệm hấp phụ và giải hấp phụ As(III) và As(V) được thực hiện trong hai dung dịch nền: (1) dung dịch bicacbonat 50mM NaCl + 10mM NaHCO3, pH=7 ; (2) dung dịch nền hữu cơ không có khả năng tạo kết tủa với Fe(II) 50mM NaCl +10mM PIPES, pH=7.
Thí nghiệm hấp phụ và giải hấp phụ As(III) và As(V) được thực hiện với 3 bước chính sau:
Bước 1 : Rửa trầm tích (tạo mẫu trầm tích trắng)
Trong glove box: cho 40,000g trầm tích ướt vào lọ thủy tinh, thêm tiếp 70ml dung dịch nền 10mM NaHCO3 hoặc PIPES vào. Đóng nắp cao su, nắp nhôm. Sau đó, các lọ được đưa ra khỏi glove box và tiến hành lắc bằng máy lắc chuyên dụng (lắc đảo lộn) trong 1 ngày.
Sau 1 ngày, đem ly tâm các lọ trầm tích. Dùng xylanh và đồng thời bơm khí N2
vào trong lọ để tạo sự chênh lệch về áp xuất khiến cho dung dịch trong lọ chảy ra ngoài. Tiến hành phân tích As(III), As(T), Si, Fe(II), Fe(T), PO43- trong dịch chiết.
Bước rửa trầm tích được tiến hành lặp đi nhiều lần cho đến khi hàm lượng As(III), As(T), Si, Fe(II), Fe(T), PO43- nhỏ hơn giới hạn định lượng của phương pháp phân tích (xem trong mục 2.2.4).
Bước 2: Hấp phụ
Được thực hiện sau bước 1, các lọ thí nghiệm được thêm vào 5ml dung dịch As(III) hoặc As(V) với hàm lượng 10000ppm (các dung dịch gốc As(III) và As(V) cũng là những dung dịch yếm khí). Các lọ được tiến hành lắc đảo lộn đầu trong 3 ngày để quá trình hấp phụ của As(III) và As(V) đạt cân bằng.Sau 3 ngày, các lọ được đem ly tâm; sử dụng xylanh để hút 5ml dịch trong để phân tích hàm lượng As(III) và As(V) trong pha lỏng. Trước và sau mỗi lần thêm dung dịch gốc chứa As hoặc hút mẫu ra để phân tích, khối lượng của lọ mẫu được cân, từ đó biết được thể tích chính xác của dung dịch thêm vào hoặc hút ra. Hàm lượng As hấp phụ lên trầm tích được tính bằng hiệu của tổng lượng As thêm vào trừ đi lượng As nằm cân bằng pha lỏng.
Lặp lại với việc thêm một lượng As gốc vào lọ trầm tích.
Bước 3: Giải hấp phụ
Sau khi nghiên cứu sự hấp phụ As xong, mẫu trầm tích được tiếp tục sử dụng để nghiên cứu sự giải hấp phụ của As.Thay toàn bộ phần dung dịch trong lọ bằng dung dịch nền không chứa As vào trầm tích đã hấp phụ một lượng lớn As trên đó. Tiến hành lắc đảo lộn trong 3 để đạt cân bằng giữa pha lỏng và pha rắn, sau đó li tâm, phân tích hàm lượng As trong dịch chiết. Dựa vào hàm lượng As trong dịch chiết ban đầu và hàm lượng As trong dịch chiết lúc sau ta tính được lượng As bị giải hấp phụ từ trầm tích.
Tiến hành làm lặp lại từ 5-7 lần ta được sự giải hấp phụ của As từ trầm tích.
2.2.3.2. Khảo sát điều kiện tạo yếm khí trong glove box
Trầm tích tự nhiên ở sâu dưới lòng đất, không có mặt của oxi. Nhằm duy trì điều kiện yếm khí giống như trong nước ngầm, các thí nghiệm về sự hấp phụ và giải hấp phụ As(III), As(V) trên trầm tích tự nhiên được tiến hành trong glove box.
