ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Hoa NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa Môi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn Hà Nội, 2011 - 1 - MỤC LỤC Danh mục các bảng………………………………………………………… Danh mục các hình vẽ, đồ thị………………………………………………. MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… Chương 1. TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1. Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước ………… 1.1.1. Sự ô nhiễm nguồn nước………………………………… 1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp …………………………………………… 1.2. Giới thiệu về chì ………………………………………………… 1.2.1. Tính chất của chì 1.2.1.1.Tính chất vật lý…………………………… 1.2.1.2. Tính chất hóa học 1.2.1.3. Các dạng tồn tại của chì trong nước 1.2.2. Độc tính của chì …………………………………………………. 1.2.3.Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm chì trong môi trường 1.2.4. Hiện trạng ô nhiễm chì trong môi trường nước trên thế giới 1.3. Các phương pháp xử lý chì trong nước 1.3.1. Phương pháp kết tủa 1.3.2. Phương pháp keo tụ 1.3.3. Phương pháp hấp phụ 1.3.4. Phương pháp trao đổi ion 1.4. Các phương pháp xác định chì 1.4.1. Phương pháp trắc quang 1.4.1.1. Thuốc thử dithizone 1.4.1.2. Phương pháp chiết 1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Chương 2. THỰC NGHIỆM……………………………………………… 2.1. Mục tiêu nghiên cứu.………………………………………………. 2.2.Phạm vi và đối tượng nghiên cứu……………………………… 2.3. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất thí nghiệm………… 2.3.1. Dụng cụ i ii 1 2 2 2 5 7 7 8 8 9 10 12 13 15 15 16 16 18 19 20 20 24 25 27 27 27 27 27 - 2 - 2.3.2. Thiết bị thí nghiệm 2.3.3. Hóa chất 2.4. Quy trình xây dựng đường chuẩn của Pb 2+ theo phương pháp trắc quang 2.5. Xác định chì bằng phương pháp AAS 2.6. Quy trình nghiên cứu với các mẫu chì khác nhau Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………. 3.1. Khảo sát sự chuyển hóa của chì từ dạng thải Pb(OH) 2 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường………… 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ tan của Pb(OH) 2 tại pH mà chì hydroxit có độ tan nhỏ nhất.…………………… 3.1.2.1. Ion Cl - 3.1.2.2. Ion SO 4 2- 3.1.2.3. Ion S 2- 3.1.2.4. Ion PO 4 3- 3.1.2.5. Ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl - , SO 4 2- , S 2- , PO 4 3- 3.1.3. Ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì 3.1.3.1. Ion CH 3 COO - 3.1.3.2. Ion C 6 H 5 O 7 3- 3.1.4. Ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl - , SO 4 2- , S 2- , PO 4 3- , CH 3 COO - , C 6 H 5 O 7 3- 3.2. Khảo sát sự chuyển hóa của chì khi dạng thải là PbS 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ tan của PbS tại pH=7 3.2.2.1. Ion Cl - 3.2.2.2. Ion SO 4 2- 3.2.2.3. Ion PO 4 3- 3.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì 3.2.3.1. Ion CH 3 COO - 3.2.3.2. Ion Cit 3- 3.3. Khảo sát sự chuyển hóa của chì khi dạng thải là Pb 3 (PO 4 ) 2 28 28 29 31 31 34 34 34 36 36 37 38 40 42 43 43 44 45 47 47 48 48 50 51 52 52 53 54 - 3 - 3.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH 3.3.2. Khảo sát hàm lượng chì khi dạng thải là Pb 3 (PO 4 ) 2 khi có mặt các ion tạo kết tủa với chì tại pH = 7 3.3.2.1. Ion Cl - 3.3.2.2. Ion SO 4 2- 3.3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì 3.3.3.1. Ion CH 3 COO - 3.3.3.2. Ion Cit 3- …………………………………… 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng đồng thời các ion Cl - , SO 4 2- , S 2- , CH 3 COO - , C 6 H 5 O 7 3- KẾT LUẬN………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 54 55 55 56 57 57 58 59 61 63 - 4 - DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Kết quả đo quang của mẫu trắng và các dung dịch chuẩn Pb 2+ 30 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của pH môi trường đến nồng độ chì trong dung dịch 34 Bảng 3.2 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cl - 36 Bảng 3.3 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion SO 4 2- 37 Bảng 3.4 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion S 2- 39 Bảng 3.5 