Đề tài Nghiên cứu hấp phụ Arsen bằng vỏ xoài (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu hấp phụ Arsen bằng vỏ xoài (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ARSEN BẰNG VỎ XỒI S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: SV 2009 - 99 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2009
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ARSEN BẰNG VỎ XỒI MÃ SỐ: SV2009 - 99 NGƯỜI CHỦ TRÌ : NGUYỄN MAI QUỲNH NHƯ NGƯỜI THAM GIA : PHẠM THỊ ÁI PHI ĐƠN VỊ : KHOA CNHH&TP TP. HỒ CHÍ MINH – 2009
3. LỜI CẢM ƠN Đề tài nghiên cứu cĩ đƣợc sự thành cơng này là nhờ sự giúp đỡ tận tình của quý ban lãnh đạo nhà trƣờng, ban lãnh đạo khoa CNHH&TP , các thầy cơ giáo ở bộ mơn Cơng Nghệ Mơi Trƣờng đã tạo điều kiện cho nhĩm nghiên cứu thực hiện đề tài: Nhĩm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - TS. Nguyễn Văn Sức trƣởng khoa Cơng Nghệ Hĩa Học & Thực Phẩm, ngƣời đã tận tâm chỉ bảo trực tiếp trong suốt quá trình nhĩm thực hiện đề tài nghiên cứu. - Phịng Quản Lý Khoa Học – Hợp Tác Quốc Tế & Đào Tạo Sau Đại Học và phịng Kế Hoạch & Tài Chính đã cho phép nhĩm nghiên cứu thực hiện đề tài cũng nhƣ cấp kinh phí thực hiện đề tài. - Thƣ viện trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật tp HCM đã cho nhĩm mƣợn các tài liệu tham khảo nghiên cứu. - Cơ Lê Thị Bạch Huệ, giáo viên quản lý phịng thí nghiệm bộ mơn Cơng Nghệ Mơi Trƣờng đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhĩm nghiên cứu sử dụng phịng thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. - Quý thầy cơ khoa Cơng Nghệ Hĩa Học & Thực Phẩm đã giúp đỡ nhĩm nghiên cứu trong thời gian thực hiện đề tài. - Xin gửi lời cảm ơn các bạn trong lớp 07115 đã giúp đỡ, động viên nhĩm nghiên cứu hồn thành cơng việc. Trong quá trình thực hiện đề tài khơng tránh khỏi thiếu sĩt, nhĩm thực hiện đề tài rất mong sự gĩp ý của quý thầy cơ và các bạn để đề tài nghiên cứu đƣợc hồn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tp. HCM, tháng 1 năm 2011 Nhĩm thực hiện nghiên cứu Nguyễn Mai Quỳnh Nhƣ Phạm Thị Ái Phi TP. HCM, tháng 1/2011 1
4. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Giáo viên hướng dẫn 2
5. MỤC LỤC MỤC LỤC 3 PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 4 1.1 Đối Tượng Nghiên Cứu 4 1.2 Tình Hình Nghiên Cứu Trong Và Ngồi Nước 5 1.3 Những Vấn Đề Cịn Tồn Tại 6 PHẦN II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 7 2.1 Mục Đích Của Đề Tài 7 2.1.1 Tìm Hiểu Về Arsen 7 2.1.2 Tìm Hiểu Về Vật Liệu Hấp Phụ 13 2.2 Phương Pháp Nghiên Cứu 17 2.2.1 Hấp Phụ 17 2.2.2 Cơ Chế Của Quá Trình Hấp Phụ 17 2.2.3 Cân Bằng Và Đẳng Nhiệt Hấp Phụ 18 2.2.4 Phương Trình Đẳng Nhiệt Langmuir 19 2.2.5 Phương Trình Đẳng Nhiệt Freundlich 20 2.3 Nội Dung 21 2.3.1 Các Nguyên Liệu Và Cách Tiến Hành 21 2.3.2 Các Bước Chuẩn Bị Tiến Hành Thí NGhiệm 25 2.3.3 Thiết Lập Phương Pháp Phân Tích Hàm Lượng As( V) 25 2.3.4 