ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

TRẦN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XI
(Pteris vittata L.) VÀ VẬT LIỆU Fe2O3 Nano

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

TRẦN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XI
(Pteris vittata L.) VÀ VẬT LIỆU Fe2O3 Nano

Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM

DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN............................ Error! Bookmark not defined.
1.1. Tổng quan về Asen................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Giới thiệu chung về Asen ............... Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Ứng dụng của Asen ........................ Error! Bookmark not defined.
1.1.3. Độc tính của Asen .......................... Error! Bookmark not defined.
1.1.4. Các dạng tồn tại của asen trong nướcError! Bookmark not defined.
1.2. Khái quát về vật liệu nano ..................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Khái niệm ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Phân loại vật liệu nano ................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Một số tính chất của vật liệu nano . Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Phương pháp chế tạo vật liệu nano Error! Bookmark not defined.
1.2.5. Ứng dụng của vật liệu nano ........... Error! Bookmark not defined.
1.3. Tổng quan về Biện pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim
loại nặng trong nƣớc...................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Khái niệm chung ............................ Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Công nghê ̣ xử lý ô nhiễm nước bằ ng thực vâ ̣tError! Bookmark not defined.

1.3.3. Cơ chế sinh ho ̣c xử lý KLN trong nước bằ ng thực vâ ̣tError! Bookmark not d
1.4. Hiện trạng ô nhiễm Asen........................ Error! Bookmark not defined.
1.4.1. Hiện trạng ô nhiễm Asen trên thế giớiError! Bookmark not defined.
1.4.2. Hiện trạng ô nhiễm Asen ở Việt NamError! Bookmark not defined.
1.5. Các phƣơng pháp xử lý Asen ................. Error! Bookmark not defined.
1.5.1. Oxi hoá As(III) ............................... Error! Bookmark not defined.
1.5.2. Kĩ thuật keo tụ - kết tủa ................. Error! Bookmark not defined.
i


1.5.3. Phương pháp trao đổi ion ............... Error! Bookmark not defined.

liêụ Fe2O3 nano ............................................... Error! Bookmark not defined.

3.2.1. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu Fe2O3 nanoError! Bookmark not de

3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Asen của vật liệu Fe2O3Error! Bookmar

3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe2O3/As đến hiệu quả hấp phụ As.Error! Bookm
ii


3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý As của vật liệu
Fe2O3 nano ................................................ Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ As ban đầu tới
hiệu quả xử lý As trong nước của vật liệu Error! Bookmark not defined.
3.2.6. Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý Asen trong mẫu
nước lấy ngoài thực địa bằng vật liệu Fe2O3 nano.Error! Bookmark not defined.
3.3. Kế t quả nghiên cƣ́u hiêụ quả xƣ̉ lý Asen t rong nƣớc của cây
Ráng Chân xỉ .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý
Asen trong nước của cây Ráng chân xỉ .... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ A

sen ban đầu đến

hiệu quả xử lý Asen của cây Ráng Chân XiE
̉ rror! Bookmark not defined.
3.3.3. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây
Ráng Chân Xỉ đối với mẫu thực địa. ........ Error! Bookmark not defined.
3.4. Kết quả thí nghiệm so sánh ảnh hƣởng của nồng độ As ban
đầu tới hiệu quả xử lý asen trong nƣớc của vật liệu Fe 2O3 nano


Clo tự do hoạt động

TEM

Transmission Electron Microscopy

Kính hiển vi điện tử truyền qua

XRD

X – Ray diffraction

Nhiễu xạ tia X

SEM

Scanning Electron Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 . Một số khoáng vật tự nhiên chứa Asen [26] ... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 2. Trạng thái tồn tại các dạng Asen trong điều kiện oxi hóa khử và pH
khác nhau ......................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. Dung lượng hấp phụ As của vật liệu Fe2O3 ...... Error! Bookmark not

Hình 2.

