Tài liệu Báo cáo nghiên cứu khoa học-xử lý kim loại nặng bằng vỏ trứng

  • Số trang: 66 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 129 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức MỤC LỤC CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................ 7 1.1 Đặt vấn đề: ................................................................................................................ 7 1.2 Sự cần thiết của đề tài: ............................................................................................. 7 1.3. Mục đích của đề tài:................................................................................................. 8 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: .......................................................................... 8 1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng: ............................................................. 8 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu: ....................................................................................... 9 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC ............................................................................................................ 11 2.1. Giới thiệu về Chì: ................................................................................................... 11 2.1.1. Đặc tính của Chì: ......................................................................................... 11 2.1.2. Ứng dụng của Chì: ....................................................................................... 12 2.1.3. Các nguồn phát sinh Chì: ............................................................................ 12 2.2. Giới thiệu về Cadimi: ............................................................................................. 14 2.2.1. Đặc tính của Cadimi: ................................................................................... 14 2.2.2. Ứng dụng của Cadimi: ................................................................................. 14 2.2.3. Các nguồn phát sinh Cadimi: ...................................................................... 15 2.3. Giới thiệu về vỏ trứng gà: ...................................................................................... 15 2.3.1. Cấu tạo vỏ trứng: ......................................................................................... 15 2.3.2. Tính chất lớp protein: .................................................................................. 17 2.4. Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng (Pb2+ và Cd2+): .......................................... 18 CHƢƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG VỎ TRỨNG GÀ ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG ........................................................................................... 23 3.1. Lý thuyết hấp phụ: ................................................................................................. 23 3.2. Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ: .......................................................................... 23 3.3. Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir: ..................................................................... 24 3.4. Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundich: .................................................................... 25 3.5. Lý thuyết phƣơng pháp cực phổ: ........................................................................... 26 3.5.1. Giải thích sóng cực phổ: .............................................................................. 27 Trang 1 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức 3.5.2. Các hiện tƣợng ngăn cản việc xác định: ..................................................... 29 3.5.3. Độ chọn lọc: .................................................................................................. 29 3.5.4. Độ nhạy: ....................................................................................................... 29 3.5.5. Độ chính xác: ................................................................................................ 29 CHƢƠNG IV: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 30 4.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị:.................................................................................... 30 4.1.1. Hóa chất: ...................................................................................................... 30 4.1.2. Dụng cụ: ....................................................................................................... 30 4.1.3. Thiết bị: ........................................................................................................ 30 4.2. Chuẩn bị mẫu, hóa chất cho việc phân tích: ......................................................... 30 4.2.1. Chuẩn bị mẫu: ............................................................................................. 