TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
\[

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU ARSENIC TRONG
NƯỚC UỐNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CÓ SẴN TẠI ĐỒNG
BẰNG SÔNG CỬU LONG

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THANH SANG
Ngành : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa : 2006 – 2010

Tháng 8, năm 2010


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU ARSENIC
TRONG NƯỚC UỐNG CỦA VẬT LIỆU CÓ SẴN Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU
LONG

Tác giả

NGUYỄN THANH SANG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn
Tiến sĩ LÊ QUỐC TUẤN


tháng 8/2010. Quá trình nghiên cứu chia làm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1 : Xây dựng phương pháp và mô hình thí nghiệm ( bao gồm 6 thí
nghiệm với những vật liệu lọc có sẵn khác nhau như cát, than, gạch, đá tổ ong….).
Giai đoạn 2 : Tiến hành thí nghiệm dựa trên mô hình đã xây dựng, cho nước
nhiễm Arsenic qua cột lọc với những vật liệu khác nhau, sau một thời gian lấy mẫu
đem phân tích, áp dụng phương pháp phân tích phổ hấp thu nguyên tử ( ACIAR - AAS
001 – 2007 ). Sau đó, lấy mẫu cát sau khi lọc đem phân tích cấu trúc, xác định Arsenic
bám trên hạt cát bằng phương pháp XRD – Xray Diffraction.
Giai đoạn 3 : Nhận xét kết quả phân tích, viết báo cáo hoàn thành quá trình
nghiên cứu.
Sau khoảng thời gian 5 tháng nghiên cứu, đã thu được 2 kết quả quan trọng:
Một là : Hiệu suất xử lý Arsenic cao, nước sau khi xử lý đều đạt tiêu chuẩn
cho phép Arsenic có trong nước uống là 0,01 mg/L ( 10 ppb ).
Hai là : Phát hiện được Arsenic bám dính trên cấu trúc hạt cát – đây là bước
phát triển mà các đề tài trước chưa nghiên cứu.

ii


ABSTRACT

The subject “Study of Arsenic absorb ability of some availabe materials in Mekong
Delta drinking water” was performed at the laboratory of Evironment Faculty - UAF,
from 2-8/2010. The process included 3 phases:
• The first phase: Set up methods and models of experiments (include 6
experiments with different available filter materials such as: sand, charcoal,
bricks, laterites…)
• The second phase: Performed experiments based on set-up models: ran water
contaminated by Arsenic throught filter column made from different materials.
After certain time, samples were analyzed by AAS method. Afterwards,

2.1.2.1 Tính chất vật lý............................................................................. 4
2.1.2.2 Tính chất hóa học ......................................................................... 5
2.1.3 Độc tính Asen ....................................................................................... 12
2.1.4 Nguồn gốc và cơ chế gây ô nhiễm ....................................................... 19
2.1.4.1 Nguồn gốc ô nhiễm .................................................................... 19
2.1.4.2 Cơ chế gây ô nhiễm Asen .......................................................... 20
2.1.5 Hiện trạng nguồn nước ngầm chứa Asen ............................................ 25
2.1.5.1. Thế giới ..................................................................................... 25
2.1.5.2. Việt Nam ................................................................................... 29
2.1.5.3. Nồng độ giới hạn ....................................................................... 41
2.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ...................................... 41
2.2.1. Phương pháp điện hóa ........................................................................ 41
2.2.1.1. Phương pháp cực phổ ................................................................ 41
iv


2.2.1.2. Phương pháp Vol – Ampe hòa tan ............................................ 42
2.2.2. Phương pháp kích hoạt Notron .......................................................... 42
2.2.3. Phương pháp trắc quang .................................................................... 42
2.2.3.1 Phương pháp đo trắc quang xác định tổng hàm lượng Asen với bạc
dietyl dithio cacbamt (SDDC) ................................................................... 42
2.2.3.2 Phương pháp xác định Asen ở dạng xanh Molipdic .................. 43
2.2.4 Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .............................................................. 43
2.3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ............................................. 44
2.3.1. Phương pháp keo tụ - kết tủa .............................................................. 44
2.3.2. Phương pháp oxi hóa .......................................................................... 46
2.3.3.

Trao đổi ion ........................................................................................ 47


4.1.1.2. Nhận xét kết quả phân tích mẫu lọc qua cát : ........................... 68
4.1.1.3. Nhận xét kết quả phân tích mẫu lọc qua than : ........................ 69
4.1.1.4. Nhận xét kết quả phân tích mẫu lọc qua vật liệu kết hợp cát và than
................................................................................................................... 69
4.1.1.5. Nhận xét kết quả phân tích mẫu lọc qua vật liệu đá tổ ong: .... 70
4.1.1.6. Nhận xét kết quả phân tích mẫu lọc qua vật liệu gạch xây nhà 71
4.1.1.7. Nhận xét kết quả phân tích mẫu lọc qua vật liệu kết hợp cát, gạch
và than đá tổ ong:...................................................................................... 72
4.1.1.8. So sánh kết quả lọc của 3 loại vật liệu lọc : Cát – Cát kết hợp than
– Cát kết hợp gạch, đá tổ ong : ................................................................. 73
4.1.1.9. Kết quả chụp XRD hạt cát sau khi hấp phụ : ............................ 74
4.1.2. Bàn luận – Kiến nghị : ........................................................................ 76
4.1.2.1. Bàn luận .................................................................................... 76
4.1.2.2. Kiến nghị ................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 78 

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang

Bảng 2.1 ……………………………………………………………………………….9
Tóm tắt cấu trúc các dạng vô cơ/ hữu cơ của Asen trong tự nhiên
Bảng 2.2 …………………………………………………………………………........11
Tóm tắt công thức phân tử hợp chất vô cơ/hữu cơ Asen trong tự nhiên
Bảng 2.3 ………………………………………………………………………………21
Lượng Asen trong thành phần của đất
Bảng 2.4 ………………………………………………………………………………22
Asen phân bố trong tự nhiên

Đồ thị 4.3 : Kết quả mẫu lọc bằng cát………………………………………………...68
Đồ thị 4.4 : Kết quả mẫu lọc bằng than……………………………………………….69
Đồ thị 4.5 : Kết quả mẫu lọc bằng cát và than………………………………………..70
Đồ thị 4.6 : Kết quả mẫu lọc bằng than đá tổ ong…………………………………….71
Đồ thị 4.7 : Kết quả mẫu lọc bằng gạch………………………………………………72
Đồ thị 4.8 : Kết quả mẫu lọc bằng vật liệu kết hợp cát, gạch và than đá tổ ong……...72
Đồ thị 4.9 : Kết quả so sánh 3 loại vật liệu lọc cát – cát,than – cát, gạch, đá tổ ong…73

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang

Hình 2.1 : Quặng có chứa Asen………………………………………………………...3
Hình 2.2: Biểu hiện của sự nhiễm độc Asen trên tay (a, b, c, d, e), trên chân (f, g) và
trên cơ thể (h)…………………………………………………………………………19
Hình 2.3 : Keo tụ bằng nhôm hoạt tính……………………………………………….46
Hình 3.1 : Cột lọc bằng than…………………………………………………………..62
Hình 3.2 : Cột lọc bằng than và cát…………………………………………………...63
Hình 4.1: Kết quả XRD hạt cát sau hấp phụ………………………………………….75

ix


CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1.

Đó là lý do mà chúng tôi thực hiện đề tài ” Nghiên cứu khả năng hấp thu Arsenic trong
nước uống từ những vật liệu có sẵn tại đồng bằng Sông Cửu Long”
1.2.

MỤC ĐÍCH
Tiến hành nghiên cứu dựa trên nguyên lý hấp phụ để tìm ra lớp vật liệu mới để

xử lý nước uống có nhiễm Asen vừa đạt hiệu quả cao về mặt xử lý cũng như hiệu quả
cao về mặt kinh tế. Ứng dụng vào thực tiễn đời sống để giúp người dân có được nguồn
nước uống an toàn hơn.
1.3.

NỘI DUNG
Nghiên cứu lý thuyết về Asen, tính chất, nguồn gốc và cơ chế gây độc để tạo cơ

sở lý thuyết để xây dựng mô hình nghiên cứu

.

Nghiên cứu khả năng xác định Asen của các phương pháp cực phổ, kích hoạt
Notron và phương pháp trắc quang. Khảo sát cấu trúc hạt cát sau khi hấp phụ bằng
phương pháp chụp tia X ( XRD – Xray Diffraction).
Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trên mô hình thực nghiệm, mô hình gồm :
Ống sắc ký với các lớp vật liệu khác nhau ( cát pha sét, than sọ dừa), máy bơm định
lượng...
1.4.

PHẠM VI THỰC HIỆN
Chúng tôi tiến hành nghiên cứu trên nguồn nước uống có nhiễm Asen.


tiếp xúc vớ không khí một phần Asen bị oxi hóa thành những hợp chất rất độc.
Asen là một nguyên tố hóa học có số thứ tự là 33 thuộc chu kỳ 4 phân nhóm V
trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Khối lượng nguyên tử M = 74,92159 (g/mol)
Cấu hình electron của As là [Ar] 3d104s23p3
Cũng như nguyên tố nhóm VA, khi kết hợp với các nguyên tố khác As chủ yếu
sử dụng 3e độc thân để tạo nên các hợp chất As có mức oxy hóa (-3) hoặc (+3) tùy
thuộc vào bản chất nguyên tố kết hợp.
2e thường tạo liên kết cộng hóa trị cho nhận với những nguyên tố có độ âm
điện lớn, trường hợp này As có mức oxi hóa (+5). Do các obitan 4d trống nên As có
khả năng tạo 5 cặp electron ghép đôi, trường hợp này As có mức oxi hóa (+5).
2.1.2. Tính chất vật lý – hóa học
2.1.2.1

Tính chất vật lý

Ở dạng đơn chất cũng như hợp chất, Asen vừa có tính chất kim loại vừa có
tính chất không kim loại, nó là nguyên tố nửa kim loại nửa không kim loại.
Dạng không kim loại : Là chất rắn màu vàng ( Asen vàng ) được tạo nên khi
ngưng tụ hơi, có mang lưới lập phương, kiến trúc của những mạng lưới đó gồm những
4


phân tử As4 liên kết với nhau bằng lực VanderWalls. Phân tử As4 có cấu trúc tứ diện
đều. As vàng kém bền, ở nhiệt độ thường, dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển sang
dạng kim loại
Dạng kim loại : Có màu trắng hơi xám ( Asen xám ). Asen xám có kiến trúc
lớp, không tan trong CS2, dẫn nhiệt, dẫn điện nhưng giòn và dễ nghiền thành bột.
Khối lượng riêng M = 5,726 (g/cm3)

2As + 6NaOH + O2 = 2Na3AsO4 +3H2
Asen thường tồn tại ở dạng hợp chất, hợp chất có tính thương mại và quan trọng nhất
là As2O3. Hợp chất này là sản phẩm phụ của quá trình nấu đồng. As2O3 là chất bột vô
định hình màu trắng hoặc các màu dạng thuỷ tinh. As2O3 có nhiệt độ sôi khoảng
465oC, thăng hoa ở nhiệt độ thấp hơn. Độ tan của As2O3 trong nước khá thấp khoảng
2% ở 25oC và 8,2% ở 98oC. As2O3 tan tốt trong dung dịch axit HCl và dung dịch kiềm.
Hoá học hữu cơ của asen khá rộng do liên kết C-As bền dưới các điều kiện thay đổi
của môi trường pH, thế oxi hoá - khử.
Trong các hợp chất, asen có hai số oxi hóa: 3+, và 5+. Các oxit của asen đều có tính
chất axit, những hợp chất AsCl3, AsCl5 không bền trong nước dễ bị thuỷ phân thành
axit tương ứng: H3AsO3 và H3AsO4.
* Các phản ứng của asen (III)
- Tác dụng với Na2S tạo ra muối thiotan:
H3AsO3 + 3Na2S = Na3AsS3 + 3NaOH
- Tác dụng với dung dịch I2 trong môi trường pH = 8 (dùng NaHCO3)
AsO32- + I2 + H2O = AsO43-+ 2I- + 2H+
* Các phản ứng của asen (V)
- Tác dụng với KI trong môi trường H+:
AsO43-+ 2I-+ 2H+ = AsO33-+ I2 + H2O
- Tác dụng với hỗn hợp (MgCl2 + NH4OH):
H3AsO4 + MgCl2 + 3NH4OH = MgNH4AsO4 + 2NH4Cl + 3H2O
* Các phản ứng của asin (AsH3)
6


- Tác dụng với H2SO4 loãng:
6H2SO4 + 2AsH3 = 6SO2 + As2O3 +9H2O
- Tác dụng với AgNO3:
AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O = 6Ag + 6HNO3 + H3AsO3
Dạng Asen tồn tại chủ yếu dưới đất là H3AsO4 ( trong môi trường pH axit đến

H2AsO4 + H
2-

+

+ H

↔ AsO4

3-

+

+H

-

2-

pK1

= 2,2

pK2

= 7,0

pK3

= 11,5


↔

AsO3

2-

-

+

+

H
+

+

H

+

H

3-

pK1

+



H3AsO4
↔ H2O
↔ H3AsO4

+

+ 2H

+0,956V
- 0,815V
+0,141V

Đồ thị 2.1: Sự phụ thuộc của hợp chất Arsenate (As(V)) theo pH

8


Đồ thị 2.2 : Sự phụ thuộc của các hợp chất Arsenate (As (III)) theo pH

Bảng 2.1 : Tóm tắt cấu trúc các dạng chất vô cơ - hữu cơ của Asen trong tự nhiên

Arsenate

Arsenite

Methylarsonic
acid

9


Bảng 2.2 :

Tóm tắt công thức phân tử các hợp chất vô cơ - hữu cơ của As trong tự
nhiên

Tên

Công thức hoá học

Arsanilic acid

--

C6H8AsNO3

Arsenite acid

As(III)

H3AsO3

11


Arsenate acid

As(V)

H3AsO4


Trimethylarsine

TMA

(CH3)3As

Trimethylarsine oxide

TMAO

(CH3)3AsO

Tetramethlarsonium ion

Me4As+

(CH3)4As+

Arsenocholine

AsC

(CH3)As+CH2CH2OH

Arsenobetaine

AsB

(CH3)3As+CH2COO


SH
[ enzyme]

S
+ AsO3

3-

As – O-

[enzyme]

SH

S
13

+ OH-


CH2 – CH2 – CH – (CH2)5 – C – Protein + AsO33SH

SH

O

CH2 – CH2 – CH – (CH2)5 – C – Protein + 2OH S

S


14