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion photphat 40 Bảng 3.6 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt đồng thời các ion Cl - , SO 4 2- , S 2- , PO 4 3- 42 Bảng 3.7 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion CH 3 COO - 43 Bảng 3.8 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion C 6 H 5 O 7 3- 44 Bảng 3.9 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt đồng thời các ion Cl - , SO 4 2- , S 2- , PO 4 3- , CH 3 COO - , C 6 H 5 O 7 3- 46 Bảng 3.10 Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng thải là PbS. 47 Bảng 3.11 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cl - 49 Bảng 3.12 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion SO 4 2- 50 Bảng 3.13 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion PO 4 3- 51 Bảng 3.14 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion CH 3 COO - 52 Bảng 3.15 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cit 3- 53 Bảng 3.16 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi pH thay đổi 54 Bảng 3.17 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cl - 55 Bảng 3.18 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion SO 4 2- 56 Bảng 3.19 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion CH 3 COO - 57 Bảng 3.20 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cit 3- 58 Bảng 3.21 Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt đồng thời các ion 59 - 5 - - 6 - DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Biểu đồ ranh giới các dạng tồn tại của chì trong dung dịch ở các giá trị pH khác nhau. 10 Hình 1.2 Một số dạng phức chelat của chì. 12 Hình 2.1 Đường chuẩn xác định chì theo phương pháp trắc quang. 31 Hình 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH.(Dạng thải Pb(OH) 2 ) 35 Hình 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl - 37 Hình 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của ion SO 4 2- 38 Hình 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của ion S 2- 39 Hình 3.5 Khảo sát ảnh hưởng của ion PO 4 3- 40 Hình 3.6 So sánh ảnh hưởng của mỗi ion 41 Hình 3.7 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl - , SO 4 2- , S 2- , PO 4 3- 42 Hình 3.8 Khảo sát ảnh hưởng của ion CH 3 COO - 43 Hình 3.9 Khảo sát ảnh hưởng của ion Cit 3- 45 Hình 3.10 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời các ion 46 Hình 3.11 Khảo sát nồng độ chì khi dạng thải là PbS theo pH 48 Hình 3.12 Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl - 49 Hình 3.13 Khảo sát ảnh hưởng của ion SO 4 2- 50 Hình 3.14 Khảo sát ảnh hưởng của ion PO 4 3- 51 Hình 3.15 Khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion CH 3 COO - 52 Hình 3.16 Khảo sát ảnh hưởng của ion Cit 3- 53 Hình 3.17 Khảo sát ảnh hưởng của pH (dạng thải là Pb 3 (PO 4 ) 2 ) 54 Hình 3.18 Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl - 56 Hình 3.19 Khảo sát ảnh hưởng của ion SO 4 2 57 Hình 3.20. Khảo sát ảnh hưởng của ion CH 3 COO - 58 Hình 3.21 Khảo sát ảnh hưởng của ion Cit 3- 59 Hình 3.22 Khảo sát đồng thời các ion ảnh hưởng đồng thời của các ion 60 - 7 - MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người. Đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng. Kiểm soát các nguồn nước thải là công việc hết sức cần thiết nhằm giảm thiểu ô nhiễm do nước thải. Công việc xử lý nước thải thường được thực hiện ngay tại nơi phát sinh nước thải hoặc trước khi thải vào nguồn tiếp nhận và sau đó thì thường không được quan tâm nữa. Trong khi đó, hiện nay các phương pháp xử lý kim loại nặng thường thải ra một lượng bùn thải rất lớn. Theo thời gian, nếu lượng bùn thải này không được xử lý một cách phù hợp nó sẽ gây ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng do tác động của các yếu tố môi trường. Một trong các kim loại nặng có độc tính cao đối với cơ thể con người là chì. Chì là kim loại có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất như sản xuất ăcquy, pin, cáp điện, dệt nhuộm, luyện kim, sản xuất khai thác khoáng sản Do đó lượng chì thải ra môi trường là rất lớn. Có nhiều phương pháp xử lý chì như phương pháp kết tủa, phương pháp thẩm thấu ngược hay phương pháp điện thẩm tách Các phương pháp này đều thải ra một lượng bùn thải rất lớn và thường không được xử lý. Lượng chì thải ra dưới dạng bùn thải này liệu đã an toàn với môi trường hay chưa? Liệu trải qua một thời gian dài cùng với sự thay đổi môi trường nước có làm ảnh hưởng đến sự lắng đọng và vận chuyển của chì trong bùn và trong nước hay không? Đây là một trong những vấn đề rất cấp thiết đối với các nhà khoa học, môi trường học và của toàn nhân loại. Do đó, trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi thực hiện bước đầu “ Nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của chì (Pb) trong môi trường nước” ở các điều kiện khác nhau, từ đó có một cách nhìn khái quát nhất về sự an toàn và nguy hiểm của các dạng thải chì và bước đầu đề ra các biện pháp tối ưu nhất làm giảm thiểu ô nhiễm chì trong nước. Chương 1: TỔNG QUAN 1.2. Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước [1] 1.2.1. Sự ô nhiễm nguồn nước - 8 - Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất. Nước là thành phần quan trọng của tất cả các sinh vật, vật chất có trên trái đất. Nước tham gia vào mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên, nó tác động đến sự biến đổi của trái đất cũng như sự sống trên trái đất. Nói cách khác, nước là nguồn gốc của sự sống là môi trường trong đó diễn ra các quá trình sống. Trên trái đất hơn 97% là nước biển, còn lại dưới 3% là nước ngọt. Nước ngọt được con người sử dụng nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấp cho sinh hoạt, tưới tiêu trong nông nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, làm nguyên liệu và các tác nhân trao đổi nhiệt trong rất nhiều quá trình quan trọng. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp như hiện nay, các nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi các loại chất thải khác nhau, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, đe dọa sức khỏe và cuộc sống của con người. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước bao gồm: Chất hữu cơ: Chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước bao gồm các chất hữu cơ tổng hợp, dầu mỡ, các chất thải sinh hoạt… Các chất hữu cơ tổng hợp bao gồm nhiên liệu, chất dẻo, dung môi, chất tẩy rửa, thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm… Các chất này có mặt trong nước sẽ làm cho nước có màu , mùi vị lạ, có tác hại đối với các loài động vật và thực vật sống trong nước. Dầu mỡ nổi trong nước sẽ làm giảm sự truyền ánh sáng qua lớp nước, làm giảm DO của nước, gây bệnh cho nhiều loài động thực vật sống trong nước. Các thuốc bảo vệ thực vật không bị phân hủy sẽ bị tích tụ trong đất ngày càng nhiều, và ngấm vào nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước. Vi sinh vật: Trong nước có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, các đơn bào, rong tảo…chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh, chúng sống và phát triển trong nước. Có thể chia chúng thành hai loại: Loại vi sinh vật có hại là các vi trùng gây bệnh có trong nguồn chất thải, bệnh của người và gia súc như bệnh tả, thương hàn. Vi khuẩn E-coli là vi khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng của nước. Các loại rong tảo làm cho nước có màu xanh, khi chết thối rữa sẽ làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong nước, làm cho nước có mùi, giảm DO và tăng BOD của nước. [...]... chì thải ra môi trường là rất lớn, gây ảnh hưởng trầm trọng đến sức khỏe và đời sống của con người Với tính chất đặc biệt, khi các dạng chì thải ra ngoài môi trường có thể quay trở lại gây ô nhiễm môi trường nước bất cứ lúc nào nếu môi trường thay đổi Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài là : Nghiên cứu sự lắng đọng và vận chuyển của chì trong môi trường nước 2.