30 4.2.2. Cách thực hiện đo bằng máy cực phổ: ........................................................ 31 4.3. Các bƣớc thực hiện trƣớc khi thí nghiệm: ............................................................. 32 4.4. Tiến hành thực nghiệm: ........................................................................................ 32 4.4.1. Với ion kim loại Chì: .................................................................................... 32 4.4.1.1. Xây dựng đƣờng chuẩn: ....................................................................... 32 4.4.1.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C, 600C, 800C, 1050C, 1200C) đối với ion kim loại Chì: ............................................................................................................. 33 4.4.1.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C) đối với ion kim loại Chì: ............................... 33 4.4.1.4. Khảo sát lƣợng ion Chì tối ƣu cho khả năng hấp thụ của 0,1g trứng của trứng sấy ở 300C đối cới ion kim loại Chì: ................................................ 33 4.4.1.5. Khảo sát lƣợng trứng tối ƣu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 300C đối cới ion kim loại Chì: ........................................................................... 34 4.4.2. Với ion kim loại Cadimi: ............................................................................. 34 4.4.2.1. Xây dựng đƣờng chuẩn: ....................................................................... 34 4.4.2.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C, 600C, 800C, 1050C, 1200C) đối với ion kim loại Cadimi: ....................................................................................................... 35 4.4.2.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C) đối với ion kim loại Cadimi: ......................... 35 4.4.2.4. Khảo sát lƣợng ion Cadimi tối ƣu cho khả năng hấp thụ của 0,1g trứng của trứng sấy ở 300C đối cới ion kim loại Cadimi: ................................ 35 Trang 2 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức 4.4.2.5. Khảo sát lƣợng trứng tối ƣu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 300C đối cới ion kim loại Cadimi: ..................................................................... 36 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT. ................................................................. 37 5.1. Khảo sát sự hấp phụ của vỏ trứng với Chì (Pb2+):................................................. 37 5.1.1. Xây dựng đƣờng chuẩn: ............................................................................. 37 5.1.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (30oC, 60oC, 80oC, 105oC, 120oC) đối với ion kim loại Chì: ......................................................................................................................... 37 5.1.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C) đối với ion kim loại Chì: .......................................... 42 5.1.4. Khảo sát lƣợng ion Chì tối ƣu cho khả năng hấp thụ của 0,1g trứng của trứng sấy ở 300C đối cới ion kim loại Chì:............................................................ 46 5.1.5. Khảo sát lƣợng trứng tối ƣu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 30 0C đối cới ion kim loại Chì: ........................................................................................ 49 5.2. Khảo sát hấp phụ của vỏ trứng với Cadimi: .......................................................... 51 5.2.1. Xây dựng đƣờng chuẩn: .............................................................................. 51 5.2.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH, nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C, 600C, 800C, 1050C, 1200C) đối với ion kim loại Cadimi:................................................................................................................... 52 5.2.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng ở các nhiệt độ (300C) đối với ion kim loại Cadimi: .................................... 56 5.2.4. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ cực đại của vỏ trứng sấy ở 300C đối với ion kim loại Cadimi ở nhiệt độ phòng nghiên cứu khoảng 300C: .............................. 58 5.2.5 Khảo sát lƣợng trứng tối ƣu cho quá trình hấp phụ của trứng sấy ở 30 0C đối cới ion kim loại Cadimi: .................................................................................. 62 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ......................................................... 65 6.1. Kết luận:................................................................................................................. 65 6.2. Khuyến nghị: ......................................................................................................... 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 66 Trang 3 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: Ô nhiễm kim loại nặng trong sông Sài Gòn năm 1996 ......................................... 7 Bảng 2: Hàm lượng trung bình của Chì trong một số khoáng chất ................................. 13 Bảng 3: Kết quả khử ion Cd2+ bằng keo tụ hydroxit Cadimi .......................................... 19 Bảng 4: Tổng hợp các phương án khử Chì trong nước thải ............................................. 21 Bảng 5: Cách pha mẫu dung dịch ion Pb2+ thí nghiệm .................................................. 34 Bảng 6: Mẫu khối lượng trứng thí nghiệm ...................................................................... 34 Bảng 7: Cách pha mẫu dung dịch ion Cd2+ thí nghiệm .................................................. 36 Bảng 8: Mẫu khối lượng trứng thí nghiệm ...................................................................... 36 Bảng 9: Kết quả thí nghiệm xây dựng đường chuẩn ........................................................ 37 Bảng 10: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 4,05 ................................................................. 38 Bảng 11: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 38 Bảng 12: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 5,04 ................................................................. 39 Bảng 13: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 39 Bảng 14: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 6,03 ................................................................. 40 Bảng 15: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 40 Bảng 16: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 7,02 ................................................................. 41 Bảng 17: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 41 Bảng 18: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm thứ 1 .......................................................... 42 Bảng 19: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 43 Bảng 20: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm thứ 2 .......................................................... 44 Bảng 21: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 45 Bảng 22: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm ................................................................... 46 Bảng 23: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 47 Bảng 24: Kết quả trước hấp phụ ..................................................................................... 49 Bảng 25: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 50 Bảng 26: Kết quả thí nghiệm xây dựng đường chuẩn ...................................................... 51 Bảng 27: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 3,95 ................................................................. 52 Bảng 28: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 52 Bảng 29: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 4,95 ................................................................. 53 Trang 4 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức Bảng 30: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 53 Bảng 31: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 5,95 ................................................................. 54 Bảng 32: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 54 Bảng 33: Kết quả trước hấp phụ ở pH = 6,88 ................................................................. 55 Bảng 34: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 55 Bảng 35: Kết quả trước hấp phụ thí nghiệm thứ 1 .......................................................... 56 Bảng 36: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 57 Bảng 37: Kết quả trước hấp phụ ..................................................................................... 63 Bảng 38: Kết quả sau hấp phụ ........................................................................................ 63 MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Ảnh chụp bề mặt vỏ trứng .................................................................................. 16 Hình 2: Glycoprotein dạng mạng lưới sợi ....................................................................... 16 Hình 3: Cấu trúc của protein .......................................................................................... 18 Hình 4: Cường độ dòng điện của máy cực phổ ............................................................... 32 Hình 5: Đồ thị đường chuẩn ion Pb2+ ........................................................................... 37 Hình 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến sự hấp phụ của vỏ trứng gà với ion Chì .......... 42 Hình 7: Ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng đối với ion Pb2+ = 0,01572mg/ml .............................................................................................. 