Glove box là không gian kín, trong đó thường chứa khí trơ. Nhằm tạo ra điều kiện yếm khí trong glove box, luận án sử dụng hỗn hợp khí đầu vào N2: H2 (97:3 ), xúc tác Pd. Như vậy nếu trong hỗn hợp khí N2: H2 ban đầu còn sót một lượng nhỏ oxi thì khi đó sẽ xảy ra phản ứng:
H2 +O2 H2O
Tuy nhiên, với giả thiết rằng môi trường trong glove box sử dụng hỗn hợp N2: H2 (97:3 ), qua xúc tác Pd vẫn còn sót một lượng vết oxi làm ảnh hưởng đến các kết quả về hấp phụ và giải hấp phụ của As(III) và As(V) trên trầm tích thì ngay hỗn hợp khí này được tiến hành loại bỏ oxi thêm một lần nữa bằng cách bơm cho không khí trong glove box sục các bình chứa dung dịch đệm muối Fe(II).
Như vậy, trong nghiên cứu này, luận án tiến hành khảo sát, so sánh sự hấp phụ của As(III) trên trầm tích tự nhiên ở điều kiện yếm khí trong glove box tạo nên từ hai hệ (hình 2.10):
- Hệ 1: hỗn hợp khí N2: H2 (97:3 ), qua xúc tác Pd.
- Hệ 2: hỗn hợp khí N2: H2 (97:3 ), qua xúc tác Pd và qua dung dịch đệm Fe(II).
2.2.3.3. Khảo sát dung dịch nền sử dụng trong thí nghiệm hấp phụ và giải hấp phụ As(III), As(V) trên trầm tích
Nhằm tiến hành nghiên cứu sự hấp phụ và giải hấp phụ As(III), As(V) trên trầm tích tự nhiên luận án đã tiến hành so sánh giữa hai dung dịch nền sau:
Pd
- Dung dịch nề n 1 : NaCl 50 mM, NaHCO3 10mM, được điều chỉnh pH =7 bằng cách sục khí CO2 trong 15 phút.
- Dung dịch nền 2: NaCl 50 mM, PIPES 10 mM (1,4-piperazinediethanesulfonic axit), được điều chỉnh pH =7 bằng dung dịch HCl 2M.
Dung dịch nền 1 có thành phần tương tự, giống như nước ngầm ở khu vực nghiên cứu (có độ kiềm là 10mM). Tuy nhiên giả thiết đặt ra liệu NaHCO3 trong quá trình tương tác với trầm tích có kết hợp với các ion kim loại hóa trị như Ca2+, Mg2+, Fe2+ tạo ra kết tủa làm ảnh hưởng đến sự hấp phụ của As trên trầm tích. Để kiểm tra giả thiết này, luận án tiến hành thay thế NaHCO3 bằng PIPES, trong đó PIPES là dung dịch đệm hữu cơ, tạo phức với các ion kim loại hóa trị II, do đó không tạo kết tủa với các ion kim loại này.
2.2.3.4. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng
Thời gian để đạt được cân bằng của As(III) và As(V) trên pha lỏng và pha rắn (trầm tích) được gọi là thời gian hấp phụ cân bằng. Luận án tiến hành khảo sát thời gian từ 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày với ở hai mức nồng độ của As: mức thấp 3µmol/L và mức cao 6-9 µmol/L.
Các thí nghiệm được tiến hành bằng cách thêm một lượng As chính xác vào trong hỗn hợp trầm tích và dịch chiết, sau đó lắc đều để tiếp xúc giữa pha lỏng và rắn đồng đều. Sau các khoảng thời gian 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày tiến hành lấy dịch chiết và phân tích nồng độ As trong dịch chiết (pha lỏng). Nếu nồng độ As trong pha lỏng không thay đổi khi thời gian tăng lên tức là quá trình hấp phụ đã đạt cân bằng.