nghiên cứu khả năng hấp phụ cadimi và chì trong đất ô nhiễm bằng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
***


NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG



NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CADIMI VÀ CHÌ TRONG ĐẤT Ô
NHIỄM BẰNG VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN





LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC





Hà Nội, năm 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
***


NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CADIMI VÀ CHÌ TRONG ĐẤT Ô

NHIỄM BẰNG VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN

Chuyên nghành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 85 02



LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TSKH NGUYỄN XUÂN HẢI



Hà Nội, năm 2011


i
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU iv
DANH MỤC HÌNH VẼ v
PHỤ LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Động học kim loại nặng trong đất – quá trình hấp phụ 3
1.1.1. Phong hóa đá mẹ 4
1.1.2. Hòa tan kim loại nặng từ khoáng vật đất 4
1.1.2.1. ng ca kim lot 4
1.1.2.2. ng ca th  kh n kh a kim loi 6
1.1.3. Trao đổi ion, hấp phụ và hóa hấp phụ 7

1.1.3.1. Th t c ca kim lop ph 9
1.1.3.2. Bn cht ca hp ph kim loi 10
1.1.3.3. S gii hn ca kim loi 12
1.1.4. Yếu tố ảnh hƣởng đến hấp phụ kim loại trong đất 13
1.1.5. Chelate hóa và tạo phức với các hợp chất hữu cơ 16
1.2. Nguồn gốc và hàm lƣợng của cadimi và chì trong đất 17
1.2.1. Nguồn tự nhiên và hàm lƣợng nền 19
ng kim loi n 19
ng nn ct 20
1.2.2. Khai m n kim 22
1.2.3. Lng t uyn xup 23
1.2.4. B t t sn xup 25
1.3. Vai trò của vật liệu hấp phụ trong xử lý tại chỗ đối với đất ô nhiễm chì và
cadimi. 28
1.3.1. Zeolit 30
1.3.1.1. C 30
 c ca zeolit 31
1.3.2. Zeolit tổng hợp và biến tính 33
1.3.3. Phƣơng pháp tổng hợp zeolit (nhiệt dịch/zeolit hóa) 35
1.4. Tổng quan về tro bay 37
1.4.1. Tính chất lý - hóa học của tro bay 38


ii
1.4.2. Tình hình sử dụng tro bay trên thế giới 39
1.5. Tổng quan về diatomit 42
1.5.1. Tính chất lý – hóa học của diatomit 42
1.5.2. Tình hình sử dụng diatomit trên thế giới 44
CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG 46
VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46

2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu 46
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 46
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu 46
m 46
2.1.2.2. Diatomit 46
2.1.2.3. Tro bay 46
2.1.2.4. Kim loi n m 47
2.2. Nội dung nghiên cứu 47
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 47
2.3.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu 47
2.3.2. Phƣơng pháp lấy mẫu ngoài thực địa 47
2.3.3. Phƣơng pháp trong phòng thí nghiệm 48
 48
2.3.3.2. Tng hp vt liu t  50
2.3.3.3. B m 50
2.3.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu 52
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54
3.1. Các tính chất cơ bản của đất và vật liệu hấp phụ 54
3.1.1. Các tính chất cơ bản của đất 54
3.1.2. Các tính chất cơ bản của Diatomit Hòa Lộc 55
3.1.3. Các tính chất cơ bản của tro bay 56
3.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ điatomit và tro bay 56
3.2.1. Điatomit Hòa Lộc và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp vật liệu 56
3.2.1.1. ng ca t l n NaOH/Al(OH)
3
56
3.2.1.2. ng ca nhi khuy t 58
3.2.1.3. ng ca thi gian khuy t 59
3.2.1.4. Vt liu tng h c ca vt liu 61

iii
3.2.2. Tro bay và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp vật liệu 63
3.2.2.1. ng ca n kim OH
-
63
3.2.2.2. ng ca thi gian khuy t 64
3.2.2.4. Vt liu tng hi v c ca vt liu 67
3.3. Hiệu quả hấp phụ chì và cadimi của vật liệu tổng hợp từ diatomit hòa lộc . 69
3.3.1. Với đất ô nhiễm nhân tạo 69
3.3.2. Với đất ô nhiễm tự nhiên 73
3.4. Hiệu quả hấp phụ chì và cadimi của vật liệu tổng hợp từ tro bay 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
1. KẾT LUẬN 84
2. KIẾN NGHỊ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86



iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU

1.1.  





