Tài liệu Nghiên cứu sử dụng vật liệu mg al ldh zeolite xử lý các kim loại nặng cd2 và pb2 trong môi trường đất

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM –––––––––––––––––––– ĐÀM HÀ LƯƠNG THANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU MG/AL LDH – ZEOLITE XỬ LÝ CÁC KIM LOẠI NẶNG (Cd2+ VÀ Pb2+) TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT Ngành: Khoa học môi trường Mã số ngành: 8.64.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và nhóm nghiên cứu. Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả ĐÀM HÀ LƯƠNG THANH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc của mình tới TS. Trần Thị Phả - Cô đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn đề tài “Nghiên cứu xử lý một số lim loại nặng trong môi trường đất bằng vật liệu hấp phụ lưỡng cực Mg/Al LDH Zeolite” (Dưới đây viết tắt là đề tai, Mã số 105.08-2019.01) do GS.TS. Đặng Văn Minh, chủ trì. Đồng thời em xin cảm ơn TS. Văn Hữu Tập, cùng các anh chị phòng Thí nghiệm Tài nguyên – Môi trường, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên đã chỉ dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này, Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Môi trường cùng các thầy cô giáo khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm – Đại học Thái Nguyên đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2020 Tác giả ĐÀM HÀ LƯƠNG THANH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii MỤC LỤC ....................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ v DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... vii MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 2 3.1. Ý nghĩa khoa học ....................................................................................... 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................ 2 Chương 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài .......................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm đất ....................................................................... 3 1.1.2. Khái niệm về kim loại nặng .................................................................... 5 1.1.3. Sự phân chia các dạng kim loại............................................................. 17 1.2. Tình hình đất ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam ............. 19 1.2.1 Tình hình ô nhiễm KLN trên Thế giới ................................................... 19 1.2.2 Tình hình ô nhiễm KLN tại Việt Nam ................................................... 23 1.2.3. Tình trạng ô nhiễm KLN tại Thái Nguyên............................................ 24 1.3.1 Các nguyên tắc chính để xử lý đất bị ô nhiễm ....................................... 27 1.3.2 Các phương pháp truyền thống để xử lý đất bị ô nhiễm ........................ 28 1.3.3 Phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng vật liệu hấp phụ ....... 29 1.4. Tình hình sử dụng VLHP xử lý đất nhiễm KLN trên Thế giới và ở Việt Nam ................................................................................................................. 30 1.4. Zeolite....................................................................................................... 34 1.4.1. Sơ lược về lịch sử và sự phát triển của zeolite...................................... 34 1.4.2. Khái niệm về zeolite.............................................................................. 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv 1.4.3. Phân loại zeolite .................................................................................... 35 1.4.4. Cấu trúc của zeolite ............................................................................... 36 1.4.5. Tính chất zeolite .................................................................................... 37 1.4.6. Vật liệu hấp phụ Mg/Al LDH zeolite ................................................... 40 Chương 2.ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 42 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 42 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 42 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 43 2.2. Địa điểm và thời gian tiến hành ............................................................... 43 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 43 2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 43 2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu ............................................................... 43 2.4.2. Phương pháp lấy mẫu và gia công mẫu ................................................ 