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của pH 26 2.3.5 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Thời Gian Tiếp Xúc 26 2.3.6 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Lượng Chất Hấp Phụ 26 2.3.7 Khảo Sát Dung Lượng Hấp Phụ Cực Đại 27 2.4 Kết Quả Đạt Được 27 2.4.1 Hình Sem Của Vỏ Xồi 27 2.4.2 Đường Chuẩn Xác Định As(V) 28 2.4.3 Ảnh Hưởng Của pH Đến Quá Trình Hấp Phụ Arsen 29 2.4.4 Ảnh Hưởng Của Thời Gian Tiếp Xúc 30 2.4.5 Ảnh Hưởng Của Lượng Chất Hấp Phụ 31 2.4.6 Xác Định Dung Lượng Cực Đại 32 PHẦN III. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 34 3.1 Kết Luận 34 3.2 Kiến Nghị 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 3
6. PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: Nƣớc là một tài nguyên quý giá. Khơng cĩ nƣớc thì khơng cĩ sự sống trên hành tinh chúng ta. Nƣớc là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh, kinh tế của con ngƣời. Việt Nam đƣợc đánh giá là cĩ nguồn nƣớc khá phong phú về trữ lƣợng và khá tốt về chất lƣợng. Tuy nhiên, trong những năm gần đây cùng với quá trình cơng nghiệp hĩa, hiện đại hĩa đã tiếp làm ảnh hƣởng xấu đến nguồn tài nguyên này. Nhiều nguồn nƣớc đã bị ơ nhiễm nghiêm trọng.Đặc biệt, hiện nay vấn đề ơ nhiễm Arsen và những ảnh hƣởng tới sức khoẻ cộng đồng đã đƣợc nhiều nƣớc và tổ chức quốc tế quan tâm nghiên cứu. Tại nhiều quốc gia nhƣ Bangladesh, Đài loan, Trung Quốc, Ấn độ. Mơng Cổ và gần đây là Campuchia đã phát hiện thấy Arsen trong nƣớc với nồng độ cao ảnh hƣởng tới sức khoẻ cộng đồng. Nhiễm bẩn arsen trong nƣớc ngầm đã dẫn tới đại dịch ngộ độc arsen tại Bangladesh và các nƣớc láng giềng. Ngƣời ta ƣớc tính khoảng 57 triệu ngƣời đang sử dụng nƣớc uống là nƣớc ngầm cĩ hàm lƣợng arsen cao hơn tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới là 10 phần tỷ. Arsen trong nƣớc ngầm cĩ nguồn gốc tự nhiên và nĩ đƣợc giải phĩng ra từ trầm tích vào nƣớc ngầm do các điều kiện thiếu ơxy của lớp đất gần bề mặt. Nƣớc ngầm này bắt đầu đƣợc sử dụng sau khi các tổ chức phi chính phủ (NGO) phƣơng Tây hỗ trợ chƣơng trình làm các giếng nƣớc lớn để lấy nƣớc uống vào cuối thế kỷ 20. Chƣơng trình này đƣợc đề ra nhằm ngăn ngừa việc uống nƣớc từ nƣớc bề mặt bị nhiễm khuẩn, nhƣng lại khơng chú trọng tới kiểm định arsen trong nƣớc ngầm. Nhiều quốc gia và khu vực khác ở Đơng Nam Á, nhƣ Việt Nam, Campuchia, Tây Tạng, Trung Quốc, đƣợc coi là cĩ các điều kiện địa chất tƣơng tự giúp cho quá trình tạo nƣớc ngầm giàu arsen. Ngộ độc arsen đã đƣợc báo cáo tại Nakhon Si Thammarat, Thái Lan năm 1987, và arsen hịa tan trong sơng Chao Phraya bị nghi là chứa hàm lƣợng cao arsen nguồn gốc tự nhiên Miền bắc Hoa Kỳ, bao gồm các phần thuộc Michigan, Wisconsin, Minnesota và Dakota cũng cĩ hàm lƣợng arsen trong nƣớc ngầm khá cao. Mức độ ung thƣ da cao hơn gắn liền với phơi nhiễm arsen tại Wisconsin, mặc dù ở mức thấp hơn tiêu chuẩn 10 phần tỷ của