44 Hình 8: Ảnh hưởng của thời gian lên khả năng hấp phụ của trứng đối với nồng độ ion Pb2+ = 0,0275 mg/ml ...................................................................................................... 46 Hình 9: Dạng đường thẳng của phương trình Langmuir ................................................. 48 Hình 10: Dạng đường cong của phương trình Langmuir lượng trứng thí nghiệm 0,1g.... 49 Hình 11: Ảnh hưởng của liều lượng trứng (300C) đến quá trình hấp phụ Pb2+ ở nồng độ CPb  1,5549 ( g / ml ) .................................................................................................... 50 2 Hình 12: Đồ thị đường chuẩn ion Cd2+ ........................................................................... 51 Hình 13: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến sự hấp phụ của vỏ trứng gà với ion Cadimi .. 56 Hình 14: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ Cadimi của vỏ trứng gà sấy ở 300C với CCd  9,1884  1,4402 ( g / ml ) ............................................................ 58 2 Hình 15: Phương trình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich dạng đường thẳng ................. 61 Trang 5 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức Hình 16: Phương trình Langmuir thể hiện sự hấp phụ cân bằng của 0,1 g trứng sấy 30 0C ở pH= 5,04 ..................................................................................................................... 61 Hình 17: Ảnh hưởng của khối lượng vỏ trứng (sấy ở 300C) đến khả năng hấp phụ Cd2+ ở môi trường có CCd 2  11,1039  1,358 (g / ml ) .............................................................. 64 Trang 6 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề: Ô nhiễm nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang là một vấn đề nhức nhối hiện nay bởi những tác hại to lớn của chúng đến chất lượng môi trường và sức khỏe con người trên toàn thế giới. Đặc biệt từ khi cuộc cách mạng khoa học công nghệ ra đời một mặt năng suất lao động nâng cao một cách đáng kể, nhưng đồng thời kèm theo đó là mức độ tàn phá môi trường sống của chính chúng ta ngày càng đáng sợ và nghiêm trọng hơn. Nước thải công nghiệp kèm theo các chất độc hại như kim loại nặng đang là mối nguy hiểm đối với môi trường cũng như chất lượng cuộc sống của người dân. Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường nước cũng đang ở mức báo động. TP.Hồ Chí Minh (HCM), Đà Nẵng, Vinh, Hà Nội, Hải Phòng và các thành phố lớn là những nơi dẫn đầu về mức độ ô nhiễm. Ở TP.HCM, hầu hết các kênh rạch bị ô nhiễm trầm trọng: Ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vô cơ và sinh vật, ô nhiễm kim loại nặng. Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng đang là vấn đề báo động ở các khu công nghiệp, các cơ sở sản xuất. Bảng 1: Ô nhiễm kim loại nặng trong sông Sài Gòn năm 1996 Fe(g/l) Mn (g/l) Zn (g/l) Cu (g/l) Cd (g/l) 2 0,9 1,7 0,9 10 (Nguồn: www.hcmussh.edu.vn/USSH/ImportFile/Magazine/Journal051006024841.doc) Hiện nay các nhà khoa học trong và ngoài nước đang nỗ lực nghiên cứu các phương pháp khác nhau để loại bỏ kim loại nặng trong nước đến mức chấp nhận được đồng thời cũng đảm bảo tính hiệu quả về mặt kinh tế. Ngoài các phương pháp vật lý, hóa học cũng như sinh học đã và đang dùng hoặc đang được nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thì việc nghiên cứu sử dụng các vật liệu, chất liệu mới là vấn đề cần thiết cho bất cứ một ngành nghề nào. Đặc biệt sử dụng các vật liệu tự nhiên, tái sử dụng những phế thải thân thiện với môi trường luôn được đặt lên hàng đầu nhằm không gây tổn hại đến môi trường, đảm bảo cho sự phát triển bền vững mà vẫn đem lại hiệu của cao khi sử dụng. 1.2 Sự cần thiết của đề tài: Kim loại nặng (KLN) có vai trò thật sự to lớn trong quá trình phát triển của loài người, đặc biệt trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên chất thải có chứa kim loại nặng ở trạng thái ion (KLN tồn tại trong nước, đất…) thì nó lại cực kỳ độc hại với con người, thực vật, động vật nếu nó thâm nhập vào cơ thể. Tích lũy với nồng độ cao KLN có thể gây ung thư cho con người, động vật còn thực vật không phát triển được… Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp tối ưu nhất để loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi môi trường bị ô nhiễm. Trong phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ nghiên cứu việc loại bỏ KLN ra khỏi môi trường nước. Trang 7 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức Đề tài nghiên cứu sự hấp phụ của vỏ trứng gà nhằm tìm thêm một phương pháp mới có thể loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng. Hiện nay nguyên liệu vỏ trứng có rất nhiều và giá thành rất rẻ. Vỏ trứng có trong các lò ấp vịt, gà, các nhà máy sản xuất – chế biến bánh kẹo… Nếu nghiên cứu thành công khả năng hấp phụ của vỏ trứng đối với ion kim loại nặng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn, tận dụng được nguồn phế thải trong chăn nuôi và công nghiệp chế biến. Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tương tự chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta. 1.3. Mục đích của đề tài: - Tìm hiểu về hai loại ion KLN điển hình là Pb2+ và Cd2+: trạng thái tồn tại trong môi trường, ảnh hưởng của ion này lên con người, thực vật, động vật. - Tìm hiểu về vỏ trứng gà và nghiên cứu khả năng hấp phụ của vỏ trứng đối với 2 loại ion KLN trên. - Nghiên cứu pH tối ưu, thời gian tối ưu, lượng Chì và Cadimi được hấp phụ tối ưu và ảnh hưởng của liều lượng cũng như khả năng hấp phụ Chì, Cadimi đối với vỏ trứng ở các nhiệt độ nung khác nhau. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:  Đối tƣợng nghiên cứu: - Ion Pb2+ - Ion Cd2+ - Vỏ trứng gà công nghiệp  Phạm vi nghiên cứu: - Đề tài chỉ thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm Công Nghệ Môi Trường (phòng B211) trường ĐH.SPKT TP.Hồ Chí Minh - Mẫu nước chứa Pb2+ và Cd2+ tự pha - Tìm hiểu phương pháp cực phổ - Tìm hiểu phương pháp hấp phụ 1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng: Ở nước ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý KLN trong nước thải. Dưới đây là vài công trình tiêu biểu: - Nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng Cd, Zn, Pb trong nước thải khu công nghiệp Hòa Khánh – Liên Chiểu Đà Nẵng bằng phương pháp Von – Ampe hòa tan. Tác giả Lê Thị Mùi – Đại Học Sư Phạm thuộc Đại Học Đà Nẵng - Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim loại nặng Đồng, Kẽm, Niken, Chì bằng thiết bị phản ứng tạo hạt. Luận văn Thạc sĩ của Hồ Thị Xuân Tình. Trang 8 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức - Nghiên cứu bước đầu quá trình xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng việc sử dụng vật liệu chất thải rắn từ ngành chế biến Thủy sản. Luận văn Thạc sĩ của Dương Thanh Sang. - Bước đầu nghiên cứu khả năng hút thu và tích lũy Chì ở bèo tây và rau muống trong nền đất bị ô nhiễm. Tác giả Lê Đức, Trần Thị Tuyết Thu, Nguyễn Xuân Huân – ĐH Khoa Học Tự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội. 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu:  Phƣơng pháp thống kê toán học: Đây là phương pháp quan trọng trong việc thu thập dữ liệu và xử lý số liệu nhằm tăng độ chuẩn xác. Phương pháp này dùng để thống kê với độ chính xác 95%, phân tích số liệu. Trong phương pháp này sử dụng phần mềm tính toán Microsoft Office Excel, máy tính bỏ túi Casio Fx-570MS.  Công thức tính toán: - Giá trị trung bình: xtb  ( x1  x2  ...  xn ) / n   x / n - Độ lệch: d  ( x  x tb ) - Độ lệch tiêu chuẩn: S  - Bậc tự do: K  n  1 (n là số mẫu) - Độ lệch tiêu chuẩn trung bình: S tb  S n - Phương sai:   S 2 - Khoảng tin cậy:   Stb  t ,k với t ,k : hằng số Stiuden - Giá trị thực: x  xtb   d 2 /(n  1)  Phƣơng pháp thực nghiệm: Đây là phương pháp quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình thực hiện đề tài, toàn bộ thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm một cách khoa học và theo một logic nhất định nhằm đảm bảo kết quả mang lại tính hiện đại, khách quan nhất và ít sai số nhất.  Phương pháp hấp phụ.  Phương pháp cực phổ.  Phƣơng pháp đồ thị: Sử dụng đồ thị để biểu đạt các số liệu đã qua xử lý để có được cái nhìn toàn diện, trực quan hơn, qua đó có những nhận xét đánh giá đúng đắn để có hướng đi khoa học tiếp theo. Trang 9 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức  Phƣơng pháp so sánh: Các hiệu quả đạt được phải so sánh với các tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn WHO hay tiêu chuẩn của EPA để đánh giá khả năng thực tế của các kết quả đó. Trang 10 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC 2.1. Giới thiệu về Chì: 2.1.1. Đặc tính của Chì: Chì (tên La-tinh là Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa học nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự nguyên tử là 82, khối lượng nguyên tử bằng 297,19, nóng chảy ở 327,40C, sôi ở 1.7250C, khối lượng riêng bằng 11,34g/cm3. Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan trong nước, không cháy. Chì rất mềm, dễ gia công, có thể 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. Tuy nhiên, chỉ cần bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố như antimon, bismuth, arsen, đồng hay kim loại kiềm thổ là có thể tăng độ cứng của Chì lên đáng kể. Vì vậy trong công nghiệp chế tạo máy, Chì thường được sử dụng dưới dạng hợp kim. Chì có mật độ phân tử cao, hấp thụ tia X tốt. Đồng thời, các đồng vị của Chì là những đồng vị bền vững nhất trong các dãy phóng xạ: sự phân rã liên tục của các nguyên tố này trong dãy phóng xạ cuối cùng đều tạo thành đồng vị của Chì. Hơi Chì có vị ngọt ở họng nên trong quá khứ một số nơi người ta lén cho Chì vào trong rượu để làm cho rượi ngọt. Hiện nay, một số rượu thuốc ở Trung Hoa cũng như một số thuốc cổ truyền vẫn thịnh hành ở vùng Trung Đông đều có chứa một lượng Chì đáng kể. Về mặt phản ứng với các axit, Chì khó bị tác dụng bởi HCl, H2SO4 loãng. Nhưng H2SO4 đặc đun nóng tác dụng với Chì cho PbSO4 và tạo khí aerosol (SO3). Chì hòa tan trong HNO3 tạo thành Chì nitrat và khí NO2.  