43 2.4.3. Trang thiết bị và hóa chất ...................................................................... 44 2.4.4. Các phương pháp phân tích ................................................................... 44 2.4.5. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 48 Chương 3. KẾT QUẢ.................................................................................... 49 3.1. Các tính chất cơ bản của đất thí nghiệm .................................................. 49 3.2. Các tính chất cơ bản của vật liệu hấp phụ Mg/Al LDH-Zeolite .............. 50 3.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của Mg/Al LDH Zeolite .............................. 51 3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg/Al LDH Zeolite.............................................................................................................. 51 3.3.2. Khả năng hấp phụ của vật liệu theo tỷ lệ phối trộn .............................. 54 3.3.3. Khả năng hấp phụ của vật liệu theo thời gian hấp phụ và ẩm độ duy trì57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 61 1. Kết luận ....................................................................................................... 61 2. Kiến nghị ..................................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Nguồn đưa Cd vào đất .................................................................... 13 Bảng 1.1. Hàm lượng KLN trong một số loại đất ở khu mỏ Songcheon ....... 21 Bảng 1.2. Kết quả phân tích mẫu kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu ....... 26 Bảng 2.1: Phương pháp chiết 5 dạng KLN ..................................................... 45 Bảng 3.1. Các chỉ tiêu lý hóa của đất nền ....................................................... 49 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ KLN của Mg/Al LDH zeolit ................................................................................................................ 52 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến khả năng hấp phụ Cd của Mg/Al LDH zeolit ....................................................................................................... 54 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng hấp phụ Cd của Mg/Al LDH zeolit ....................................................................................................... 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc sơ cấp của zeolite ............................................................. 36 Hình 1.2: Cấu trúc thứ cấp của zeolite ............................................................ 36 Hình 3.1: Kết quả phân tích SEM (a) và EDX (b) của Mg/Al LDH zeolit .... 50 Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cd của Mg/Al LDH zeolite .............................................................................................................. 52 Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Pb của Mg/Al LDH zeolite .............................................................................................................. 53 Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến khả năng hấp phụ Cd của Mg/Al LDH zeolite .............................................................................................................. 55 Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ trộn đến khả năng hấp phụ Pb của Mg/Al LDH zeolite .............................................................................................................. 56 Hình3.6: Ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng hấp phụ Cd của Mg/Al LDH zeolite ..................................................................................................... 58 Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng hấp phụ Pb của Mg/Al LDH zeolite ..................................................................................................... 