nƣớc uống. Chứng cứ dịch tễ học từ Chile chỉ ra mối liên hệ phụ thuộc liều lƣợng giữa phơi nhiễm arsen kinh niên và các dạng ung thƣ khác nhau. Theo Peter Ravenscroft từ khoa Địa trƣờng Đại học Cambridge khoảng 80 triệu ngƣời trên khắp thế giới tiêu thụ khoảng 10 tới 50 phần tỷ arsen trong nƣớc uống của họ. Nếu họ tiêu thụ chính xác 10 phần tỷ arsen trong nƣớc uống của mình thì phân tích dịch tễ học đa nguồn trích dẫn trên đây phải dự báo 2.000 trƣờng hợp bổ sung về ung thƣ bàng quang. Điều này thể hiện sự ƣớc tính quá thấp rõ nét về ảnh hƣởng tổng thể, do nĩ khơng tính tới ung thƣ phổi và da. Những ngƣời chịu phơi nhiễm arsen ở mức 4
7. cao hơn tiêu chuẩn hiện tại của WHO nên cân nhắc tới chi phí và lợi ích của các biện pháp giải trừ arsen. Theo tổ chức Quỹ nhi đồng liên hợp quốc UNICEF, ơ nhiễm Asen ở khu vực phía nam Hà Nội đang là vấn đề nghiêm trọng nhất đối với ơ nhiễm Asen ở Việt Nam. Hiện nay, tồn bộ nƣớc sinh hoạt của Hà Nội lấy từ nƣớc ngầm, song tỷ lệ ngƣời dân chƣa đƣợc dùng nƣớc sạch từ các nhà máy nƣớc sạch vẫn cịn nhiều. Điều đáng lo ngại nhất là những hộ gia đình sử dụng giếng khoan qua hệ thống xử lý đơn giản hoặc khơng qua xử lý cĩ nguy cơ rất nhiễm độc Asen rất cao (Qua nghiên cứu 500 giếng khoan vào mùa khố tại một số khu vực nhƣ Quỳnh Lơi – HBT, Viện KHCNMT Liên bang Thuỵ Sỹ và liên đồn địa chất thuỷ văn-cơng trình miền Bắc cho thấy 34% số điểm mẫu vƣợt quá hàm lƣợng cho phép). 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC Arsen cĩ thể đƣợc loại bỏ ra khỏi nƣớc uống thơng qua đồng ngƣng kết các khống vật sắt bằng ơxi hĩa và lọc nƣớc. Khi cách xử lý này khơng đem lại kết quả mong muốn thì các biện pháp hút bám để loại bỏ arsen cĩ thể cần phải sử dụng. Một vài hệ thống hút bám đã đƣợc chấp thuận cho các điểm dịch vụ sử dụng trong nghiên cứu do Cục Bảo vệ Mơi trƣờng (EPA) và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) Hoa Kỳ tài trợ. Việc tách arsen ra bằng từ trƣờng ở các gradient từ trƣờng cực thấp đã đƣợc chứng minh ở các máy lọc nƣớc tại điểm sử dụng với diện tích bề mặt lớn và các tinh thể nano manhêtit đồng nhất kích thƣớc (Fe3O4). Sử dụng diện tích bề mặt riêng lớn của các tinh thể nano Fe3O4 thì khối lƣợng chất thải gắn liền với loại bỏ arsen từ nƣớc đã giảm đáng kể. Tại Việt Nam, những nghiên cứu về Asen trong nƣớc ngầm đã đƣợc nghiên cứu từ lâu, tuy nhiên vào thời điểm trƣớc đây số lƣợng mẫu cịn ít, mức độ ơ nhiễm chƣa cao nên vấn đề Asen chƣa đƣợc quan tâm. Gần đây, với sự hợp tác của các tổ chức quốc tế, các cơ quan nghiên cứu đã tiến hành điều tra khảo sát sơ bộ về tình hình ơ nhiễm Asen trong nƣớc ngầm và đã cĩ những nghiên cứu nhƣ: - Nghiên cứu xử lý Asen trong nƣớc ngầm ở một số vùng nơng thơn bằng hydroxyt sắt (III) của Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Ngọc Anh (tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Cơng Nghệ 26 (2010)165-171. - Cơ chế gây độc của Arsen và khả năng giải độc Arsen của vi sinh vật của Trần Thị Thanh Hƣơng, Trần Quốc Tuấn ( hội thảo Mơi trƣờng và Phát triển bền vững, vƣờn Quốc gia Cơn đảo 18/06/ 2010- 20/06/2010) - Tổng hợp vật liệu sắt hydroxit trên nền silicagel nhằm hấp phụ và loại bỏ Asen trong nƣớc ngầm của Vƣơng Thị Luyến, Nguyễn Thanh Tùng, Trần Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thy Phƣơng ( khoa Hĩa học- Trƣờng ĐH Khoa học Tự Nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội ) 5
8. 1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CỊN TỒN TẠI Việc nghiên cứu và tìm ra giải pháp xử lý Arsen đang đƣợc mở rộng. Đặc biệt, việc lựa chọn các vật liệu hấp phụ Arsen cĩ hiệu quả và tiết kiệm kinh tế và ƣu tiên lựa chọn hàng đầu. Dựa trên tất cả các yếu tố trên chúng tơi quyết định thực hiện đề tài “ Nghiên cứu hấp phụ Arsen (V) bằng vỏ xồi “ với mong muốn cĩ thể nghiên cứu ra đƣợc một loại vật liệu mới thân thiện với mơi trƣờng và cĩ thể loại bỏ Arsen trong nƣớc ngầm, nƣớc sinh hoạt để tiến tới áp dụng vào thực tiễn giúp giải quyết tình trạng ơ nhiễm Arsen nhƣ hiện nay. Nguyên liệu vỏ xồi là nguồn nguyên liệu dễ kiếm, giá thành rẻ. Trƣớc đây trong các ngành chế biến thực phẩm từ xồi, vỏ xồi thƣờng đƣợc thải bỏ, hoặc chỉ làm phân hữu cơ cho cây trồng, nếu việc nghiên cứu thành cơng khả năng hấp phụ Arsen (V) của vỏ xồi sẽ mang lại nguồn kinh tế rất lớn, tận dụng đƣợc nguồn phế liệu từ các quá trình chế biến thực phẩm. Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tƣơng tự chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều ở nƣớc ta. 6
9. PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI: Nghiên cứu PH tối ƣu, sự phụ thuộc của lƣợng Arsen đƣợc hấp phụ tối ƣu vào nhiệt độ, thời gian hấp phụ Arsen của vật liệu hấp phụ làm từ vỏ xồi 2.1.1 Tìm Hiểu Về Arsen : 2.1.1.1 Tính chất chung: Asen trong nƣớc khơng màu, khơng mùi, khơng vị, khĩ phân hủy. Tên thƣờng gọi Thạch tín. Mang nhiều độc tính tƣơng tự nhƣ 1 số kim loại nặng nhƣ chì và thủy ngân.Vỏ trái đất chỉ chứa 1 hàm lƣợng rất nhỏ thạch tín (0,0001%) nhƣng lại phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Arsen là một á kim cĩ tính chất gần với các kim loại, nĩ cĩ nhiều dạng hình thù: anpha-màu vàng (phân tử phi kim) , beta-màu đen, gama-màu xám (á kim). Ba dạng cĩ tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng đƣợc tìm thấy trong tự nhiên (các khống vật asen sensu stricto và hiếm hơn là asenolamprit cùng parasenolamprit), nhƣng nĩi chung nĩ hay tồn tại dƣới dạng các hợp chất asenua và asenat. Hình 2.1: Vị trí nguyên tố Arsen trong bảng hệ thống tuần hồn 2.1.1.2 Một số thơng số vật lý : Số nguyên tử: 33 Nguyên tử lƣợng: 74., 92160 Bán kính nguyên tử: 1,21 A0 Tỷ trọng: 5,7 g/ cm3 Độ dẫn điện: 30 µΩ.cm Năng lƣợng ion hĩa thứ nhất: 9,81 eV Nhiệt độ nĩng chảy: 1090 K ( 8170C ) Nhiệt độ sơi: 887 K ( 6140 C ) 7