Định tính Chì: - Tác dụng với H2S trong môi trường clohydric cho kết tủa PbS đen. - Tác dụng với KI cho kết tủa vàng tan trong nước nóng và lại kết tinh thành tinh thể vàng óng khi để nguội. - Tác dụng với K2 SO4 cho kết tủa màu vàng của PbCrO4 tan trong dung dịch KOH, không tan trong axit axetic. - Tác dụng với HCl và H2SO4 đều cho kết tủa clorua và sulfat. - Chì có ái lực mạnh với lưu huỳnh, trong tự nhiên thường tồn tại dưới dạng sulfit. - Chì nguyên chất ở trong không khí thường được phủ nhanh bởi một lớp oxít mỏng PbO. - Chì khó bị ăn mòn, chỉ tan trong các axit sulfuaric và nitric đậm đặc. Trang 11 Báo cáo nghiên cứu khoa học - GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức Trong các hợp chất, Chì thường có số oxy hóa +2 và +4. Những hợp chất của Chì +2 thì bền hơn. Chì và các hợp chất của Chì là những chất độc. Chì không bị phân hủy và có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật thông qua chuỗi thức ăn. 2.1.2. Ứng dụng của Chì: - Chì là một trong những kim loại thông dụng nhất từ trước tới nay. Con người đã khai thác và sử dụng Chì từ rất xa xưa, vào khoảng thời kỳ Đồ Đồng hoặc Đồ Sắt. Ngày nay, Chì được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống. Nhờ những tính chất đặc biệt như dễ nấu chảy, dễ gia công, dễ tái chế, dễ tạo hợp kim, khó bị ăn mòn… nên Chì được sử dụng hầu như ở tất cả các loại hình sản xuất công nghiệp. Đứng đầu là công nghiệp chế tạo ắc-quy, chiếm tới 60% lượng Chì được con người sử dụng. Tiếp theo là ngành sản xuất đạn dược, vỏ bọc dây cáp, cán ép tấm Chì, hàn tổng cộng chiếm 15%. Ngoài ra, Chì còn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất sơn, ngành gốm sứ, sản xuất bột màu, matít… Trong ngành chế tạo máy và ngành xây dựng, người ta dùng Chì để chế tạo các khớp nối đường ống, van, các chi tiết máy móc có tiếp xúc với môi trường ăn mòn và nhiều cơ cấu trong các công trình lộ thiên. Đặc biệt, trong các lĩnh vực công nghiệp có sử dụng chất phóng xạ, Chì là kim loại duy nhất được dùng để chế tạo các container chứa chất thải phóng xạ cũng như xây dựng các kết cấu ngăn tia X. - Trong nông nghiệp, người ta sử dụng một số hợp chất của Chì có tính kháng sinh làm thuốc trừ sâu. Vào khoảng thời gian từ thập niên 30 đến thập niên 90 của thế kỷ 20, Chì được sử dụng rất rộng rãi trong giao thông dưới dạng tetraalkyl; Chì là chất chống kích nổ trong xăng. Ngoài đạn dược, Chì còn được dùng để chế tạo nhiều chi tiết trong vũ khí quân sự. Trong lĩnh vực thương mại cũng như trong đời sống hằng ngày, con người cũng sử dụng Chì dưới rất nhiều hình thức khác nhau, chẳng hạn như: vỏ đựng đồ uống, đồ nấu bếp, mỹ phẩm, dược phẩm, đồ chơi trẻ em, đồ điện… 2.1.3. Các nguồn phát sinh Chì: Nguồn tự nhiên: Trong tự nhiên, Chì là nguyên tố vi lượng có trong thành phần của vỏ trái đất. Hàm lượng Chì trong vỏ trái đất khoảng 13,0µg/g (Fergusson, 1990). Chì tồn tại trong khoảng 84 khoáng chất, điển hình nhất là galen PbS. Hàm lượng Chì trong một số khoáng chất tiêu biểu được cho ở bảng dưới đây: Trang 12 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức Bảng 2: Hàm lƣợng trung bình của Chì trong một số khoáng chất Khoáng chất Hàm lƣợng Chì (µg/g) Ultramafic – igneous (đá hỏa thành) 1 Basaltic – igneous 6 Granitic – igneous 18 Đá phiến sét và đất sét 20 Đá phiến sét đen 30 Đá vôi 9 Đá cát kết (sa thạch) 12 (Nguồn: GS.TSKH – Lê Huy Bá – Độc học môi trường, 2000)  Nguồn nhân tạo: Các hoạt động nhân tạo của con người mới là những nguồn chủ yếu nhất phát thải Chì ra ngoài môi trường, gây tình trạng ô nhiễm và nhiễm độc Chì. Trong tổng lượng Chì phát sinh ra ngoài môi trường, Chì từ các hoạt động nhân tạo chiếm tới 95%. Chì được sử dụng hầu như ở mọi lĩnh vực trong đời sống con người, do đó nguồn gây ô nhiễm Chì cũng rất đa dạng, và cũng tồn tại ở mọi loại hình sản xuất và sinh hoạt của xã hội. Phần tiếp theo sẽ trình bày những nguồn chính gây ô nhiễm Chì.  Trong công nghiệp:  Các nguồn phát thải Chì trong công nghiệp bao gồm: Công nghiệp khai khoáng và luyện kim: Đây là nguồn phát thải Chì lớn nhất trong công nghiệp. Không chỉ riêng ngành khai thác và tinh chế Chì mà cả ngành khai thác và tinh chế nhiều kim loại khác cũng phát sinh các chất thải chứa Chì. Những dòng thải chứa Chì trong loại hình công nghiệp này bao gồm: - Chất thải rắn ở khu khai thác và tuyển quặng - Nước thải ở khu vực mỏ, khu tuyển quặng, luyện quặng - Khói thải lò luyện quặng  Các ngành công nghiệp khác: Chất thải, chủ yếu là nước thải và chất thải rắn của các ngành công nghiệp có sử dụng Chì như: công nghiệp chế tạo ắc quy, sản xuất sơn, đạn dược, bột màu… cũng là nguồn phát thải rất đáng kể Chì ra môi trường Trang 13 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức  Trong nông nghiệp: Nguồn phát thải Chì trong nông nghiệp chủ yếu là từ thuốc trừ sâu và từ khói thải của các máy nông nghiệp chạy bằng nhiên liệu xăng pha Chì. Qua quá trình sa lắng ướt, Chì sẽ xâm nhập vào nguồn nước ngầm, nước mặt…  Trong hoạt động quân sự: Chì được sử dụng trong ngành chế tạo đạn dược phục vụ cho mục đích quân sự chiếm tỷ lệ khá lớn trong tổng lượng Chì được con người sử dụng (chỉ đứng hàng thứ hai sau ngành sản xuất ắc quy). Chính vì vậy, nguồn phát thải ô nhiễm Chì từ các hoạt động quân sự là rất đáng kể. Ngoài đạn dược, Chì trong hoạt động quân sự còn được phát thải từ việc sử dụng xăng pha Chì trong các động cơ, xe cộ như xe tăng, máy bay, tàu chiến, xe quân dụng…  Trong hoạt động thƣơng mại và trong cuộc sống hằng ngày: Các nguồn phát thải Chì trong lĩnh vực này thường thải rác, không tập trung, khó kiểm soát nhưng lại gây ảnh hưởng trực tiếp nhất tới sức khỏe con người, đặc biệt là trẻ em. Có thể nêu tên một số nguồn điển hình như sau: vỏ đồ hộp, ắc quy, sơn, khói thuốc lá, đồ gốm sứ gia dụng, đồ chơi trẻ em, sách báo, kem đánh răng, dược phẩm, mỹ phẩm… Tất cả các vật dụng chứa Chì này sau khi hết hạn sử dụng đều được thải bỏ tại bãi chôn lấp rác. Vì vậy, bãi rác cũng là một nguồn gây ô nhiễm và nhiễm độc Chì rất nguy hiểm. Ngoài ra, nước thải sinh hoạt cũng là nguồn phát thải Chì vào môi trường nước. Chì trong nước thải sinh hoạt thường có xu hướng lắng xuống đáy cống thải. Vì vậy, phân tích bùn cống của hệ thống thoát nước thành phố cũng thường được tiến hành để xác định mức độ ô nhiễm Chì do các hoạt động sinh hoạt và thương mại tại đô thị gây ra. 2.2. Giới thiệu về Cadimi: 2.2.1. Đặc tính của Cadimi: Cadimi thuộc nhóm IIB, chu kỳ 5, hiệu số nguyên tử là 48 của bảng hệ thống tuần hoàn, có khối lượng nguyên tử trung bình là 112,411 (đv.C). Cadimi là một kim loại quý hiếm, được xếp thứ 67 trong thứ tự của tài nguyên giàu. Nó không có chức năng về sinh học thiết yếu nhưng lại có tính độc hại cao đối với động vật và thực vật. Dạng tồn lưu của Cadimi thường bắt gặp trong môi trường không gây độc cấp tính. Chu kỳ bán hủy của Cadimi trong đất từ 15 đến 1.100 năm tùy loại đất. 2.2.2. Ứng dụng của Cadimi: Khác với các kim loại như Pb, Hg, Cu đã được con người sử dụng qua nhiều thế kỷ nay thì Cadimi mới được sử dụng rộng rãi từ thế kỷ XX. Theo Aylett (1979), Cadimi được tồn tại như một sản phẩm nấu chảy của Zn và các kim loại cơ bản khác và không có quặng nào được sử dụng chính làm nguồn Cadimi. Theo Nriagu (1988), việc sản xuất Cadimi trên thế giới tăng từ 11.000 tấn năm 1960 lên đến 19.000 tấn vào năm 1985 và Aylett (1979) đã xác định được việc sử dụng Cadimi vào các việc như: - Làm lớp xi mạ bảo vệ cho thép Trang 14 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức - Trong những hợp kim khác nhau - Trong chất màu (cho các chất nhựa, lớp men, đồ gốm) - Tạo chất làm chắc cho chất dẻo PVC - Trong tế bào pin khô Ni-Cd - Trong vũ khí quân dụng - Trong những hợp chất khác nhau như: chất bán dẫn, bộ phận kiểm soát lò phản ứng hạt nhân. 2.2.3. Các nguồn phát sinh Cadimi: Về mặt ô nhiễm môi trường, theo Hulton (1882), những nguồn ô nhiễm KLN Cd chính gây ra do: - Sự khai thác mỏ và tinh luyện Cd và Zn - Sự ô nhiễm khí quyển từ những khu công nghiệp và luyện kim. - Việc xả thải các chất thải có chứa Cd (thiêu hủy những vật nhựa và pin) - Bùn thải (nước bùn cống rãnh) - Các tro bụi hóa thạch - Trong phân lân Ngay trước khi Cadimi được sử dụng vào lĩnh vực thương mại, thì sự nhiễm bẩn Cadimi đã được phát hiện rộng rãi trong các vật liệu và nó được coi như một tạp chất. Phân lân là một ví dụ cơ bản, hàm lượng Cadimi chứa trong phân lân biến động khác nhau. Việc sử dụng phân lân liên tục nhiều năm dẫn đến việc gia tăng đáng kể lượng Cadimi tích tụ trong đất nông nghiệp. Sự lắng đọng các hạt bụi do ô nhiễm không khí của các khu công nghiệp, đô thị cũng ảnh hưởng tới đất, nhất là với các nước công nghiệp, Cadimi từ những nguồn này được cây hấp thụ trực tiếp vào cây qua bộ lá. 2.3. Giới thiệu về vỏ trứng gà: 2.3.1. Cấu tạo vỏ trứng: Vỏ trứng gà có cấu tạo đơn giản, thành phần chủ yếu là CaCO3 chiếm 98,34% về khối lượng và một số nguyên tố khác. Trong vở trứng gà có một lớp protein (glycoprotein) dạng mạng lưới sợi. Trên vỏ trứng có những lỗ nhỏ giúp cho việc trao đổi khí với môi trường bên ngoài. Trang 15 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức Hình 1: Ảnh chụp bề mặt vỏ trứng (Nguồn: bài giảng của Th.S Hồ Cường – GV ngành CN Thực Phẩm, trường ĐH.SPKT TP.HCM) Vỏ trứng gồm hai lớp: - Lớp màng bên ngoài: Cấu tạo chủ yếu bởi protein, dày khoảng 2- 20µm, có nhiệm vụ bịt các lỗ trên vỏ trứng, lớp này dễ bị mất đi khi rửa. - Màng vỏ trứng bên trong: Dày khoảng 20µm, màng vỏ trứng bên ngoài dày khoảng 60µm, cấu tạo chủ yếu bởi glycoprotein dạng mạng lưới sợi: ngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật tạo nên buồng khí. Hình 2: Glycoprotein dạng mạng lƣới sợi (Nguồn: bài giảng của Th.S Hồ Cường – GV ngành CN Thực Phẩm, trường ĐH.SPKT TP.HCM) Các sắc tố: Chủ yếu là protoporphyrine (nâu) biliverdine và các phứt chất của kẽm. Trang 16 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức 2.3.2. Tính chất lớp protein: Protein (Protit hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là axít amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein.  Cấu trúc của Protein có 4 bậc sau: - Cấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypepetide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein. - Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, Collagen... (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn. - Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử... Các liên kết yếu hơn như liên kết hyđro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu. - Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hyđro.  Sự biến tính của Protein: Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học... hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng,... các cấu trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu. Đó là hiện tượng biến tính protein. Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau: Trang 17 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức  Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bến trong phân tử protein.  Khả năng giữ nước giảm.  Mất hoạt tính sinh học ban đầu.  Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza.  Tăng độ nhớt nội tại.  Mất khả năng kết tinh.  Protein thường bị hòa tan ở pH trung tính.  Khả năng bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Hình 3: Cấu trúc của protein 2.4. Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng (Pb2+ và Cd2+): Hiện có nhiều quy trình công nghệ để khử KLN ra khỏi nước thải: Keo tụ (kết tủa), lắng, lọc thông thường với hóa chất keo tụ là các hydroxit kim loại, sulfit, cacbonat và đồng keo tụ với hydroxit Nhôm và Sắt. Ngoài ra còn có các phương pháp khác như : trao đổi ion, hấp phụ, lọc qua màng, điện phân, phương pháp sinh học, kết tủa hóa học. Kết tủa hóa học là kỹ thuật thông dụng nhất để loại bỏ KLN hào tan trong nước thải. Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với KLN cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng. Hiệu quả của quá trình kết tủa hóa học phụ thuộc vào các yếu tố như: các ion KLN, nồng độ của chúng trong nước thải, tác nhân gây kết tủa, điều kiện phản ứng và các tác nhân cản trở.  Ƣu điểm của phƣơng pháp kết tủa hóa học: + Quá trình vận hành đơn giản Trang 18 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức + Chi phí đầu tư thấp  Nhƣợc điểm của phƣơng pháp kết tủa hóa học: + Thời gian xử lý chậm + Chiếm diện tích xử lý lớn + Thể tích bùn cao + Phải xử lý bùn chứa KLN + Yêu cầu giám sát hệ thống liên tục  Kết tủa hydroxit kim loại Me(OH)n: Phương pháp truyền thống xử lý KLN là kết tủa hóa học của những hydroxit kim loại bằng việc keo tụ chúng thành những bông cặn lớn hơn, nặng hơn để có thể lắng được và sau đó tách ra khỏi nước. KLN hòa tan trong môi trường axit và kết tủa ở môi trường kiềm. Cho nên khi tăng pH của dung dịch chứa KLN sang môi trường kiềm sẽ làm chúng kết tủa. Bảng 3: Kết quả khử ion Cd2+ bằng keo tụ hydroxit Cadimi Phƣơng pháp Keo tụ hydroxit Keo tụ hydroxit + lọc Keo tụ với Fe(OH)3 Keo tụ với phèn nhôm pH Đầu vào ion Cd2+ (mg/l) Đầu ra ion Cd2+ (mg/l) 8 _ 1 9 _ 0,54 10 _ 0,1 10 0,34 0,054 10 0,35 0,033 11 _ 0,0008 11 _ 0,0007 11,5 _ 0,0014 6 _ 0,05 6.4 0,7 0,39 Trang 19 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS.Nguyễn Văn Sức  Kết tủa hudroxit kim loại MeS: Ngoài kết tủa KLN dưới dạng hydroxit còn kết tủa KLN dưới dạng sulfit. Một trong những thuận lợi chính của của vệc sử dụng chất kết tủa này so với hydroxit kim loại là khả năng hòa tan của dạng hợp chất kim loại này thấp hơn so với hydroxit kim loại. Me2+ + S2- → MeS↓ Tuy nhiên sử dụng sulfit trong kết tủa KLN yêu cầu thận trọng hơn trong việc sử dụng dưới dạng hydroxit. Sử dụng quá nhiều sulfit trong dung dịch có tính kiềm sẽ hình thành H2S, khí độc có mùi khó chịu.  Kết tủa carbonat kim loại (MeCO3): Na2CO3 là chất được sử dụng trong trường hợp này. Na2CO3 + Me2+ → MeCO3↓ + Na+ Nó có ưu điểm là các muối carbonat không hòa tan trở lại trong môi trường có tính kiềm. Ngoài ra nó còn có khả năng trung hòa.  Trao đổi ion: Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong các cột cationit và anionit. Đây là phương pháp có hiệu suất cao, có thể thu hồi các sản phẩm có giá trị kinh tế. Ví dụ như quá trình trao đổi ion Ni2+: 2(R-SO3H) + Ni2+  (R-SO3)2Ni + H+ Trong đó R- là gốc hữu cơ của nhựa trao đổi ion, SO3 là gốc nhóm cố định của nhóm ion hoạt động – SO3H+. Khả năng trao đổi sẽ giảm khi hoặc cạn kiệt khi toàn bộ các nhóm hoạt tính của nhựa trao đổi ion bị thay thế bằng các ion kim loại. Để khôi phục khả năng trao đổi ion ngừơi ta có thể rửa vật liệu bằng các dung dịch có nồng độ cao của ion trao đổi của ion H+, hay Na+ … tùy theo lớp lọc là H- cationit hay Na- cationit… Ƣu điểm của phƣơng pháp trao đổi ion: + Thu hồi có chọn lọc KLN + Thể tích chất thải ít + Thể tích chất tái sinh ít + thiết bị gọn nhẹ Nhƣợc điểm của phƣơng pháp trao đổi ion: + Chi phí đầu tư cao + Vận hành phức tạp Trang 20
- Xem thêm -