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CEC: Dung tích trao đổi cation KLN: Kim loại nặng LDH: Vật liệu hydroxit lớp kép OC: Chất hữu cơ trong đất QCVC: Quy chuẩn Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TPCG: Thành phần cơ giới VLHP: Vật liệu hấp phụ WHO: Tổ chức Y tế Thế giới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay ô nhiễm kim loại nặng trong đất đang là một trong những vấn đề môi trường gây nhiều bức xúc. Hậu quả do kim loại nặng gây ra được phản ánh trực tiếp từ “sức khỏe” cây trồng, vật nuôi…đặc biệt thông qua chuỗi thức ăn, kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể con người và gây ra những hậu quả khó lường. Trước thực trạng đó đã có nhiều các nghiên cứu được thực hiện với với mục đích hạn chế, làm giảm hàm lượng kim loại nặng xuất hiện trong môi trường đất. Tuy nhiên trên thực tế chúng ta nhận thấy rằng, quá trình xử lý kim loại nặng trong đất phức tạp và tốn kém rất nhiều lần so với xử lý kim loại nặng trong môi trường nước và không khí. Chì (Pb) và Cadimi (Cd) là hai kim loại có tính độc hại lớn cho con ngườivà hệ sinh thái khi nó vượt quá ngưỡng cho phép và trong một số điều kiện môi trường nhất định. Pb có trong tự nhiên, đặc biệt là các khu mỏ Pb, Pb-Zn và trong các sản phẩm hằng ngày như xăng, sản xuất ắc quy, các làng nghề. Trong điều kiện bình thường của môi trường tự nhiên, Pb ở trạng thái bền vững nên trong nước, thực vật, sinh vật thường có hàm lượng chì rất thấp. Chỉ trong môi trường nhất định hoặc do tác nhân nhân tạo thì Pb mới ở dạng trao đổi. Trong đất, nếu Pb tồn tại ở dạng trao đổi thì nguy cơ bị rửa trôi làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và các thủy vực nước mặt là rất lớn. Cadimi (Cd) tồn tại trong đá và đất với hàm lượng rất nhỏ, nhưng khả năng tích lũy lâu dài trong đất và đi vào cơ thể sinh vật của nó gây ra sự gia tăng liên tục của hàm lượng kim loại độc hại này trong hệ sinh thái. Cd đi vào đất chủ yếu qua các hoạt động của con người như khai khoáng, các ngành công nghiệp mạ, bón phân trong nông nghiệp, đốt nhiên liệu, giao thông, dùng bùn thải… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2 Mặc dù ảnh hưởng của Pb và Cd đến con người, hệ sinh thái rất lớn nhưng hầu hết hàm lượng phát thải của chúng vào môi trường từ hoạt động nhân tạo lại không có sự suy giảm mà càng gia tăng. Tuy nhiên, hiện nay chưa có nhiều các nghiên cứu để hấp phụ các kim loại Cd và Pb bằng những vật liệu hấp phụ tự nhiên, nhân tạo nhằm ngăn chặn kim loại xâm nhập vào cây trồng. Trước thực tế đó nhóm chúng tôi đi sâu nghiên cứu theo hướng: bổ sung cho đất các vật liệu tự nhiên hoặc đã biến tính có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong đất, không cho chúng di chuyển vào cây trồng. Các vật liệu tự nhiên được dùng trong xử lý kim loại nặng như: zeolit, bentonite, tro bay, diatomit, than bùn trong bã thải thủy sản…Trong đó zeolite là vật liệu được quan tâm nhất. Với hướng đi mới này có thể tiết kiệm được chi phí, thân thiện môi trường và khả năng áp dụng vào thực tiễn cao. Do đó, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu Mg/Al LDH – Zeolite xử lý các kim loại nặng(Cd2+ và Pb2+) trong môi trường đất" 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá khả năng hấp phụ của VLHP Mg/Al LDH Zeolite đối với Cd và Pb linh động trong đất đất bạc màu ở mức độ ô nhiễm cao. - Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ ion KLN của vật liệu hấp phụ Mg/Al LDH Zeolite. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học - Đánh giá khả năng hấp phụ Cd và Pb của đất xám bạc màu ở mức ô nhiễm cao của VLHP Mg/Al LDH zeolite - Đưa ra được một phương pháp mới để xử lý đất nhiễm chì và cadimi ở mức ô nhiễm cao 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Các kết quả thu được là cơ sở để tiếp tục thực nghiệm sử dụng Mg/Al LDH Zeolite trong xử lý đất nhiễm chì và cadimi ở mức ô nhiễm cao, cải tạo đất nông nghiệp ô nhiễm kim loại nặng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm đất Theo Bách khoa toàn thư Việt Nam, ô nhiễm đất là thuật ngữ chỉ sự làm biến đổi thành phần, tính chất của đất gây ra bởi những tập quán phản vệ sinh của các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp do thải bỏ các chất cặn bã lỏng và đặc vào đất. Môi trường đất là nơi trú của ngụ con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con người. Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm con người. Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hóa như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, diện tích đất bình quân đầu người ngày càng giảm. Đất là nơi tiếp nhận lại một số lượng lớn các sản phẩm phế thải của sinh hoạt, các sản phẩm phế thải của con người, của động vật, do các ngành công nghiệp và giao thông vận tải,... nguyên nhân gây ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng của các chất chất gây ô nhiễm không khí lắng xuống đất (theo nước mưa)... Các nguồn chính gây ô nhiễm đất là: các vi khuẩn, kí sinh trùng phát sinh do việc sản xuất chăn nuôi không hợp vệ sinh, dùng phân tươi bón cây, v.v, các loại chất thải rắn, phòng xạ, nhựa dẻo, bao bì nilon, kim loại, amiang phát sinh từ các nguồn thải công nghiệp đưa vào đất, các loại hóa chất độc hại sinh ra do sự phân hủy các loại hóa chất sử dụng trong nông nghiệp (như Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 4 thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích tăng trường,...) ngấm vào đất (Lê Huy Bá, 2006) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 5 1.1.2. Khái niệm về kim loại nặng Theo tác giả Hawkes kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng > 5g/cm3, trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố kim loại nặng. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, chỉ có một sô nguyên tốt cần thiết cho sinh vật, đó là các nguyên tố vi lượng như Cu, Mn, Zn,... Các nguyên tố này là phần thiết yếu trong một số enzym và cấu trúc của cơ thể sinh vật, khi thừa hay thiếu các nguyên tố này đều trở nên bất lợi cho sinh vật. 1.1.2.1. Giới thiệu chung về nguyên tố chì (Pb) (Hoàng Nhâm, 2001; Lương Thị Thúy Vân, 2012; Nguyễn Đức Vận, 2004) - Tính chất lý-hóa học của nguyên tố chì Chì (Pb) thuộc nhóm ICA trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Chì có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bống đồng vì là 204 Pb, 206Pb, 207Pb, và 208Pb,. Trong môi trường axit nó tồn tại dưới dạng ion Pb2+ trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Chỉ có trong tự nhiên dưới dạng khoáng Sunfua Galen, khoáng Cacbonate-Cerussite và Sunfat Anglessite. Trong đất có một lượng nhỏ chì, sự hòa tan của chì trong đất tăng lên do quá trình axit hóa trong đất (đất chua). Chì có khả năng được tích tụ trong cây trồng trong quá trình sinh trưởng và do đó đối với cây lương thực bị nhiễm chì có thể dẫn đến ngộ độc do chì ở điều kiện thường, chì bị oxi hóa tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì không tiếp tục bị oxi hóa nữa. Do E0(Pb 2+/Pb) = -0,126 V nên về nguyên tắc chì tan được trong HCl loãng và H4SO4 dưới 80% nhưng thực tế chì chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H4SO4 dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó thì chì có khả năng tạo phức tan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 6 - Hợp chất của chì + Chì oxit Chì có hai oxit là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là chì metaplombat Pb2O3 (hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (2PbO.PbO2) Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO –α màu đỏ và PbO –β màu vàng, PbO tan chút ít trong nước nên chì có thể tương tác với nước khi có mặt oxi PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong không khí bị oxi hóa thành Pb3O4. Dioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ hơn trong axit. Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến thành các oxit trong đó chì có số oxi hóa thấp hơn: PbO2 (nâu đen)  Pb2O3 (vàng đỏ)  Pb3O4 (đỏ)  PbO (vàng) Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium, là hợp chất của Pb có các số oxi hóa +2, +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thủy tinh pha lê, men đồ sứ và đỏ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ) + Chì hidroxit Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng không tan trong nước. Khi đun nóng dễ mất nước biến thành oxit Pb(OH)2 là chất lưỡng tính. Tác dụng với axit, tan trong dung dịch kiềm mạnh tạo thành muối hidroxoplombit. Pb(OH)2 + 2HCl  PbCl2 + 2 H2O Pb(OH)2 + 2KOH  K2[Pb(OH)4] Muối hidroxoplombit dễ tan trong nước và bị thủy phân mạnh nên chỉ bền trong dung dịch kiềm dư. + Các muối của chì Các muối Pb(II) thường là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan trong nước trừ Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 7 Ion Pb(II) có thể tạo nhiều phức với hợp chất hữu cơ, điển hình là với dithizon ở pH=8,5 – 9,5; tạo phức màu đỏ gạch. Các dihalogenua chì đều là chất rắn không màu, trừ PbI2 màu vàng, tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều hơn trong nước nóng. Tất cả các dihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành chất phức kiểu M2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích khả năng dễ hòa tân của chì dihalogenua trong dung dich đậm đặc của axit halogenhidric và muối của chúng. PbI2 + 2KI  K2[PbI4] PbCl2 +2HCl  H2[PbCl4] - Một số ứng dụng và tác hại của chì + Trong công nghiệp Chì được sử dụng trong pin, trong bình ắc-qui, trong một số dụng cụ dẫn điện. Một số hợp chất chì được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu, chất ổn định, chất kết gắn. Các chất thải từ ứng dụng của sản phẩm chì nếu không được tái chế hợp lý sẽ đưa vào môi trường làm gia tăng lượng kim loại đọc hại này trong môi trường. Ngoài ra một số hợp chất chì hữu cơ như tetraetyl hoặc tetrametyl chì được thêm vào trong xăng đặc biệt ở những quốc gia đang phát triển. - Tác hại của chì đối với sức khỏe con người Dạng tồn tại của Pb trong đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cơ học, hàm lượng hợp chất hữu cơ, pH… Điều kiện khí hậu hình thành đất ảnh hưởng rất lớn tới dạng tồn tại của chì. Trong đất vùng khô, Pb tồn tại ở dạng ion hấp phụ, cacbonat hữu cơ, sunfua. Trong đất vùng nhiệt đới Pb ở dạng hydroxyt chiếm ưu thế. Trong môi trường, Pb tồn tại trong đất từ 150 đến 5000 năm và chủ yếu tồn tại dưới dạng ion của các hợp chất vô cơ và hữu cơ (Nguyễn Thị Thu và cộng sự, 2001). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 8 Trong tự nhiên chì có nhiều dưới dạng PbS và bị chuyển hóa thành PbSO4 do quá trình phong hóa. Pb2+ sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào nhiều quá trình khác nhau trong đất như bị hấp phụ bởi các khoáng sét, chất hữu cơ hoặc oxyt kim loại hoặc bị cố định trở lại dưới dạng các hợp chất Pb(OH)2, PFAO3, Pbs, PbO, Pb3(PO4)2, Pb5(PO4)3OH. Chì bị hấp phụ trao đổi chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ (< 5%) hàm lượng chì có trong đất. Các chất hữu cơ có vai trò lớn trong đất do hình thành các phức hệ với chì. Đồng thời chúng cũng làm tăng tính linh động của Pb khi các chất hữu cơ này có tính linh động cao. Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất bay hơi như (CH3)4Pb. Trong đất chì có tính độc cao, nó hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng các phức hệ với chất hữu cơ. Pb2+ trong đất có khả năng thay thế ion K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét. Khả năng hấp phụ chì tăng dần theo thứ tự sau: montmorillonit < axit humic < kaolinit < allophane < oxyt sắt. Khả năng hấp phụ chì tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2 (Nguyễn Ngọc Hương, 2015). Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Nó xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu qua con đường tiêu hoá, hô hấp,... Tác động đến tủy xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương. Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể nó ít bị đào thải, mà tích tụ theo thời gian. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu. Chu kì bán rã của chì trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20-30 năm. (WHO) Sau khi chì xâm nhập vào cơ thể qua đường nước uống, nó tích tụ lại rồi dến một mức độ nào đó mới gây độc. Khi nồng độ chì trong nước uống là 0,042 – 1,000mg/l sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 9 chất vô cơ. Khi bị nhiễm độc chì, nó sẽ gây ra nhiều bệnh như: giảm trí thông minh, các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,... sự nhiễm độc chì có thể dẫn đến tử vong (Lê Huy Bá, 2008; Trịnh Thị Thanh, 2001). Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, chì ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc. Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và thức ăn bị nhiễm chì. Chì tích tụ ở xương, kìm hãm quá trình chuyển hoá canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hoá vitamin D (Phạm Luận, 2006). Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Chì cũng được biết đến là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày, và u thần kinh đệm. Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thay, làm suy thoái nòi giống. 1.1.2.2. Giới thiệu chung về nguyên tố cadimi (Cd) (Hoàng Nhâm, 2001; Lương Thị Thúy Vân, 2012; Nguyễn Đức Vận, 2004) - Tính chất của đơn chất Trong vỏ trái đất, cadimi thường tồn tại dưới dạng khoáng vật như Grinolit (CdS), trong quặng Blende kém và Calanin có chứa khoẳng 3% Cadimi. Cadimi nguồn gốc tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị ổn định, trong đó có đồng vị 112Cd (24,07%) và 114Cd (28,86%). Cdimi dạng nguyên chất có màu trắng bạc nhưng trong không khí ẩm bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim, cadimi mềm, dễ nóng chảy, dẻo, có thể dát mỏng, kéo dợi được. Khi cháy, cadimi cho ngọn lửa màu xẫm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 10 Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm cadimi bền ở nhiệt độ thường do có màng oxit bảo vệ. Cadimi tác dụng với phi kim: halogen, lưu huỳnh, và các nguyên tố không kim loại khác như phốt pho, selen,... Do điện cực khá âm nên cadimi dễ dàng tác dụng với cả axit không có tính oxi hóa: Cd +2H+  Cd2+ +H2 6Cd + 8HNO3  3Cd(NO3)2 + 2NO2 + 4H2O - Hợp chất của cadimi Ion Cd2+ là một loại ion rất độc, trong tự nhiên tồn tại dưới các dạng muối halogenua CdX2 (với X là halogen) và Cd (NO3)2. Ion Cd2+ có khả năng tạo phức với nhiều phối từ khác nhau và thường có số phối trí đặc trưng là 6 + Cdimi oxit: CdO CdO rất khó nóng chảy, có thể thăng hoa khi đun nóng. Hơi của nó rất độc. CdO có các mầu từ vàng đến nâu tùy thuộc quá trình chế hóa nhiệt CdO không tan trong nước và không tan trong dung dịch axit. CdO chỉ tan trong kiềm nóng chảy. Có thể điều chế CdO bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc nhiệt phân hidroxit hoặc muối cacbonat, nitrat. + Cadimi hidroxit Cd(OH)2 Cd(OH)2 là kết tủa nhầy, ít tan trong nước và có màu trắng. Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy. + Muối của Cd(II) Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, và axetat của Cd(II) đều dễ tan trong nước, còn các muối sunphua, cacbonat hay ortho photphat và muối bazo ít tan... Những muối tan khi kết tinh từ dung dịch nước thường ở dạng hidrat. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 11 Đa số các muối đơn giản không có màu, CdS màu vàng, CdTe màu nâu. Nhiều muối của Cd (II) đồng hình với nhau. - Một số ứng dụng và tác hại của cadimi + Trong công nghiệp - Các ứng dụng chủ yếu của cadimi trong công nghiệp như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong nhựa và thủy tinh, và trong hợp phần của nhiều hợp kim là một trong những nguyên nhân giải phóng cadimi vào môi trường - Hàm lượng của cadimi trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá phosphate. Phân lân có nguồn gốc từ đá phốt phát Bắc Carolina chứa Cd 0,054g.kg-1, trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Gafsa chứa 0,07g.kg-1 + Tác hại của cadimi đối với sức khỏe con người Cadimi được ghi nhận gây tổn hại đối với thận và xương ở liều lượng cao. Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc cadimi ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50. Bệnh Itai-itai, một loại bênh nghiêm trọng liên quan tới xương ở lưu vực sông Jinzu tại Nhật Bản, lần đầu tiên gợi ý rằng cadimi có thể gây mất xương nghiệm trọng. Itai-itai là kết quả của việc ngộ độc cadimi lâu dài do các sản phẩm phụ của quá trình khai thác mỏ được thải xuống ở thượng nguồn sông Jinzu. Xương của các bệnh nhân này bị mất khoáng chất mức độ cao. Những bệnh nhân mắc bệnh này đều bị tổn hại thận, xương đau nhức trở nên giòn, dễ gẫy. Cadimi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật, được trồng trên đất giàu cadimi hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều cadimi, hít thở bụi cadimi thường xuyên có thể làm hại phổi, vào trong phổi cadimi sẽ thấm vào máu và được phấn phối đi khắp nơi. Phần lớn cadimi xâm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 12 nhập vào cơ thể còn người được giữ lại ở thận, và được đào thải, còn một phần nhỏ vẫn giữu lại ở thận do cadimi liên kết với protein tạo thành metallotinein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác. Khi lượng cadimi được tích trữ lớn, có có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng hiệu áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư. 1.1.2.3. Nguồn gốc và hàm lượng của chì và cadimi trong đất Ngày nay, mối quan tâm của con người đến hàm lượng kim loại nặng trong môi trường đất ngày càng gia tăng bởi những ảnh hưởng xấu của chúng đến con người và sinh vật xung quanh rất nghiêm trọng. Đồng thời khả năng xử lý, loại bỏ các kim loại nặng trong đất đang là một thách thức lớn đối với nền khoa học nước nhà. Hai kim loại Cd và Pb được xếp vào danh sách những kim loại gây độc hại nhất đến con người khi nó vượt quá hàm lượng cho phép và trong một số môi trường nhất định. Bên cạnh đó, hàm lượng các nguyên tố này trong đất ngày càng gia tăng bởi các hoạt động nhân tạo của con người. Cd là nguyên tố thường được tìm thấy cùng với các sản phẩm của Zn. Cd được sử dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp và chứa nhiều trong các phế phụ phẩm của quá trình chiết xuất các nguyên tố Pb, Cu và Zn. Bên cạnh đó, một lượng lớn Cd có nguồn gốc từ chế tạo các sản phẩm nhựa hay trong công nghiệp chế tạo pin. Theo các nghiên cứu, Cd có chu kỳ phân hủy đến 70 - 380 năm và tích lũy trong đất do nguồn nhân taọ đến 80 %. Theo Yost (1979) và Tjell (1981) trong các nguồn bổ sung Cd nhân tạo vào đất, ước tính 54 - 58 % từ phân lân, 39 - 41 % từ lắng đọng từ khí quyển và 2 - 5 % từ nguồn bùn thải cống rãnh. Pb là kim loại được sử dụng rộng rãi từ 5000 năm trước công nguyên. Tổng lượng Pb được sử dụng và khai thác hàng năm trên toàn thế giới là 240 triệu tấn/năm (Nriagu, 1984). Ngày nay chì được biết đến với rất nhiều ứng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn