Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA
-------------------

Họ và tên sinh viên

: Huỳnh Thị Thanh Thuyền

Lớp

: 12SHH

Đề Tài
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ VỎ TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP
PHỤ ION Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm

Đà Nẵng - 2016



ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA
-------------------

Đề Tài
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ VỎ TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP
PHỤ ION Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm

Sinh viên thực hiện

:

Huỳnh Thị Thanh Thuyền

Lớp

:

12SHH

Giáo viên hướng dẫn :

TS. Đinh Văn Tạc

Đà Nẵng - 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA


NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thị Thanh Thuyền
Lớp: 12SHH
1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu và khảo sát khả năng
hấp phụ ion Pb2+ trong môi trường nước
2. Thiết bị, nguyên liệu và hóa chất:
Thiết bị và dụng cụ :
- Máy khuấy từ
- Máy sấy MEMERT (Đức)
- Cân phân tích MYWEIGH i201 (Mỹ)
- Máy đo phổ hồng ngoại (IR)
- Máy đo pH cầm tay điện tử hiện số
- Máy chụp SEM JSM 6490 – JEOL – Japan
- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) - peckin Elmer AAS 800
Và các dụng cụ thí nghiệm khác như: cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình định
mức, bình tam giác, ống đong, pipet, giấy lọc,…
Nguyên liệu và hóa chất:
- Vỏ trấu đã được phơi khô
- Axit citric
- Nước cất
- Dung dịch NH3
- HNO3 đặc
- Pb(NO3)2.
- Các hóa chất thông dụng khác, các hóa chất sử dụng thuộc loại tinh khiết
phân tích.


3. Nội dung nghiên cứu:
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ của vỏ trấu biến
tính: pH, thời gian, nồng độ ion kim loại, hàm lượng chất hấp phụ.
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Văn Tạc
5. Ngày giao đề tài: Ngày… tháng 8 năm 2015
6. Ngày hoàn thành: Ngày… tháng 2 năm 2016
Chủ nhiệm khoa
(Kí và ghi rõ họ tên)

Giáo viên hướng dẫn
(Kí và ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày … tháng… năm 2016
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày .. tháng … năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Kí và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô
giáo khoa Hóa Học và phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa Học – trường Đại Học Sư
Phạm Đà Nẵng đã tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em
hoàn thành khóa luận này. Đặc biệt trong bài khóa luận của mình, em xin chân
thành cảm ơn TS. Đinh Văn Tạc đã giao đề tài và giúp đỡ em tận tình chu đáo,
đầy tâm huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện khóa luận.
Em xin được cảm ơn các anh chị, các bạn cũng như các đơn vị đo mẫu thí
nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác giúp đỡ em trong quá trình làm thực
nghiệm.
Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức
của em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ. Do vậy việc mắc phải những sai sót là điều
không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy
cô và các bạn để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe !
Trân trọng !
Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2016
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thị Thanh Thuyền


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................4
1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................................4
1.1.1. Đại cương về kim loại nặng .......................................................................4
1.1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước ............................................................4
1.1.3. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe con người ...............5
1.1.3.1. Tính chất độc hại của chì ....................................................................6
1.1.3.2. Tính chất độc hại của Cadimi .............................................................6
1.1.3.3. Tính chất độc hại của crom .................................................................7
1.1.3.4. Tính chất độc hại của niken ................................................................7
1.1.3.5. Tính chất độc hại của kim loại đồng ...................................................8
1.1.3.6. Tính chất độc hại của Mangan ............................................................9
1.1.4. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng ......................9
1.2. Tổng quan về kim loại chì ............................................................................10
1.2.1. Khái niệm chung về chì ...........................................................................10
1.2.2. Tính chất vật lí .........................................................................................11
1.2.3. Tính chất hóa học.....................................................................................12
1.2.4. Ứng dụng .................................................................................................13
1.3. Axit citric .......................................................................................................16
1.3.1. Cấu tạo phân tử ........................................................................................16
1.3.2. Tính chất vật lí .........................................................................................17
1.3.3. Tính chất hóa học.....................................................................................17
1.3.4. Trạng thái tự nhiên ...................................................................................17
1.3.5. Điều chế ...................................................................................................18
1.3.6. Ứng dụng .................................................................................................18
1.4. Giới thiệu về sự hấp phụ ..............................................................................18
1.4.1. Các khái niệm ..........................................................................................18


1.4.2. Động học hấp phụ ....................................................................................21
1.4.2.1. Mô hình động học hấp phụ ...............................................................21
1.4.2.2. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ.......................................................22
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ..........................................24
1.5. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ vỏ trấu ........................................................25
1.5.1. Thành phần chính của vỏ trấu ..................................................................27
1.5.2. Một số phụ phẩm nông nghiệp khác có thể làm VLHP...........................28
1.6. Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .....................................................................29
1.6.1. Nguyên tắc ...............................................................................................29
1.6.2. Phương pháp đường chuẩn ......................................................................31
1.7. Phổ IR và SEM .............................................................................................31
1.7.1. Phổ hồng ngoại (IR).................................................................................31
1.7.2. Ảnh SEM .................................................................................................32
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............33
2.1. Thiết bị và nguyên liệu, hóa chất ................................................................33
2.1.1. Thiết bị .......................................................................................................33
2.1.2. Nguyên liệu và hóa chất ..........................................................................33
2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................33
2.2.1. Biến tính vỏ trấu bằng axit citric .............................................................33
2.2.1.1. Cơ sở lí thuyết của phương pháp biến tính .......................................34
2.2.1.2. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ trấu ...............................34
2.2.2. Khảo sát một số đặc tính hóa lí của vỏ trấu chưa biến tính và vỏ trấu đã
biến tính .............................................................................................................34
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ của vỏ
trấu biến tính ......................................................................................................35
2.2.3.1. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu ban đầu và vật liệu hấp phụ đã được
hoạt hoá ...........................................................................................................35


2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của
VLHP .............................................................................................................35
2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của
VLHP .............................................................................................................35
2.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp
phụ ion Pb2+của VLHP...................................................................................36
2.2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ
ion Pb2+của VLHP..........................................................................................36
2.2.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ ............................................36
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................38
3.1. Đặc trưng bề mặt của VLHP .......................................................................38
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+..............39
3.2.1. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu ban đầu và vật liệu hấp phụ đã được hoạt
hoá ......................................................................................................................39
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+...................39
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP .....41
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
ion Pb2+của VLHP .............................................................................................42
3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion
Pb2+của VLHP ...................................................................................................43
3.3. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+..............................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................49


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Nước bị ô nhiễm kim loại nặng ..................................................................5
Hình 1.2. Quặng chì .................................................................................................11
Hình 1.3. Bình ăcquy ................................................................................................13
Hình 1.4. Súng chì ....................................................................................................14
Hình 1.5. Pha lê ........................................................................................................15
Hình 1.6. Tranh sơn dầu pha chì (sơn chì) ..............................................................16
Hình 1.7. Công thức cấu tạo của axit citric .............................................................16
Hình 1.8. Cây lúa......................................................................................................26
Hình 1.9. Vỏ trấu ......................................................................................................27
Hình 3.1. Ảnh SEM của vật liệu chưa hoạt hóa....................................................... 38
Hình 3.2. Ảnh SEM của vật liệu hoạt hóa ................................................................38
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+.................................40
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ .......................41
Hình 3.5. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ .........43
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ ....44
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ của VLHP.........................45
Hình 3.8. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính ............................46
Hình 3.9. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich dạng tuyến tính ..........................47


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Giới hạn nồng độ ô nhiễm trong nước thải công nghiệp .........................10
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng lúa tại Việt Nam giai đoạn 2005-2012 ..27
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của vỏ trấu ..............................................................28
Bảng 3.1. Hiệu suất hấp phụ Pb2+ ở các nồng độ khác nhau đối với vật liệu chưa hoạt hóa
và hoạt hóa ................................................................................................................. 39
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ .................................40
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ ........................41
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ ......42
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+.....44
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến dung lượng hấp phụ của VLHP
...................................................................................................................................45


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Do sự phát triển không bền vững mà hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nước
đang trở thành vấn nạn của nhiều quốc gia. Ở nước ta, quá trình phát triển các khu
công nghiệp, các khu chế xuất đã góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và
sản xuất công nghiệp, góp phần hình thành các khu đô thị mới, giảm khoảng cách
về kinh tế giữa các vùng,… Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế
là những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do các khu công nghiệp gây ra.
Môi trường sống của chúng ta hiện nay càng biến đổi mạnh mẽ. Các hoạt động công
nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, hoạt động khai khoáng ngày
càng tăng là nguyên nhân làm cho môi trường bị phá hủy trầm trọng, làm cho nhiệt
độ trái đất tăng, lỗ thủng tầng ozon ngày càng lớn, mưa axit, nghịch đảo nhiệt,… Ô
nhiễm môi trường, trong đó vấn đề về ô nhiễm nguồn nước đang là vấn đề bức xúc
của toàn cầu.
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về
chất lượng. Nhưng ngày nay tình trạng suy thoái nước và ô nhiễm nguồn nước đang
phổ biến ở các khu vực đô thị và các thành phố lớn. Không ít nguồn nước do tác
động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi
khuẩn gây bệnh, nhất là các chất độc hại như kim loại nặng.
Nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm trên là do nước thải sinh hoạt, nước thải của
các sông nhánh không được xử lý, chất thải của các cơ sở công nghiệp nhỏ và tiểu
thủ công đều trực tiếp hoặc gián tiếp thải vào các dòng sông gây ra hiện tượng ô
nhiễm nguồn nước nặng nề.
Có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách loại
các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước. Một trong các phương pháp đang được
nhiều người quan tâm hiện nay là tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp
làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại. Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng
nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân
độc hại khác. Một trong các nguồn phụ phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn ở nước


2

ta là vỏ trấu. Vỏ Trấu với thành phần chính là các polymer như cenlulose,
hemicenlulose, pectin, lignin và protein rất thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi
tạo ra các vật liệu hấp phụ để tách loại các ion kim loại nặng. Mặt khác Việt Nam là
một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào việc
chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm xử lý nước thải còn ít được quan tâm.
Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
hấp phụ từ vỏ trấu và khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ trong môi trường
nước”.
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố : pH, thời gian, nồng độ của ion kim
loại, hàm lượng VLHP đến sự hấp phụ Pb2+ trên vật liệu được chế tạo.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Vỏ trấu.
- Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương pháp hóa học để biến tính vỏ trấu.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vỏ trấu biến tính, từ đó so
sánh khả năng hấp phụ với vỏ trấu chưa biến tính.
4. Phương pháp nghiên cứu
a. Nghiên cứu lý thuyết
- Tổng quan tài liệu về:
+ Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng và kim loại chì
+ Các phương pháp hấp phụ và các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ.
+ Giới thiệu về vật liệu hấp phụ vỏ trấu.
+ Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
+ Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
+ Ảnh hưởng của sự ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe con người
b. Phương pháp thực nghiệm
+ Thu gom và xử lý mẫu vỏ trấu


3

+ Khảo sát đặc tính hóa lý của vỏ trấu: SEM
+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ bằng vỏ trấu
biến tính: pH, thời gian, nồng độ của ion kim loại, hàm lượng VLHP.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
- Đề tài nghiên cứu góp phần làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyên
ngành hóa – môi trường.
- Tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải chế tạo vật liệu hấp phụ góp phần
giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường.
6. Bố cục đề tài
Khóa luận gồm có 48 trang, bao gồm các phần:
Mở đầu (3 trang)
Chương 1: Tổng quan lý thuyết (29 trang)
Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu (5 trang)
Chương 3: Kết quả và bàn luận (10 trang)
Kết luận và kiến nghị (1 trang)


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
1.1.1. Đại cương về kim loại nặng
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có khối lượng riêng lớn và
thường có tính độc đối với sự sống. Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ô
nhiễm môi trường. Nguồn gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên hoặc từ
hoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp, nông nghiệp và hàng hải,…
Có một số kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp
chất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua
của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán
vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất. Sau đó qua nhiều giai đoạn
khác nhau đi vào chuỗi thức ăn của con người. Khi đã nhiễm vào cơ thể, kim loại
nặng có thể tích tụ lại trong các mô. Đồng thời với quá trình đó cơ thể lại đào thải
kim loại nặng. Nhưng các nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim loại nặng thường
nhanh hơn tốc độ đào thải rất nhiều.
1.1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước
Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v... thường không
tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể sinh vật và thường tích
luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại đối với sinh vật.
Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần
các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm
kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một
số trường hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật.


5

Hình 1.1. Nước bị ô nhiễm kim loại nặng
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi
trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý
không đạt yêu cầu. Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi
trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn
thâm nhập vào cơ thể người. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm
vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác. Ðể hạn chế ô
nhiễm nước, cần phải tăng cường biện pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý
tốt vật nuôi trong môi trường có nguy cơ bị ô nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng
nguồn nước thải.
1.1.3. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe con người
Ở hàm lượng nhỏ một số kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng cần thiết cho
cơ thể người và sinh vật phát triển bình thường, nhưng khi có hàm lượng lớn chúng
lại thường có độc tính cao. Khi được thải ra môi trường, một số hợp chất kim loại
nặng bị tích tụ và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới
tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng
có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại
nặng có mặt trong nước, đất qua nhiều giai đoạn khác nhau trước sau cũng đi vào
chuỗi thức ăn của con người. Khi nhiễm vào cơ thể, kim loại nặng tích tụ trong các


6

mô, tác động đến các quá trình sinh hóa (các kim loại nặng thường có ái lực lớn với
nhóm -SH-SCH3 của enzim trong cơ thể, vì thế các enzim bị mất hoạt tính, cản trở
quá trình tổng hợp protein của cơ thể). Ở người, kim loại nặng có thể tích tụ vào nội
tạng như gan, thận, xương khớp gây nhiều căn bệnh nguy hiểm như ung thư, thiếu
máu, ngộ độc,.... Dưới đây là tác động của một số kim loại nặng đến con người.
1.1.3.1. Tính chất độc hại của chì
Chì và các hợp chất của chì đều rất độc hại đối với con người và động vật. Nó
xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu là theo con đường tiêu hóa, hô hấp. Khi mỗi
ngày tiếp xúc một lượng chì cao (> 10mg Pb/ngày ) trong vài tuần sẽ gây nhiễm độc
nặng. Ăn 1g Pb/lần sẽ chết ngay. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp
hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ. Sự nhiễm độc chì có thể gây ra nhiều bệnh
như: giảm trí thông minh, bệnh về máu, thận, tiêu hóa, bệnh ung thư,….
Chì vào cơ thể cùng thức ăn, đi vào máu, rồi đi đến các mô thay thế canxi và
tích lũy ở xương. Đặc biệt đối với phụ nữ mang thai, chì vận chuyển vào bào thai dễ
dàng trong suốt thời kỳ mang thai.
1.1.3.2. Tính chất độc hại của Cadimi
Do thấm vào nhiều tầng địa chất khác nhau, nước ngầm thường chứa hàm
lượng cadimi nhiều hơn nước mặt. Ngoài ra Cadimi có mặt trong nguồn nước khi bị
nhiễm nước thải công nghiệp khai thác mỏ, nước rỉ bãi rác. Cadimi có thể xuất hiện
trong đường ống thép tráng kẽm nếu xảy ra hiện tượng ăn mòn.
Trong thiên nhiên, cadimi là nguyên tố ít phổ biến và thường tồn tại trong các
khoáng vật. Gần một nửa lượng cadimi hàng năm trên thế giới dùng để mạ thép,
phần còn lại dùng để chế tạo hợp kim, làm pin khô và ăcquy.
Cadimi xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu do ăn uống các nguồn từ thực vật
được trồng trên đất giàu cadimi hoặc nước bị nhiễm cadimi. Khi xâm nhập vào cơ
thể, chúng được tích tụ trong xương và thận. Trong cơ thể người, cadimi gây nhiễu
loạn sự hoạt động của một số enzym nhất định, gây nên hội chứng tăng huyết áp và
ung thư phổi, làm rối loạn chức năng thận, gây thiếu máu, phá hủy tủy xương.


7

Cadimi có tác động xấu đến thận. Khi bị nhiễm độc cao có khả năng gây ói
mữa. Tiêu chuẩn nước uống quy định Cadimi nhỏ hơn 0,003 mg/l.
1.1.3.3. Tính chất độc hại của crom
Crom có mặt trong nguồn nước khi bị nhiễm nước thải công nghiệp khai thác
mỏ, xi mạ, thuộc da, thuốc nhuộm, sản xuất giấy và gốm sứ.
Crom nguyên chất là kim loại óng ánh, màu trắng xám. Crom nguyên chất rất
dẻo, nhưng hợp kim của nó với một số kim loại khác dùng trong kỹ thuật lại là
những hợp kim rất cứng, vì vậy người ta thường đưa crom vào thép để tăng độ
cứng, độ bền nhiệt, chống ăn mòn cho các loại thép hợp kim đặc biệt.
Nước thải từ công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt các
nhiên liệu hóa thạch… là nguồn gốc gây ô nhiễm crom. Crom có thể có mặt trong
nước mặt và nước ngầm. Crom trong nước thải thường gặp ở dạng Cr(III) và
Cr(VI). Crom hóa trị (VI) có độc tính mạnh hơn Crom hóa trị (III) và tác động xấu
đến các bộ phận cơ thể như gan, thận, cơ quan hô hấp. Nhiễm độc cấp tính có thể
gây xuất huyết, viêm da, u nhọt. Crom được xếp vào chất độc nhóm 1 (có khả năng
gây ung thư cho người và vật nuôi). Tiêu chuẩn nước uống quy định crom nhỏ hơn
0,05 mg/l.
Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba đường: Hô hấp, tiêu hóa và da. Qua nghiên
cứu thấy rằng crom có vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa glucozo. Tuy nhiên
với hàm lượng crom cao crom có thể kết tủa protein, các axit nucleic và ức chế hệ
thống enzym cơ bản. Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, viêm da
tiếp xúc, loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi…
1.1.3.4. Tính chất độc hại của niken
Niken là kim loại có màu trắng bạc, dễ rèn, dễ dát mỏng, được ứng dụng rộng
rãi trong công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản xuất thủy tinh, gốm, sứ. Niken có
nhiều trong huyết tương người.


8

Niken thường có mặt trong các chất sa lắng, trầm tích, trong thủy hải sản và
trong một số thực vật. Niken ít khi hiện diện trong nước, ngoại trừ bị ô nhiễm từ
nguồn nước thải của ngành điện tử, gốm sứ, ăcquy, sản xuất thép.
Niken có độc tính thấp và không tích lũy trong các mô. Niken là kim loại có
tính linh động cao trong môi trường nước, có khả năng tạo phức bền với các chất
hữu cơ. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng niken nhỏ hơn
0,02 mg/l.
Niken có thể gây bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ung thư đường hô
hấp,… Khi bị nhiễm độc niken, các enzym mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp
protein của cơ thể. Cơ thể bị nhiễm niken chủ yếu qua đường hô hấp, gây các triệu
chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng tới phổi, hệ
thần kinh trung ương, gan, thận và có thể gây ra các chứng bệnh kinh niên. Nếu da
tiếp xúc lâu với niken sẽ gây hiện tượng viêm da, hiện tượng dị ứng ở một số người.
1.1.3.5. Tính chất độc hại của kim loại đồng
Đồng hiện diện trong nước do hiện tượng ăn mòn trên đường ống và các dụng
cụ thiết bị làm bằng đồng hoặc đồng thau. Các loại hóa chất diệt tảo được sử dụng
rộng rãi trên ao hồ cũng làm tăng hàm lượng đồng trong nguồn nước. Trong công
nghiệp, đồng là kim loại màu quan trọng nhất, được dùng chủ yếu trong công nghiệp
điện, ngành thuộc da, công nghiệp nhuộm, y học,…Nước thải từ nhà máy luyện kim,
xi mạ, thuộc da, sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ hay phim ảnh cũng góp phần làm
tăng lượng đồng trong nguồn nước.
Đồng không tích lũy trong cơ thể nhiều đến mức gây độc. Ở hàm lượng 1-2
mg/l đã làm cho nước có vị khó chịu, và không thể uống được khi nồng độ cao từ 58 mg/l. Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng đồng nhỏ hơn
2 mg/l.
Đồng là kim loại màu đỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, khó nóng chảy, được phân bố
rộng rãi trong tự nhiên và là nguyên tố quan trọng.
Đồng có một lượng bé trong thực vật và động vật. Trong cơ thể người, đồng có


9

trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở gan. Sự thiếu đồng
gây ra thiếu máu. Khi cơ thể bị nhiễm độc đồng có thể gây một số bệnh về thần kinh,
gan, thận, lượng lớn hấp thụ qua đường tiêu hoá có thể gây tử vong.
1.1.3.6. Tính chất độc hại của Mangan
Mangan là kim loại màu trắng, cứng, khó nóng chảy. Trong tự nhiên là nguyên
tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ ba trong các kim loại chuyển tiếp. Gần 95%
mangan được dùng để chế tạo thép trong ngành luyện kim.
Mangan là nguyên tố vi lượng trong cơ thể sống. Ion mangan là chất hoạt hoá
một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo chất diệp lục, tạo máu và sản xuất kháng
thể nâng cao sức đề kháng trong cơ thể.
Mangan thường tồn tại trong nước cùng với sắt nhưng hàm lượng ít hơn. Khi
trong nước có chứa mangan thường tạo lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và
đáy bồn chứa. Mangan có độc tính thấp và không gây ung thư, song ở hàm lượng
cao hơn 0,15 mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần áo. Sự tiếp xúc nhiều
với bụi mangan làm suy nhược hệ thần kinh.
1.1.4. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng
TCVN 24: 2009/BTNMT quy định nồng độ chì trong nước thải công nghiệp như
sau:


10

Bảng 1.1. Giới hạn nồng độ ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
Giá trị giới hạn C
Nguyên tố

Đơn Vị
A

B

Chì

mg/l

0,1

0,5

Cadimi

mg/l

0,005

0,01

Crom(IV)

mg/l

0,05

0,1

Crom(III)

mg/l

0,2

1

Đồng

mg/l

2

2

NiKen

mg/l

0,2

0,5

Mangan

mg/l

0,5

1

Trong đó:
Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm
bằng hoặc nhỏ hơn gái trị qui định trong cột A có thể đổ vào các khu vực nước
thường được dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt.
Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn
hơn giá trị qui định trong cột A nhưng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị qui định trong cột
B thì được đổ vào các vực nước nhận thải khác như: các vực nước dùng trong giao
thông, thủy lợi, tưới tiêu trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản,…trừ các thủy vực qui
định ở cột A.
1.2. Tổng quan về kim loại chì
1.2.1. Khái niệm chung về chì
Chì là một nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố
hóa học, kí hiệu hóa học là Pb và có số hiệu nguyên tử là 42. Chì chỉ có hai trạng
thái oxi hóa bền là Pb(II) và Pb(IV), có bốn đồng vị là

204

Pb,

206

Pb,

207

Pb và

208

Pb.

Hàm lượng chì trong vỏ trái đất vào khoảng 0,0016%. Chì là kim loại nặng, có tính


11

mềm, dễ dát mỏng nên được sử dụng nhiều trong công nghiệp và cuộc sống ngay từ
xa xưa.

Hình 1.2. Quặng chì
Khi tiếp xúc ở mức độ nhất định, chì là chất độc đối với động vật và con
người, nó gây tổn thương cho hệ thần kinh và gây rối loạn não. Tiếp xúc ở mức độ
cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật. Giống như thủy ngân, chì là chất độc thần
kinh tích tụ trong mô mềm và trong xương. Nhiễm độc chì đã được ghi nhận từ thời
La Mã cổ đại, Hy Lạp cổ đại và Trung Quốc cổ đại.
1.2.2. Tính chất vật lí
Chì là kim loại màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan trong
nước, không cháy, dẫn điện kém so với các kim loại khác. Chì rất mềm, dễ uốn, dễ
gia công, dùng dao cắt được và dễ nghiền thành bột. Chì được coi là mềm và nặng
nhất trong tất cả các kim loại thông thường. Chì nóng chảy ở nhiệt độ 327,4 oC; sôi
ở 1725oC; khối lượng riêng bằng 11,34g/cm3. Chì bay hơi ở khoảng 550-600oC, và
hơi chì rất độc có vị ngọt.
Chì có ánh kim nhìn thấy rõ khi mới cắt, nhưng ánh kim nhanh chóng mờ dần
khi để trong không khí ẩm. Chì dạng bột cháy cho ngọn lửa màu trắng xanh. Giống
như nhiều kim loại, bột chì rất mịn có khả năng bốc cháy trong không khí và khói


12

độc bốc ra khi cháy. Chì là kim loại rất độc, có ảnh hưởng quan trọng đến sức khỏe
con người và môi trường sinh thái.
1.2.3. Tính chất hóa học
Ở nhiệt độ thường, chì tác dụng với oxi của không khí tạo ra màng oxide bảo
vệ không cho kim loại tiếp tục bị oxi hóa. Khi đun nóng trong không khí, chì bị oxi
hóa đến hết tạo ra PbO.
2Pb + O2 →2PbO
Chì tác dụng được với các nguyên tố halogen.
2Pb + X2 → 2PbX
Khi đun nóng, chì tác dụng trực tiếp với lưu huỳnh tạo ta PbS.

Khi có mặt của oxi, chì có thể tác dụng với nước.
2Pb + 2H2O + O2 → 2Pb(OH)2
Chì chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit clohidric loãng và axit
sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan, nhưng với dung dịch đậm
đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan đã chuyển thành hợp chất
tan.
PbCl2 + 2HClđ → H2PbCl4
PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2
Với axit nitric ở bất kì nồng độ nào, chì đều tương tác tốt.
3Pb + 8HNO3đ → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Chì có thể tan được trong axit axetic và các axit hữu cơ khác.
2Pb + 4 CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O


13

1.2.4. Ứng dụng
Trong công nghiệp
Chì được sử dụng rất phổ biến, người ta đã thống kê thấy có tới 150 nghề và
hơn 400 quá trình công nghệ khác nhau sử dụng đến chì và các hợp chất của chúng.
Công nghiệp kĩ thuật điện: Chì được dùng làm pin, làm vỏ bọc dây cáp rất bền
chắc và dẻo dai. Một lượng chì khá lớn được dùng làm que hàn,…
Ngay từ năm 1859, nhà vật lý học Gaxton Plante người Pháp đã phát minh ra
nguồn điện hóa học đó là ăcquy chì. Hơn một trăm năm qua, trên thế giới đã sản
xuất một lượng lớn những công cụ đơn giản nhưng bền chắc để tích lũy năng lượng,
trong đó khoản một phần ba sản lượng chì trên thế giới được dùng vào việc sản xuất
ăcquy.

Hình 1.3. Bình ăcquy
Công nghiệp hóa chất: Để bảo vệ thiết bị khỏi sự ăn mòn, người ta mạ chì lên
bề mặt bên trong các buồng và các tháp sản xuất axit sunfuric, các ống dẫn, các bể
tẩy rửa và các bể điện phân,…
Công nghiệp nhiên liệu: Công nghiệp nhiên liệu là một ngành tiêu thụ rất
nhiều chì. Trong các động cơ xăng, phải nén hỗn hợp nhiên liệu trước khi đốt cháy
và nén càng mạnh thì động cơ làm việc càng kinh tế. Nhưng ở mức độ nén khá cao,
hỗn hợp nhiên liệu sẽ nổ chứ không cần chờ đến lúc được đốt cháy. Chỉ cần pha


14

thêm Chì tetraetyl vào xăng với một lượng nhỏ (chưa đến 1g/lít) là đủ ngăn chặn
hiện tượng nổ, buộc nhiên liệu phải cháy đều.
Trong một số ngành công nghiệp khác: Trong đời sống hằng ngày, chì là
thành phần trong các sản phẩm như sơn; các chất nhuộm màu; lưới đánh bắt cá;
cùng với sitibi và thiếc, chì đã có mặt trong các hợp kim chữ in để làm ra những con
chữ và các yếu tố khác của bộ chữ in sách báo. Ngoài ra chì còn bảo vệ rất tốt đáy
thuyền và các đinh thuyền bằng sắt khỏi bị gỉ.
Trong kỉ thuật quân sự: Chì được sử dụng để đúc đầu đạn. Trong lịch sử, có
rất nhiều dân tộc đã phát động các cuộc chiến tranh chính nghĩa để giành lại độc lập
và tự do, trong cuộc đấu tranh này thì vũ khí làm từ chì được sử dụng khá nhiều.
Người ta nói rằng: “Để bảo vệ vững chắc bờ cõi nước mình, không những phải có
thuốc súng trong kho đạn dược mà còn phải có chì”. Bởi vậy, ý nghĩa quân sự của
kim loại này rất lớn.

Hình 1.4. Súng chì
Trong ngành năng lượng học nguyên tử và kỉ thuật hạt nhân: Người

ta

sử

dụng các lá chắn bằng chì, các tấm thủy tinh mà trong đó có chứa chì oxit để ngăn
ngừa bức xạ phóng xạ. Chì dùng để ngăn cản tia rơngen, do đó người ta đã pha
thêm chì vào trong các bao tay hay áo choàng của bác sĩ điện quang để bảo vệ cơ


15

thể khỏi ảnh hưởng nguy hiểm của tia này. Trong các khẩu đại bác coban dùng để
điều trị các khối u ác tính, viên coban phóng xạ được giữ kín trong vỏ bọc bằng chì.
Trong nghệ thuật
Từ vài trăm năm nay, thế giới đã biết đến pha lê – một thứ thủy tinh trong
suốt, thế nhưng sự xuất hiện của pha lê lại liên quan đến chì. Năm 1653, những bậc
thầy nấu thủy tinh đã quyết định pha thêm chì vào cao thủy tinh để hạ thấp nhiệt độ
nóng chảy của nó. Bất ngờ thủy tinh mới này sáng lấp lánh như kim cương và phát
ra âm thanh kì ảo. Thủy tinh chì rất đẹp, tương tự như những tinh thể thạch anh và
được gọi là pha lê.

Hình 1.5. Pha lê
Từ thời xa xưa, người ta đã biết đến những chất màu chứa chì. Chẳng hạn, bột
chì trắng đã được biết đến từ ba ngàn năm về trước. Sau một thời gian, người ta
phát hiện ra bột chì trắng đem nung quá lửa sẽ tạo thành sơn chì màu đỏ tươi, người
ta gọi là hồng đơn. Tranh và tượng được vẽ bằng sơn chì sẽ bị tối màu dần theo thời
gian do ảnh hưởng của các tạp chất đihiđro-sunfua thường xuyên có mặt trong
không khí sẽ sinh ra chì sunfua có màu thẩm. Nhưng chỉ cần lau bằng một dung
dịch loãng nước oxi già hoặc giấm thì chất màu lại trở nên tươi sáng.


x

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×