 5
1.2. -


 6
(



) 6
Bt tng mt (ppm) 18
1.4: 

(

 19
Bt mt ca mt s lot 21
Bn t n  Ch 24
1.7. 
















 25
B n phm 26
Bng th 27
Bc ca tro bay   38
Bc ca tro bay t mt s  39
Bng 1.12: pH v ca tro bay 40
Bng 1.13: Kim loi nng trong tro bay c 41
Bng 2.1. T l phi trn git liu 52
Bc cm 54
B hc cm 55
Bc cc 55
Bc ca tro bay 56
Bng 3.5: Ma n OH
-
vi CEC ca Diatomit HL 57
Bng 3.6 Ma nhi vi CEC ca diatomit HL 58
Bng 3.7. Ma thi gian vi CEC ca diatomit HL 59
Bt ca vt liu sau khi tng hp 62
Bng 3.9. Ma n OH
-
vi CEC ca tro bay 63
Bng 3.10. Ma thi gian vi CEC ca tro bay 64
Bng 3.11. Ma nhi a tro bay 65
Bng 3.12. Tt ca vt liu sau khi tng hp 68
Bng 3.13. Kt qu  i 69
Bng 3.14. Kt qu  i 71
Bng 3.15: Hiu sut hp ph t ca vt liu 73
Bng 3.16: Hiu sut hp ph t ca vt liu 75
Bng 3.17. Hiu sut hp ph Pb

t ca vt liu 78
Bng 3.18. Hiu sut hp ph Cd

t ca vt liu 80


v
DANH MỤC HÌNH VẼ

p th ca zeolit 31
  mt siloxan (Breck, 1974) 32
c x  mt s dng cho hp ph m. 34
t tinh zeolit 36
 th biu din ng ca n OH
-
n CEC 57
 th biu din ng ca nhi n CEC 58
 th biu din ng ca thn CEC 59
u x  61
a D- 61
 th biu din ng ca n OH
-
n CEC ca tro bay. 63
 th biu din ng ca thn CEC ca tro bay 64
 th biu din ng ca nhi khuy t n CEC tro bay 66
 nhiu x tia X ca zeolit tng hp 67
 68
u sut hp ph cht   Pb
+2

 70
 Hiu sut hp ph cht   Cd
2+
 72
u sut hp ph Pb
2+
t  c vt li 74
a hiu sut x 
2+
ng vt liu b t 74
u sut hp ph Cd
+2
t  c vt li 76
ia hiu sut x 
2+
ng vt liu b t 77
u sut hp ph Pb
+2
t  c vt li 79
a hiu sut x 
2+
ng vt liu b t 80
u sut hp ph Cd
+2
t  c vt li 82
a hiu sut x 
2+
ng vt liu b t 82

vi
PHỤ LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CEC
i cation
Dia  HL
c
Dia  BL
Diatomit Bo Lc
 HCM
i hc Quc gia H 
HCBVTV
t bo v thc vt
HCT
Hy
SNG
c thu



1
MỞ ĐẦU
Him kim loi nt trong nhng v
mng u bu qu do kim loi nng c phc
tip t c khng, vc bii thi
nng  ng hu qu c
thc trg ci mn chm
ng kim loi nng xut hi c t
n thy r i nng t phc tn
t nhiu ln so vi x m loi nng 

c hi l
h t s u king
nh c bi khu m Pb, Pb-n
phm hn xut u ki
ng cng t  trn vc, thc vt,
sinh vng Pb rt thp. Ch ng nhnh hoc do
i  dt, nu Pb tn ti  dng linh
 rm nguc ngy vc
mt ln. Cd tn tt vng rt nhh 
 sinh vt c c
cng kim loc h t ch yu qua
ng cp m
ng
ci, h t lu hi
cng t hoo l suy gi

Ti Vit nhiu v  
loi nng  c c
 p th t ti
m     i ph li   c qu  u,
 ng. c Trung, Nguyn Ngc Linh, Nguyn Th 
thuc Vi-HCM s dng zeolite t 


2
 dng aluminosilicate ng 
i cp thy s x i nng Pb cha
  i vi hiu qu cao[23]        
 hp ph ng nhng vt liu hp ph t ,
o nhn kim loc thc t 

ng: b t liu t c
      p ph kim loi nng  t    
chuyn ng. t liu t  i nng
 i thy s
t lit.
n pha nn Ph Li. 
th  dng mng ln tro bay s dng vi nhiu m
  gia
 ng mng nh
t v
 chua pH, c  t s u cho
thy kh p ph  i nng ct tt.
Diatomit t dng quan trc ph 
c c yu t a mnh v silic ct.
Ti Vit Nam,  ng ch yu ti
Kon Tum (Vinh Quang, Thng Lc Cm),  c  Tuy An, Cao
 p), mt s khu vc
a phn, dn. Hin
 s dng vi nhiu m dng
t ph t kt tr lc bi
dng trong x ng.
V tit king
 kh c tin cao. Do a ch 
cu kh p ph t m bng vt lin gc
t 


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.   

Kim loi nng hin din trong t  yu  c.
 t phn nh ,
n lng c d
Theo McBride
(1989) [41] cho rng phn ln v i ca kim loi
t ph thuc nhi u kin c ng
c thi gian ngn kim lo nh
n phn ng ca kim lot: di
b mt, m, nhi, phn h, pH, cht hhn
 ca kim loi n trong
ng nhp ph/phn hp phu t nh

n qn kim loi nt, bao gm:
  bu.
 Kh  p cht
i s kt tng kt ta c

 S hp thu kim loi nng bi r  t bt.
  i ion c hoc cht h
 S   p ph/phn hp ph c 
hydroxit ca s
 a cht ht
 R-kim lo
ng la kim loi nng trong
c bi




4

1.1.1. 
ng kim loi vt t s  
thp. y
-kh n ng vi carbonate  dn theo
47] 
c bit quan trng vi v
vt h               c
Ollier (1984) [47] 
1.1.2. i nng t t
Cng  dt hoc trong hp cht th hic
s i phn t. S bn vng ca tri ph thu
m tra kim loi. i trong
t b ng b -kh u v s

1.1.2.1. ng ca kim loi t
M quan tr kia kim lo.
t trong u kin  m s 
 ngoi tr khi cs b sung t hong c
vt t 

- t tr - . 
, 




















 , 
n,   





, 



 -x . 1.1 
 -


(Eh). Th

 (1983) [50], 




 g




 -, 


















.
 d ch tan ca kim loi
s c tip hoi hot
t v c nhau. 






























5

, Cd, Cu, , 
4 - 5 



 5 - 7 (

 , 1983) [34]. 




: Cd > Zn >> Cu > 

 . u th 
quan gia s hp thu ca thc vt. Thc v m
 nhng b r y trong
  trong b
r. 






















 -
dung d.
1.1.  







.





O


A-

T

- 




-
-
-
-
Cao
Zn
Zn
Cu, Co, Ni, Hg,
Ag, Au
-
-



Cu, Co, Ni, Hg,
Ag, Au
Cd
Cd
-

Pb
Pb
Pb

-
- 



Fe, Mn, Al, Sn, Pt,
Cr, Zr
-
Al, Sn, Pt, Cr

-
Al, Sn, Cr
Zn; Cu, Ni, Hg,
Ag, Au
Zn, Co, Cu, Ni,
Hg, Ag, Au, Cd,
Pb
n: 

(1983)[50]
 t, hp cht hydroxit, oxit    a cadimi tan rt
nhiu. Lindsay (1979) [39] thy rng CdCO
3
(octavite)  













 . 




2
cao, octavite

2+
100  



 > 7,5.

















 Cd
2+


. 






 , , sulphate, carbonate, 
rt mnh (Lindsay, 1979) [39]. 1 phn ph l















6

2+

2+
 t. 





 n ln


 
















 


 - m







 . 




 















phosphate.
1.2  




 



.
1.2. Cd 

- 
(



)




-
Cd
Pb

Cd
2+
, CdSO
4
, CdCl
+

Pb
2+
, Org
a
, PbSO
4
, PbHCO
3
+

Cd
2+
, CdCl
+
, CdSO
4
, CdHCO
3
+

PbCO
3
, Pb(CO

3
)
2
2+
, Pb(OH)
-

: Sposito (1983)[55] (1990)[28]
a: 




1.1.2.2. ng ca th  kh n kh a kim loi
Mt s kim loc xut hit trong nhiu tr
ng nh trong
t b chi phi bi pe a ho





  do) trong dung dch
t. 

 i, t l c dng kh 
i. ,  , 






 
nhau v tr, 

 - 





 (

n
t b  s b kt ta. Kim lo
n ti trong trS t
quan trt ng gp  nhiu trt. Kh
 trong mt phm vi tht trc tip
 i b t
phn quan trng trong vi  ng (Mc Bride,
1989) [41].   b mt ca  mangan.


7
 mt s phn  n tr
a Fe, s kh ca oxit st vi s t c h.
Trong hu ht nhng chuy, c phn 
kh     
ng c 




 . S 
c    

  ki i pe + pH.  , galena (PbS)
 t a- 

 -


  a Pb
2+
s chu s ki

 i ca
SO
4
2-
hay bt k d .   h
quan trng trong nhng - 

. 

c trong
 h ng nhng trnh ca kim
,  






 - 





 y ra nhanh (McBride, 1989)
[41]. Nhiu chuy

- 



.






 di





n
c




 t h b 









Hai da chuy i s gi linh
 s v




t:
i, S 


ii, S nh ta carbonat 

, 

 v tan thp.
 t ngc s thiu h
gim hp th c


t. 

ng s (1976); 


Patrick (1977) [dn theo 52] 

c s gi c hp th
thp ct.
1.1.3. i ion, hp ph p ph
    

 
phi hi

 

 a pha rng. 










  i thp

8
ph  m chuyn r dung dch bao gm
i ion  b 

 

  h
hp th i   m 


, Mn. 




   i bi lc




. 



),  2 3


 ng silicat.


+2
, Cu
2+
, Cd
2+
phi cnh tra i
v bi n ti ln mnh ca ion
kim loi dn nhi hp ph  gi
c u v ng ca kim loi tront cho th
ion kim lo
u hu v s c nh 












, 


, 














 . McBride
(1989) [41]  hin s t b m




 
(i)  

 (Kinniburgh
nnk, 1976).
(ii) S a 2 ion H
+



2+
p ph (


,
1976) 
(iii) S 

  mt c

 a hp
ph (

, 1981).
K thut quang phc bing hn) 






 ,   hp ph 

 

 . 


 p ph 

 , g


: Cu

2+
, Cd
2+
, Zn
2+
  p ion ho
+
, CuOH
+
,
ZnOH
+

+
, dng th
2






3
(Mattigod et al, 1979, 1981 [40]; McBride, 1989 [41]. 


9







  mt hp ph, gm silica, Aluminosilicat
   mt hp ph quan tr



 .
a Si, 



 i oxit s
mangan 

  mt hp ph kim loi. Jenne (1977) [dn theo 52
gi thit r    n c



 t cho oxit s 
mangan t ta. 52] 

 ng gel
hoc lp ph a hp ch m






 hp ph
cation kim loi quan trng. 







p ph 

t
 ng l









, b mt hp ph  t.
McBride (1989) [41] 










   hp ph
- 

 Barrow (1989) [52]  c








p ph.
1.1.3.1. Th t c ca kim lop ph






















 . 




 




 . Brummer (1986) [33] 








: Cd < Ni < Co < Zn << Cu < Pb < 

























 . 























 

 , 




.


ng s (1976) [dn theo 52] 















 





, 











 

 Mc Kenzie (1980) 

 mangan 


.  ng s (1976) 












 

























 










. 










 t ch 




 





 . 
 . 








10


 








 

 , 



,


.















 , 







 , 


(1989) [41 lc 7. 




  lc 8. nh, 








hai,  n m







.
1.1.3.2. Bn cht ca hp ph kim loi
  







 



 , 

















 (Z/r), 


















 . 






(McBride, 1989). 







( ) 
,  ,  ,  , 






2+



2+
.




































 .  , 





(VD Pb
2+
) 


(VD Cd
2+
, Mg
2+
). Zn
2+














 . p
c gii thiu trong
ph lc 3 [dn theo 52].
ng lc ca n nay vc hi
mt s bng chng nhin 

(1984) [dn theo 51n ra r u kit ch
ng nh Cd, din ra rt nhanh, vy r
u cng nhi  
c, vc th 2 ti
d mng kt tt vi
oxit sng
s, 1981) [40].   n


11
nhi  hing li
c ti mu ki























 , 
 ,  , 
phc tu v 
(i) 








(ii) 










(iii) 











 Kt ta
 



.














 . Sposito (1986) 


 
 

. , oxit manga







 .






























 . 

 (1986)










 . < 6, 











, trong k

> 6, 







.












 , 















6 > 6 (Harter, 1979).
 p cht ba phn






 

























  

   ( ). Sposito (1983) 






:
a, 










, 



:
(i) 
(ii) 
b, 


















, 





:
(i) , 


(ii) .


12
(i)  b(i) 


 (ii) (ii)  . 








thu(i) , 
2+
 





(

 , 1978) [dn theo 52]. 


















 . 

 (1986) [dn theo 52] 









 , 














 humic acid. 



 



























 









oxit 

(

, 1982) [dn theo 52].  
















 , 
  n  , 













.
 





























 , 


















 . 

 (1983)









, 




















 < Zn < Cd, 

















0,35; 0,37  0,49 A
o
.  t








: 



, 













. 


 (Mc Kenzie, 1980)  e

 (Gerth, 1985)
[dn theo 52].
1.1.3.3. S gii hn ca kim loi
Mt v quan tr





























 , 





 


 . 
















t thu




 

 















 
 (McBride, 1989) [41] 




+
. 


13
, 

 r (1983) [34] 













  . 


McBride (1984) [dn theo 41] 
2+

2+












2+

2+

2+
.


























 .
McBride (1989) [41] 




















:
- 
- 
- 
- 
- 
-  
c cn hp ph kim lot so v
c ci. Barrow (1989) [dn theo 52] cng s
t gia hp ph n hp ph  ta thy thc t  
thu rt phc tng din ra chi t l theo thn
s  r 
1.1.4. Yu t n hp ph kim lot
Mt phn l c bi ng ti s hp th kim loi. Ngoi
tr u t v d ng ca t h
nhng yu t ng ch yn s hp th kim lo 
ng cnh tranh, s mt ca cht h

 i gi



 
pha thi nh t thy s 
th tt c  ca pH. S cnh tranh cn
tr n hiu qu  
c kt qu ,   
trong lo y

 , Ni 


14





















 , 






 









 t, mangan  . Cng s
ng hp ph c thc hi

 , 











  m ca
Christensen (1984) [dn theo 52i n mui CaCl
2
t 10
-3
n 10
-2
M
dn gim kh 

n 6 ln do Ca cnh tranh v 
(1979) [dn theo 52], ng ln c








d




m s .


 -

, 










3
g




 g phosphat 

 . 











 (

 , 





 ), 
 n theo
52] cho rng s hp ph cnh tranh cu t ng
n kh t cn theo 51ng
hp ph ng lt ti vng Cd trong dung
dt trong khong pH th 7,5, yu t ki
ng c a CdCO
3
  ca Cd
3
(PO
4
)
2
.
u t ng quan trn dng tn ti ca Cd
 mt hp ph c hn theo 49] cho bit

h s ng hp ph Cd ca cht ht
     n theo 49] ch ra rng oxit st  
c hp ph chn lc vi Cd mnh nht. Hydroxit ch chi
th yt khi pH thp (< 5,5). S t axit chu ng
ln t p cht trong pha lng.
 lc 2  t.
 










ng s (1990) [dn theo 52] 



:
(i)  (

2 - 4) 









 .


15
(ii) 

















 (

4 -
6),  , 
(iii) 




 





 (pH > 5), 
.
Ca
2+



















2+
, Zn
2+

2+
. 

 , 












, 


 . 

 ng s (1988) [28] 




 (




) . 

























 . Cu, Pb, 
 , 











 . 


Sposito (1986) [dn theo 52] 







 
 . 














 ,






.





 

























 (


+
, 
)  . 













 
.  manga
















 , 


, 

, Zn. 








,
Cu, 









 - 







.
 

, Pb, 


, 
, 















 . 































.



16
1.1.5. o phc vp cht h
Cht ha kim lou t quan trng
chi phc ca kim loi trong h tht. Vic t gia hp cht
ht ng hp cht hi t hong ca con
i t quan trng. Senesi [dn theo 28i hp cht hu c
b c kim loi:
(i)  ht xy ra t c c

c, bao g
(ii) c t h 
nghi.
(iii)  
c bit chi tit.























. Cht hn hp cc k phc tp ca nhiu hp cht
hu to chi ti c bit, mt phn b

 a cht g n phm
t phn b y cht hi cu
to cu to ca cht ht (SOM) b thi
phn l ng ln.
 








, 





























 . , Piccolo (1989) [dn theo 52] 

 


sung axit humic 







 































 . 













 . 






 







 axit humic, Piccolo (1989) 
 . 










 axit humic trong














: Pb > Cu > Cd > Ni > Zn.

























 :
Cu > Pb >>> Cd (

 , 1978) [dn theo 52]. 




17

























 , 
 , 


 ; 
















































.

ng kim loi nng trong
t ng ng xu cn con
t xung quanh rng thi kh  i b
i nc li vi nn khoa hc
. Hai kim loc xng kim loc hi
nhi khi t mt s u kin
ng nh 
o c  
bi c hn phu v bn cht,
ngun g
 n phm ca Zn. Cd
c s dng nhiu trong sn xua nhi ph
phm ct xu ng
ln gc t ch tn phm nhp ch to
pin. 



, 






70 - 380 








 80 %. n theo 49],
n b - 58 % t - 41
% t lng t - 5 % t ngui c
c s dng r c ng
c s d giu t
c bin vi rt nhiu ng d 
 bng kim long dc tr T
ng ln ti hai d 
t ngay t 