Khoáng vật chứa Asen .................... Error! Bookmark not defined.
Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO3 ,H2AsO3-,HAsO32-,
AsO33- theo pH (Asen III) ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO4 ,H2AsO4-,HAsO42-,
AsO43- theo pH (Asen V) ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 4: Ứng dụng của vật liệu nano. ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 5: Sử dụng thảm thực vật trong xử lý nước thảiError! Bookmark not defined.
Hình 6. Bản đồ các khu vực ô nhiễm asen trên toàn quốcError! Bookmark not define
Hình 7. Tình hình nhiễm Asen ở Hà nội 12/1999 [21]Error! Bookmark not defined.
Hình 8. Hệ thống máy hấp thu nguyên tử AAS của hãng VarianError! Bookmark not
Hình 9. Hệ lò vi sóng điều chế vật liệu Fe2O3 nano.Error! Bookmark not defined.
Hình 10. Sơ đồ quy trình chế tạo hạt nano oxit sắt vô định hìnhError! Bookmark not d
Hình 11: Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý asen trong mẫu thực địa
bằ ng vâ ̣t liê ̣u Fe2O3 nano................. Error! Bookmark not defined.
Hình 12: Giản đồ XRD của vật liệu nano Fe2O3 vô định hình.Error! Bookmark not def
Hình 13: Ảnh TEM của vật liệu Fe2O3 nano vô định hình có độ phóng
đại 50nm. ......................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 14. Ảnh chụp SEM của vật liệu Fe2O3 nano vô định hình.Error! Bookmark not d
Hình 15. Thế Zeta của vật liệu Fe2O3 nano ở các pH khác nhauError! Bookmark not d
Hình 16. Đồ thị biểu diễn điện tích bề mặt của vật liệu Fe2O3Error! Bookmark not def
Hình 17: Đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt LangmuirError! Bookmark
Hình 18: Đồ thị xác định dung lượng hấp phụ cực đại theo phương trình
Langmuir ......................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu qủa xử lý As của
vật liệu Fe2O3 nano. ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ Fe 2O3/As đến
hiệu quả hấp phụ As. ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 21. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý

Sử dụng thực vật trong việc xử lý các chất ô nhiễm là một công nghệ
hoàn toàn mới mẻ, đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển. Theo đánh giá sơ
bộ, giá thành trung bình của xử lý chất ô nhiễm bằng các phương pháp hoá
học, cơ học, lý hoá học… cao hơn rất nhiều lần so với giá thành xử lý môi
trường ô nhiễm bằng biện pháp sinh học. Do đó ngày càng cần có nhiều
nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa để hoàn thiện các cơ chế xử lý chất ô nhiễm
bằng thực vật để có thể ứng dụng chúng một các rộng rãi trong thực tế nhằm

1


giảm bớt các chi phí tốn kém và có thể áp dụng trong các điều kiện của nền
kinh tế đang phát triển, đă ̣c biê ̣t ở các vùng nông thôn.
Tiềm năng công nghệ nano, không giống các công nghệ khác, thường
bắt nguồn từ một bộ môn khoa học cụ thể, nhưng công nghệ nano là sự kết
hợp của nhiều bộ môn khoa học. Công nghệ nano được xác định bằng quy mô
hoạt động. Khoa học nano và công nghệ nano liên quan đến việc nghiên cứu
vật chất ở kích thước siêu nhỏ. Một nano mét bằng 1 phần triệu của 1mm và
một sợi tóc của con người rộng khoảng 80.000 nano mét. Kích thước của vật
liệu nano quá nhỏ làm cho con người khó nhìn thấy. Kích thước nano cho
phép xử lý những bộ phận nhỏ nhất của vật chất. Hoạt động ở kích thước
nano sẽ liên kết các nguyên tử và phân tử để khai thác dễ dàng hơn các đặc
điểm của vật chất. Chúng ta sẽ hình dung về việc tạo ra các vật liệu mới hoặc
thay đổi các vật liệu cũ. Trong các ứng dụng như lọc nước, các vật liệu có thể
được làm mới hoặc điều chỉnh để lọc sạch các kim loại nặng và độc tố sinh
học. Vật liệu FeIII nano còn rất mới nhưng nó có những tính chất và ưu điểm
vượt trội so với các vật liệu trước đây.
Chính vì các lý do trên, đề tài ― Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý
Asen trong nước của ráng chân xi


National Park, 18th– 20th June 2010.
8. Nguyễn Khắc Hải, Đặng Minh Ngọc và cộng sự, Chander Badloe,
Nguyễn Quý Hòa (2004). ―Tình hình ô nhiễm Asen trong nguồn nước
ngầm tại 3 xã Hòa Hậu, Vĩnh Trụ, Bồ Đề - Hà Nam‖, Hội nghị khoa học
lần thứ III trường Đại học Khoa học Tự nhiên, khoa học – công nghệ môi
trường và phát triển bền vững, tr. 34 – 42.

3


9. Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Ngọc Anh, (2010)
nghiên cứu xử lý Asen trong nước ngầm ở một số vùng nông thôn bằng
hydroxit sắt III, tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công
nghệ 26 Tr 165 – 171.
10. La Vũ Thùy Linh (2010), Công nghệ nano – cuộc cách mạng trong khoa
học thế kỷ 21. Tạp chí khoa học ứng dụng, số 12, tr14 – 26.
11. Lê Thị Kim Oanh (2007), Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý Asen trong
nước ngầm bằng đioxit mangan MnO2. Luận văn thạc sĩ khoa học, trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, tr 2 – 7.
12. Vũ Đình Thảo (2007), Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ Asen trên
bột quặng MnO2 . Luận văn thạc sĩ khoa học, trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, ĐHQGHN, tr 4 – 58.
13. Nguyễn Thị Phương Thảo, Đỗ Trọng Sự, 2000. Bước đầu điều tra nghiên
cứu khả năng ô nhiễm Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội. Hội thảo
chất lượng nước Hà Nội. Bộ Kế hoạch và đầu tư. Hà Nội 7/2000.
14. Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, trung tâm nước sạch và vệ sinh
môi trường tỉnh Hà Nam (2002), Báo cáo kết quả xét nghiệm nước ngầm
và tình trạng ô nhiễm Asen và Amoni tỉnh Hà Nam, 2002.
15. Phạm Hùng Việt, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyền, Michael Berg,
Walter Giger, Roland Schertenleib (2000). ―Bước đầu khảo sát nhằm

Oxidation of Arsenic and its Removal in Water Treatment‖, Acta
hydrochim. Hydrobiol, 2, pp. 97 – 107.
25. Nanoscience and nanotechnologies: (2004), Opportunities, The Royal
Socciety and The Royal Academy of Engineering, London
26. Nguyen Manh Khai, Ngo Duc Minh, Le An Nguyen, Rupert Lloyd
Hough, Nguyen Cong Vinh, Ingrid Öborn, ―Potential public health risks
due to intake of Arsenic (As) from rice in a metal recycling village in the
Red River Delta, Vietnam‖, (2010) The First International conference on
environmental pollution, restoration and management. March 1-5, Ho
Chi Minh City, Vietnam, 124-125.
5


27. Paritam K. Dutta, Ajay K. Raya, Virender K. Sharma, Frank J. Millero
(2004). ―Adsorption of arsenate and arsenite on titanium dioxide
suspensions‖, Journal of Colloid and Interface Science, 278, pp. 270 – 275.
28. P. M. Jayaweera, P. I. Godakumbura and K.A.S. Pathiratne (2003).
Photocatalytic oxidation of As(III) to As(V) in aqueous solution: A low
cost pre-oxidative treatment for total removal of arsenic from water,
Current science, pp. 541 – 543.
29. Sabine Goldberg (2002). Competitive Adsorption of Arsenate and
Arsenite on Oxides and Clay Minerals, Soil Sci. Soc. Am. J. , 66, pp. 413
– 421.
30. Tamaki, S. ; Flankenbergen, W. T (1992), Environmental biochemistry of
arsenic, Rev. Environ. Contan. Toxicol, 124, pp.79-110.
31. Kim M. J. , Nriagu (1994), Arsenic in the Environment, part 1: Cycling
and characterization, John Wiley and Son.
32. />33. />34. />
6