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Trong. .. nguồn nước thải công nghiệp, nước mưa, nước chảy tràn đô thị và nông nghiệp, nước do quá trình khai thác mỏ để tưới vào đất thì hàm lượng chì trong đất và nước ngầm tăng dần theo thời gian 1.3.4 Hiện trạng ô nhiễm chì trong môi trường nước trên thế giới Theo đánh giá của viện nghiên cứu Blacksmith (Mỹ) trong 10 khu vực ô nhiễm nhất thế giới có Thiên Tân (Trung Quốc), La Oroya (Peru), Dalnegorsk (Nga) và. .. đầu nghiên cứu chì với các mẫu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Kết quả thu được có thể ứng dụng để nghiên cứu các mẫu nước thải thực tế Đối tượng nghiên cứu là các dạng hợp chất ít tan của chì và các dạng hợp chất tan trong nước của chì trong các môi trường nước khác nhau 2.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất thí nghiệm 2.3.1 Dụng cụ Các dụng cụ đều phải rửa sạch bằng dung dịch EDTA, và tráng... mol/l (một điều kiện không phổ biến đối với môi trường) tồn tại một số phức hydroxo dạng đa nhân như Pb3(OH)42+ ( 50.10-6 mol/l), Pb4 (OH)44+ và Pb 6(OH)84+ ( 10-3 mol/l) Ở nồng độ chì rất cao còn tồn tại Pb2(OH)3+ - 14 - (a) (b) Hình 1.1 Biểu đồ ranh giới các dạng tồn tại của chì trong dung dịch ở các giá trị pH khác nhau (a) [Pb 2+] = 4,8.10-4 (mol/l) (1 00ppm); (b) [Pb 2+] = 4,8.10-6 (mol/l) (1 ppm)... nóng Pb + 2KOH + 2H 2 O  K2[Pb(OH)4 ] + H2 1.3.1.3 Các dạng tồn tại của chì trong nước [4], [9], [13] Chì là kim loại tương tự nhôm, crom, kẽm có hydroxit, oxit tương ứng là lưỡng tính Do đó trong nước chì tồn tại ở các dạng khác nhau phụ thuộc vào pH của môi trường và nồng độ chì Trong dung dịch nước chì tồn tại ở hai trạng thái hóa trị, chủ yếu là Pb(II) và Pb(IV) Trong dung dịch Pb2+ tồn tại các... chì O O S HC NH Pb S H3C CH3 Phức chelat chì với d-penicilamin Hình 1.2 Một số dạng phức chelat của chì 1.3.3 Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm chì trong môi trường Nguồn gốc gây ô nhiễm chì trong môi trường bao gồm nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo Nguồn gốc tự nhiên, phần lớn chì đi vào môi trường là do hoạt động của núi lửa, đá biến chất Tuy nhiên, nguồn ô nhiễm chì từ các quá trình địa hóa là không đáng... nồng độ cao hơn (> 0,8ppm) có thể gây nên bệnh thiếu máu do thiếu các sắc tố hồng cầu Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 – 0,8ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy tế bào não Xương là nơi tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó Tóm lại, khi xâm nhập vào cơ thể động vật chì gây rối loạn... hàng đầu Trung Quốc và cũng là một trong những thành phố ô nhiễm nhất nước này Lĩnh vực sản xuất chính của thành phố là ngành công nghiệp khai thác chì Do không quan tâm đến vấn đề môi trường nên hiện nay nồng độ chì trong không khí và đất ở đây cao gấp 10 lần mức độ cho phép, còn trong cây cối là gấp 24 lần Số người có khả năng bị tác động của ô nhiễm chì và các kim loại khác vào khoảng 140.000 người... chuyển của chì trong nước, trong khuôn khổ của đề tài chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu với các mẫu chì khác nhau - Mẫu nghiên cứu với dạng kết tủa Pb(OH)2 : Dùng pipet hút 1ml Pb 2+ chuẩn 1000ppm đã pha ở trên cho vào bình định mức 100ml, sau đó cho thêm nước cất và các dung dịch HNO 3 , hoặc dung dịch NaOH 0,1M để điều chỉnh pH rồi định mức đến vạch Cho hỗn hợp thu được vào bình tam giác đem lắc trong. .. lượng lớn kim loại nặng vào đất và nước ngầm Các kim loại nặng trong bùn thải được dùng để bón ruộng, trong đó chì thường tồn tại dưới dạng hợp chất cacbonat (khoảng 60%) cũng là nguồn đưa kim loại này vào đất và nước Việc sử dụng các nguồn nước tưới ô nhiễm kim loại nặng cũng là vấn đề cần quan tâm Tất cả các hợp chất của chì như PbBrCl, PbSO4, PbS, PbCO 3 được chuyển vào nước bằng các quá trình . TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Hoa NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa Môi trường. bước đầu “ Nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của chì (Pb) trong môi trường nước ở các điều kiện khác nhau, từ đó có một cách nhìn khái quát nhất về sự an toàn và nguy hiểm của các dạng. HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC