NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL TỪ MỤN DỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP GHÉP BỨC XẠ ĐỂ HẤP THỤ ASEN

BỘGIÁO DỤCVÀĐÀO TẠO
TRƯỜNGĐ
ẠIHỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐHỒCHÍ MINH
BỘMÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL TỪ MỤN DỪA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP GHÉP BỨC XẠ
ĐỂ HẤP THỤ ASEN

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: PHẠM TẤN PHÁT

Niên khóa

: 2009- 2013

Tháng 06/2013
1


BỘGIÁO DỤCVÀĐÀO TẠO
TRƯỜNGĐ
ẠIHỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐHỒCHÍ MINH
BỘMÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL TỪ MỤN DỪA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP GHÉP BỨC XẠ
ĐỂ HẤP THỤ ASEN

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS. LÊ QUANG LUÂN

PHẠM TẤN PHÁT

Tháng 6/2013
2


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tên em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu và Bộ Môn Công Nghệ
Sinh Học và thầy Lê Đình Đôn đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong thời gian học tập tại
trường. Các thầy cô đã truyền dạy cho em những kiến thức không chỉ những kiến thức
chuyên ngành mà còn cả những kiến thức quý báu, kinh nghiệm sống. Từ những sự
kiến thức vô cùng quý báu đó sẽ là những hành trang quan trọng đối với em trong cuộc
sống sau này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Lê Quang Luân, người đã dành hết
những sự giúp đỡ tận tình chu đáo trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Kính
chúc thầy nhiều sức khỏe và công tác tốt.
Em xin gửi lời biết ơn đối với cô chủ nhiệm Tô Thị Nhã Trầm, cô đã dìu dắt em
và tất cả các bạn trong lớp vượt qua những khó khăn để hoàn thành những năm tháng
trên giảng đường đại học.

Và em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với chị Uyên, chị Trang Trung Tâm Hạt Nhân
TP. HCM, hai chị đã giúp đỡ em và các bạn khác thực hiện tốt khóa luận. Chúc hai chị
nhiều sức khỏe và làm việc tốt.Ngoài ra em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với anh chị
Công Ty Sài Gòn Thủy Canh, thầy cô Trung Tâm Vinagamma đã tạo điều kiện giúp
đỡ em hoàn thành tốt đề tài.
Ngoài ra, mình xin gửi lời cảm ơn đến bạn Ê'ste Konsơ cùng tập thể lớp DH09SH
cùng đã sát cánh, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận. Những kĩ
niệm với các bạn mình sẽ không bao giờ quên. Mong tất cả các bạn sau này sẽ hạnh
phúc, thành đạt thực hiện được tất cả các các ước mơ, hoài bão của các bạn.
Và lời cuối cùng con xin gửi lời tri ơn, những tình cảm kính yêu đối với bà và
cha mẹ và gia đình đã nuôi dưỡng, chăm sóc con, luôn là chỗ dựa vững chắccho con
tạo điều kiện, động viên con trong suốt quá trình học tập. Mong bà và cha mẹ sẽ luôn
mạnh khỏe.
Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013
Sinh viên
Phạm Tấn Phát
i


TÓM TẮT
Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hydrogel từ mụn dừa bằng phương pháp
ghép bức xạ để hấp thụ asen” được thực hiện tại Phòng Sinh Học Trung Tâm Hạt
Nhân TP. HCM từ 12/2012 đến 6/2013.
Sự phát triển kinh tế và sự bùng nổ dân số đã làm ô nhiễmmôi trường, trong đó ô
nhiễm kim loại nặng độc như asen nếu vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì ảnh hưởng
xấu đến sức khỏe con người. Công nghệ bức xạ và các ưu điểm của mụn dừa để chế
tạo một vật liệu hydrogel mới nhằm loại bỏ asen. Đây là vật liệu có tiềm năng rất lớn
để loại bỏ asen ra khỏi nước bị ô nhiễm.
Trong nghiên cứu này vật liệu mới được chế tạo từ mụn dừa, acrylic acid và
chitosan bằng phương pháp chiếu xạ gamma. Các đặc trưng của hydrogel như độ

trương, hàm lượng gel đã được khảo sát. Hơn nữa, khả năng hấp thụ asen của vật liệu
cũng được khảo sát. Qua các kết quả đạt được thì hydrogel được chuẩn bị từ các tỉ lệ
mụn dừa/AAc = 1/3 và chiếu xạ ở liều xạ 8 kGy phù hợp cho hấp thụ ion As5+.
Qua các thí nghiệm hấp thụ đã xác định được dung lượng hấp thụ tối đa là 0,88
mg Astrong 1 g gel khô trong 10 ml dung dịch As5+ trong vòng 24 giờ. Dung lượng
hấp thụ của hydrogel tăng khi tăng nồng độ ion As5+.Trên cơ sở đó vật liệu hydrogel
có tiềm năng ứng dụng để xử lí nguồn nước thảiô nhiễm asen.

ii


SUMMARY
The thesis entitled: “Study on preparationof hydrogel from coir dustby radiation
graftingfor asenic adsorption” was carried out at Biological Department of Center for
Nuclear Techniques from December 2012 to June 2013.
Theeconomicdevelopmentandpopulation
pollution,

explosionhasmadeenvironmental

toxicpollutantssuch

metalsasenicexceedstandardsifpermitted,adversely

asheavy
affecthuman

health.

Radiationtechnologyinthe manufacture ofhydrogelandtheadvantages ofcoir dustto

produceanewhydrogel materialforasenicremoval. Thesematerialshavegreat potentialto
asenicremovalfromcontaminated water.
In this study, new materials were prepared from coir dust, acrylic acid and
chitosan by gamma radiation method. The characteristics of hydrogel such as swelling
degree and gel fraction were investigated. The adsorption of asenic ion (As5+) was also
tested. The results showed that the hydrogel prepared from coir dust/AAc ratio of 1/3
and irradiated at 8 kGy was the most suitable for As5+ adsorption.
The maximum asenic adsorption capacity of the hydrogel was 0.88 mg with
the condition of 1 g dried hydrogel in 10 ml asenic solution for 24 hours. The
adsorption capacity of hydrogel was increased by the increasing of asenic
concentration.Therefore, the hydrogel has a potential for application in arsenic waste
water treatment.
Keywords: asenic adsorption, chitosan, coir dust, hydrogel, radiation technology.

iii


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn ........................................................................................................................i
Tóm tắt............................................................................................................................ ii
Summary........................................................................................................................ iii
Mục lục ...........................................................................................................................iv
Danh sách các chữ viết tắt ............................................................................................ vii
Danh sách các bảng ..................................................................................................... viii
Danh sách các hình .........................................................................................................ix
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU.................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................... 2
1.3 Nội dung thực hiện. ................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 3
2.1 Kim loại nặng và ô nhiễm kim loại nặng .................................................................. 3
2.1.1 Tổng quan về kim loại nặng ................................................................................... 3
2.1.2 Tính chất của kim loại nặng ................................................................................... 3
2.1.3 Ô nhiễm kim loại nặng ........................................................................................... 4
2.1.3.1 Nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng ...................................................................... 4
2.1.3.2 Ảnh hưởng kim loại nặng đối với con người, sinh vật và môi trường ................ 5
2.1.4 Tính chất và tác hại của asen .................................................................................. 5
2.1.5 Xử lí độc tính kim loại nặng ................................................................................... 8
2.1.6 Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử ........................................................... 8
2.2 Tổng quan về hydrogel .............................................................................................. 9
2.2.1 Khái niệm và phân loại hydrogel ........................................................................... 9
2.2.2 Tính chất trương nước của hydrogel ...................................................................... 9
iv


2.2.3 Các phương pháp chế tạo hydrogel ...................................................................... 10
2.2.3.1 Chế tạo hydrogel bằng phương pháp hóa học ................................................... 10
2.2.3.2 Chế tạo hydrogel bằng phương pháp bức xạ ..................................................... 11
2.2.4 Thành tựu và ứng dụng của hydrogel ................................................................... 12
2.2.5 Tính chất của hydrogel dùng để hấp thụ kim loại ................................................ 12
2.3 Công nghệ bức xạ .................................................................................................... 13
2.3.1 Khái niệm công nghệ bức xạ ................................................................................ 13
2.3.2 Thành tựu và ứng dụng công nghệ bức xạ ........................................................... 14
2.3.3 Ứng dụng của công nghệ bức xạ trong chế tạo hydrogel ..................................... 16
2.3.3.1 Hiệu ứng khâu mạch.......................................................................................... 16
2.3.3.2 Khâu mạch bức xạ dung dịch polymer tan trong nước ..................................... 16
2.3.3.3 Copolymer hóa ghép bức xạ .............................................................................. 17
2.4 Mụn xơ dừa ............................................................................................................. 17
2.4.1 Giới thiệu mụn xơ dừa .......................................................................................... 17

2.4.2 Ứng dụng của mụn xơ dừa ................................................................................... 18
2.5 Tổng quan về chitosan ............................................................................................. 19
2.5.1 Lịch sử phát triển của chitosan ............................................................................. 19
2.5.2 Khái niệm về chitin .............................................................................................. 19
2.5.3 Khái niệm về chitosan .......................................................................................... 20
2.5.4 Phương pháp chế tạo chitosan .............................................................................. 20
2.5.5 Ứng dụng của chitosan ......................................................................................... 21
2.6 Acrylic acid ............................................................................................................. 21
2.7 Một số nghiên cứu hiện nay sử dụng hydrogel xử lí môi trường ............................ 22
2.7.1 Nghiên cứu ở trong nước ...................................................................................... 22
2.7.2 Nghiên cứu ở nước ngoài ..................................................................................... 22
v


CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 24
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................................... 24
3.2 Vật liệu nghiên cứu ................................................................................................. 24
3.2.1 Vật liệu thí nghiệm ............................................................................................... 24
3.3 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 25
3.3.1 Chế tạo vật liệu hydrogel bằng kĩ thuật bức xạ .................................................... 25
3.3.1.1 Thí nghiệm 1: Chế tạo hydrogel từ mụn dừa ghép AAc ................................... 25
3.3.1.2 Thí nghiệm 2: Chế tạo hydrogel từ mụn dừa ghép AAc bổ sung chitosan ....... 27
3.3.2 Khảo sát khả năng hấp thụ asen ........................................................................... 28
3.3.2.1 Thí nghiệm 3: Khả năng hấp thụ As5+ theo các mẫu hydrogel khác nhau ........ 28
3.3.2.2 Thí nghiệm 4: Khả năng hấp thụ As5+ của hydrogel theo nồng độ As5+ ........... 29
3.3.2.3 Thí nghiệm 5: Khả năng hấp thụ As5+của hydrogel theo thời gian hấp thụ ...... 30
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 31
4.1 Chế tạo vật liệu hydrogel bằng kĩ thuật bức xạ ....................................................... 31
4.1.1 Thí nghiệm 1: Chế tạo vật liệu hydrogel từ mụn dừa ghép AAc ......................... 31
4.1.2 Thí nghiệm 2: Chế tạo vật liệu hydrogel từ mụn dừa ghép AAc chitosan ........... 34

4.2 Khảo sát khả năng hấp thụ asen của hydrogel ....................................................... 39
4.2.1 Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng hấp thụ As5+ theo mẫu hydrogel ..................... 39
4.2.2 Thí nghiệm 4: Khả năng hấp thụ As5+ của hydrogel theo nồng độ As5+ .................. 40
4.2.3 Thí nghiệm 5: Khả năng hấp thụ As5+ của hydrogel theo thời gian hấp thụ ........ 41
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................... 43
5.1 Kết luận ................................................................................................................... 43
5.2 Đề nghị .................................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 44
PHỤ LỤC
vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Acrylic Acid

AAc.

As

Asen.

CNBX

Công nghệ bức xạ.

ctv

cộng tác viên.

CMC

Carboxy Methyl Cellulose.

dd

dung dịch.

FAO

Food and Agriculture Organization.

GF-AAS

Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry.

IAEA

International Atomic Energy Agency.

ppm

parts per million.

ppb

parts per billion.

TCVN

Tiêu Chuẩn Việt Nam.

UV

Ultra Violet.

WHO

World Health Organization.

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng3.1Chế tạo vật liệu hydrogel từ mụn dừa ghép AAc .............................................. 25
Bảng 3.2Chế tạo vật liệu hydrogel từ mụn dừa ghép AAc bổ sung chitosan.................. 28
Bảng 3.3Khảo sát khả năng hấp thụ As5+của các mẫu hydrogel ..................................... 29

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1Vòng tuần hoàn của asen trong tự nhiên........................................................... 6
Hình 1.2Asen trong nước ngầm do các nguồn khác nhau gây ra trên thế giới............... 7
Hình 1.3Phân bố asen trong các thủy vực ...................................................................... 7
Hình 1.4Công thức cấu tạo chitin, chitosan .................................................................. 20
Hình 4.1Vật liệu hydrogel sau khi chế tạo ở liều xạ ở liều 12 kGy ............................. 31
Hình 4.2 Sự hình thành gel ở các tỉ lệ mụn dừa và AAc khác nhau ở các liều xạ ....... 32
Hình 4.3 Độ trương nước của hydrogel chế tạo từ mụn dừa ghép AAc ....................... 33

Hình 4.4 Sự hình thành gel ở các tỉ lệ mụn dừa và AAc khác nhau có chitosan.......... 35
Hình 4.5Độ trương nước của hydrogeltừ mụn dừa ghép AAc có chitosan .................. 35
Hình 4.6 Hàm lượng gel của vật liệu hydrogel có và không có bổ sung chitosan ....... 36
Hình 4.7Hydrogel từ mụn dừa tỉ lệ mụn dừa/AAc 1/6 liều xạ 12 kGy ........................ 37
Hình 4.8 Hydrogel từ mụn dừa tỉ lệ mụn dừa ghép AAc liều xạ 12 kGy..................... 37
Hình 4.9 Độ trương nước của vật liệu hydrogel có và không có chitosan ................... 38
Hình 4.10Khả năng hấp thụ As5+ của các hydrogel chế tạo ......................................... 39
Hình 4.11Khả năng hấp thụ As5+ của hydrogel theo nồng độ As5+ ban đầu ................ 41
Hình 4.12Khả năng hấp thụ As5+ của hydrogel theo thời gian hấp thụ ........................ 42

ix


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1 Đ
ặt vấnđề
Nước là một nhu cầu thiết yếu, rất cần thiết cho mọi sinh vật. Không có nước, sự
sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày cơ thể người cần từ 3 đến 10 lít
nước cho các hoạt động bình thường. Lượng nước này thông qua con đường thức ăn,
nước uống đi vào cơ thể để thực hiện các quá trình trao đổi năng lượng, sau đó theo
con đường bài tiết mà thải ra bên ngoài.
Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho
nguồn nước ngày càng ô nhiễm. Ở TP. HCM, hầu hết các con sông, con rạch đều bị
nhiễm bẩn mà nguồn thải ra phần lớn là các nhà máy, khu công nghiệp, cơ sở sản xuất.
Sự ô nhiễm này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước sinh hoạt của người dân.
Trong các tác nhân gây ô nhiễm thì ô nhiễm kim loại nặng độc như asen đặc biệt
nghiêm trọng. Các kim loại nặng ô nhiễm nước thải và nước sinh hoạt nếu vượt quá
tiêu chuẩn cho phép thì ảnh hưởng xấu đến sức khỏe.
Hiện nay,ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Song song với việc bảo vệ,
thì việc xử lí, loại bỏ các tác nhân gây ô nhiễm cũng đã và đang thực hiện triệt để. Bên

cạnhcác biện pháp xử lí truyền thống thì công nghệ bức xạ hứa hẹn sẽ là một hướng đi
mới. Công nghệ bức xạ có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực đời sống như: công
nghiệp, nông nghiệp, y tế, bảo vệ môi trường. Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, công
nghệ bức xạ cũng đã thực hiện các quá trình polymer hóa và biến tính ghép cũng như
khâu mạch đã tạo ra nhiều vật liệu mới có tính năng đặc biệt: tính chất hấp thu trương nước, bền nhiệt, bền với môi trường, bền cơ lí, có khả năng hấp thu và ly giải
các kim loại nặng. Tính chất hấp thu - trương nước đều có trong một loại vật liệu đó là
hydrogel.
Bên cạnh các nguyên vật liệu cơ bản, hiện đại thì cácphụphẩmnôngnghiệpcũng
đã đượcnghiêncứunhiềutrong việc xử lí nước với nhiều ưu điểm. Đặc biệt một trong
những nguồn phụ phẩm nông nghiệp làmụn dừathì thànhphần gồmcácpolymernhư
cellulose,hemicelluloses,pectin,ligninvà protein đãđược nghiên cứuchothấycókhả
năngtáchcáckimloại nặng trong đó có asen hòatantrong nước.

1


Việc kết hợp những tính năng của mụn dừa như trên với các tính chất ưu việt của
vật liệu hydrogel cùng với công nghệ bức xạ hứa hẹn sẽ tạo ra một loại vật liệu mới
mang nhiều lợi ích.
Trên tinh thần tìm hiểu về hydrogel được chế tạo từ phương pháp biến tính ghép
bức xạ, cũng như nhận thấy khả năng ứng dụng thực tiễn cao của nghiên cứu này và
dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Quang Luân - Trung tâm Hạt nhân TP. Hồ Chí Minh,
đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hydrogel từ mụn dừa bằng phương pháp ghép bức
xạ để hấp thụ asen” đã được thực hiện.
1.2 Mục tiêu củađề tài
Mục tiêu bước đầu chế tạo được vật lệu hydrogel mới từ một phụ phẩm nông
nghiệp phổ biến là mụn dừa. Sử dụng công nghệ bức xạ vào việc khâu mạch polymer
tạo vật liệu mới. Sau khi chế tạo nhằm thử nghiệm đặc tính của hydrogel để hấp thụ
kim loại nặng độc cụ thể là asen.
1.3 Nội dung thực hiện.

Thành phần hydrogel được phối trộn với các tỉ lệ thành phần khác nhau. Sau đó,
tiến hành biến tính ghép bức xạ nhờ nguồn bức xạ gamma Co-60 ở những dải liều
khác nhau để khảo nghiệm việc tạo thành gel.
Tiếp sau việc chế tạo, tiến hành đánh giá, so sánh việc hình thành gel ở các mẫu.
Giai đoạnquan trọng cuối cùng của nghiên cứu là thử nghiệm khả năng hấp thụ
asen của các vật liệu hydrogel theo các tiêu chí khác nhau.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Kim loại nặng và ô nhiễm kim loại nặng
2.1.1 Tổng quan về kim loại nặng
Thuật ngữ “kim loại nặng” dùng để chỉ bất kỳ nguyên tố kim loại mà có tỉ trọng
tương đối cao và độc hoặc độc ngay cả ở nồng độ thấp (Lenntech, 2004). Ngoài ra,
kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3 chỉ gồm những
kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại. Tuy nhiên chúng cũng
bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp
(Adriano, 2001). Kim loại nặng chủ yếu được chia làm 3 loại: các kim loại độc
(As,Hg, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sn, Zn), những kimloại quý (Au, Ag, Pd, Pt, R), các
kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am)(Bishop, 2002).
Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên trong khí quyển, thủy quyển, địa quyển
và sinh quyển và hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người
(Pendias và Adriano, 1995).
Cũng như nhiều nguyên tố khác, các kim loại nặng cần thiết hoặc không cần thiết
đối với sinh vật và con người. Những kim loại cần thiết cho sinh vật ở một hàm lượng
nhất định nào đó, nếu ít hơn hoặc nhiều hơn lại gây tác động ngược lại. Kim loại hiện
diện với lượng ít hơn 100 phần triệu thì được gọi là kim loại vết và được gọi là cần
thiết khi: kim loại hiện diện trong bộ phận khỏe mạnh và thường xuất hiện trong tế bào
khi mới sinh ra. Trong quá trình sinh trưởng phát triển thì có sự cân bằng trong hệ tuần

và bài tiết và cần phải biết được chức năng sinh học. Ngược lại các kim loại không cần
thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật ngay cả dạng vết cũng gây tác động độc
hại. Kim loại nặng gây độc hại với môi trường và đối với cơ thể sinh vật khi hàm
lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
2.1.2 Tính chất của kim loại nặng
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam và Wong, 1995), không độc khi
ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do
khả năng gắn kết với các chuỗi carbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật
sau nhiều năm (Shahidul và Tanaka, 2004). Đối với con người, có khoảng 12 nguyên
tố kim loại nặng gây độc như: As, Pb, Hg, Ni. Một số kim loại nặng được tìm thấy
trong cơ thể và cần thiết cho sức khỏe con người như: Fe, Zn, Mg, Co, Cu mặc dù với
3


lượng rất ít nhưng có vai trò trong quá trình chuyển hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của
các nguyên tố thiết yếu gây nguy hại đến đời sống của sinh vật (Foulkes, 2000).Các
nguyên tố kim loại không thiết yếu và gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy
nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn. Chúng đi vào cơ thể qua
các con đường hấp thụ của cơ thể như: hô hấp, tiêu hóa và qua da. Nếu kim loại nặng
đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng
dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes, 2000). Do vậy người ta bị ngộ độc không
những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời
gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc.
2.1.3 Ô nhiễm kim loại nặng
2.1.3.1Nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng
Các kim loại nặng, chúng tồn tại khắp nơi và có mặt hầu hết trong các chất thải
rắn, khí, lỏng công nghiệp và đời sống sinh hoạt con người. Hàm lượng của chúng ở
nhiều thủy vực, khu dân cư nằm kề gần các khu công nghiệp không ngừng tăng lên và
có nơi đã đến mức báo động (Nguyễn Phước Hòa, 2012). Một số nguồn gây ô nhiễm
kim loại nặng chính như:

Hoạt động nông nghiệp: Các hóa chất như asenate, calcium asenate và đồng
sulfate được dùng để trừ nấm bệnh cây trồng. Lượng thuốc phun thường lớn, đến 8,7
kg/ha/năm;2,7 với asen; 7,5 với kẽm và 3,5 với đồng. Do các nguyên tố này bị liên kết
tạo phức bởi các chất hữu cơ trong đất và bởi các bề mặt trao đổi ion khác với hạt keo
đất, chúng rất ít hòa tan và có xu hướng tích tụ lại trong đất. Ví dụ, nồng độ asen lớn
đến 126 ppm được tì thấy trong bề mặt của vườn táo ở Ontario so với mức nền là asen
là nhỏ hơn 10 ppm (Frant và ctv, 1976).
Quá trình khai thác quặng và sản xuất kim loại: quặng kim loại sau khi khai thác
được đưa đến một sàng, nghiền tách thành các phần nhỏ, việc nghiền và làm giàu sẽ
tạo ra một lượng lớn chất thải. Trong quá trình nấu quặng, tinh luyện sẽ phóng thích
một lượng kim loại ra môi trường. Sau khi luyện tinh kim loại được sử dụng trong
nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Tất cả các quá trình trên đều gây ô nhiễm kim
loại ra môi trường.
Các kim loại nặng từ khói thải giao thông:sự ô nhiễm kim loại nặng trong đất,
thực vật và khí quyển tại cácgiao lộ đường cao tốc đông đúc do khói bụi từ các phương
tiện giao thông thải ra một lượng kim loại đáng kể.
4


Ô nhiễm kim loại nặng tự nhiên: sự phát xạ của các nguyên tố độc trong tự nhiên
xuất hiện do sự phun núi lửa và sự dễ bay hơi của các kim loại như As, Hg và Se. Sự ô
nhiễm nặng nề kim loại nặng tại một số nơi thường đưa đến hậu quả là cây cối tích lũy
một lượng lớn kim loại đó. Hiện tượng này được gọi riêng là nhóm siêu tích tụ.
2.1.3.2Ảnh hưởng kim loại nặngđối với con người, sinh vật và môi trường
Nhiều nghiên cứu cho thấy, các kim loại nặng là một trong những nguồn gây ô
nhiễm cho môi trường, có khả năng tích lũy và rất khó phân hủy, có khả năng gây độc
cho hầu hết các sinh vật trên cạn, dưới nước, trong đó có cả con người bởi sự nhiễm
bẩn và hấp thụ. Theo con đường tích lũy thực phẩm qua chuỗi thức ăn, các kim loại
nặng tồn tại trong môi trường khí, rắn và lỏng tích lũy ở các mô cơ, xương, tim, bộ
phận sinh dục, cơ quan tiêu hóa của các động, thực vậtthủy sản và vận chuyển qua cho

người. Đặc biệt là As, Cd, Pb không có chức năng sinh học trong cơ thể người và
chúng rất độc ngay cả ở lượng vết (Nguyễn Phước Hòa, 2012).
2.1.4 Tính chất và tác hại của asen
Asen phân bố nhiều nơi trong môi trường, chúng được xếp thứ 20 trong những
nguyên tố hiện diện nhiều trong lớp vỏ của trái đất, hiện diện ít hơn Cu, Sn nhưng
nhiều hơn Hg, Cd, Au, Ag, Sb, Se (Bissen và Frimmel, 2003). Nguồn asen khổng lồ
phóng thích vào khí quyển bởi quá trình tự nhiên là hoạt động của núi lửa. Khi núi lửa
hoạt động, một lượng lớn asen khoảng 17.150 tấn phóng thích vào khí quyển
(Matschullat, 2000). Trong môi trường tự nhiên, asen chủ yếu liên kết với các khoáng
mỏ sunfide. Hàm lượng asen tự nhiên trong đất nói chung biến động từ 0,1 - 40 mg/kg
(Tamaki và Frankenberger, 1992). Hàm lượng asen trong đất trung bình 2,2 - 25 ppm
(Murray, 1994). Các nguồn hình thành và sự phân bố của asen trên thế giới được tổng
hợp trong Hình 1.1.
Asen tồn tại trong môi trường tự nhiên ở 5 dạng hoá trị: -3, 0, +2, +3 và +5.
Trong nước dưới đất chủ yếu chúng tồn tại dưới 2 dạng As3+, As5+. Các dạng khác ít
tồn tại trong môi trường nước. Hơn nữa, các kết quả phân tích cho thấy asen chủ yếulà
asen vô cơ. Asen hữu cơthường tồn tại dưới dạng monomethylasen acid và dimethyl
asen acid được sinh ra do hoạt động của vi sinh vật.

5


Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của asen trong tự nhiên(Mandal và Suzuki, 2002)

Điều kiện oxy hóa - khử rất quan trọng và có tính chất quyết định đến dạng tồn
tại của asen trong nước.Dạng tồn tại của asen phụ thuộc điều kiện thế oxy hóa khử Eh
và pH. Asen hoá trị 0 được tồn tại trong điều kiện Eh và pH thay đổi Eh giảm và pH
tăng với một khoảng hẹp (Phạm Quý Nhân, 2008). Trong môi trường khử, asen chủ
yếu tồn tại dạng ở dạng asenite As3+, còn trong môi trường oxy hóa, asen chủ yếu gặp
dạng asenate As5+. Tỉ lệ của As3+ và As5+ là khác nhau do điều kiện oxy hoá khử, hoạt

động của vi sinh vật và sự khuếch tán, đối lưu của oxy từ khí quyển (Smedley và
Kinniburgh, 2002).
Một số hoạt động công nghiệp của con người gây ô nhiễm asen vào môi trường
như khai thác quặng mỏ, luyện kim. Khoảng 62.000 tấn asen phóng thích vào môi
trường hàng năm từcác hoạt động này (Bissen và Frimmel, 2003). Bên cạnh đó hoạt
động đốt các nhiên liệu hóa thạch từ nhà máy điện, hộ gia đình. Trong nông nghiệp
sửdụng thuốc diệt nấm, thuốc trừcỏ, thuốc diệt côn trùng vàcác loại thuốc trừsâu hữu
cơkhác có chứa các hợp chất asen hữu cơ (Bissen và Frimmel, 2003).
Trên thế giới đã có hàng chục triệu người nhiễm các bệnh liên quan đến asen.
Một số nước có hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như: Canada,
Chile, Argentina, Bangladesh, Trung Quốc, Indonesia. Tại Argentina số bệnh nhân
nhiễm độc cũng lên tới 20.000 người. Ở Mỹ, trên 3 triệu người dân Mỹ có nguy cơ
nhiễm độc asen. Còn tại Nhật Bản, từ năm 1971 đến năm 1995 đã có 217 người tử
vong vì asen (Nguyễn Mạnh Khải và ctv, 2010).

6


Hình 1.2Asen trong nước ngầm do các nguồn khác
nhau gây ra trên thế giới (Smedley và ctv, 2002)

Tại Việt Nam, hiện nay các vùng nông thôn phần lớn vẫn sử dụng nước ngầm
trong sinh hoạt. Tuy nhiên, nguồn nước ngầm tại nhiều nơi cũng đang đối mặt với tình
trạng ô nhiễm asen đáng lo ngại.Hiện nay, số người có nguy cơ mắc bệnh do tiếp xúc
với asen lên tới 10 sông Hồng: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Hà Tây, Hưng Yên, Hải
Dương và các tỉnh An Giang, Đồng Tháp đều bị nhiễm asen rất cao. Tỉ lệ các giếng có
nồng độ asen từ 0,1mg/l đến trên 0,5 mg/l (cao hơn Tiêu chuẩn cho phép của Việt
Nam và WHO từ 10 đến 50 lần) của các xã dao động từ 59,6 - 80% (Phạm Quý Nhân,
2008). Trước đó Đồng bằng Bắc Bộ của Việt Nam cũng đã có dấu đỏ trên bản đồ ô
nhiễm asen trong nước ngầm của thế giới kể từ khi Berg và các cộng sự công bố kết

quả điều tra tại khu vực Hà Nội (Berg và ctv, 2001).
b)

a)

Hình 1.3 Phân bố asen trong các thủy vực. (a) Phân bố As trong nước ngầm khu vực
Hà Nội tháng 9/1999; (b) Phân bố As trong các lưu vực sông Nam Hymalaya.
(Berg và ctv, 2001)

7


Tính độc của asen đối với con người phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của các
hợp chất mà nó hình thành, đặc biệt là hoá trị. Asen hoá trị 3 độc hơn rất nhiều so với
asen hoá trị 5. Liều lượng gây chết người khoảng 50 - 300 mg nhưng phụ thuộc vào
từng cá thể (Clark và ctv, 1997). Những biểu hiện của ngộ độc asen mãn tính bao gồm:
yếu ớt, mất phản xạ, mệt mỏi, viêm dạ dày, viêm ruột kết, chán ăn, giảm cân, rụng tóc.
Con người bị nhiễm độc asen lâu dài qua thức ăn hoặc không khí dẫn đến các bệnhvề
tim mạch, rối loạn hệ thần kinh, rối loạn tuần hoàn máu, móng giòn dễ gãy với những
vạch trắng ngang móng, rối loạn chức năng gan, thận (Bissen và Frimmel, 2003). Ngộ
độc asen cấp tính gây buồn nôn, khô miệng, khô họng, rút cơ, đau bụng, ngứa tay,
ngứa chân.
2.1.5 Xử líđộc tính kim loại nặng
Xử lí phơi nhiễm kim loại nhằm bảo vệ hoặc hoặc giảm độc tính được thực hiện
bởi các hợp chất có khả năng tạo phức với kim loại. Tạo phức là sự hình thành một
phức hợp ion kim loại mà trong đó ion kim loại như là một chất cho điện tử. Kim loại
phản ứng với chất gắn kết có chứa O-, S- và N- (-OH, -COOH, -S-S- và -NH2). Các
chất sau khi tạo phức với kim loại di chuyển đến nơi tích lũy, tạo thành các phức hợp
không độc và không sẵn sàng liên kết với các kim loại khác và dễ dàng bị cô lập hoặc
đào thải.

2.1.6 Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên sự hấp thụ chọn lọc các bức
xạ cộng hưởng của nguyên tử ở trạng thái tự do của nguyên tố cần xác định. Đối với
mỗi nguyên tố vạch cộng hưởng thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ
nguyên tử của chính nguyên tố đó.
Ưu điểm của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphite (GF-AAS):
có độ nhạy rất cao cỡ ppb, có khi gấp hàng ngàn lần phép đo F-AAS. Do đó khi phân
tích hàm lượng vết các kim loại trong các mẫu thực phẩm, được phẩm, máu nước tiểu
không cần phải làm giàu mẫu. Phép đo đòi hỏi lượng mẫu nhỏ, mỗi lần đo chỉ cần từ
20 µl - 50 µl dung dịch mẫu. Do đó không cần lượng lớn mẫu phân tích, tốn ít hóa chất
cũng như các dung môi tinh khiết cao đắt tiền. Thao tác dễ dàng và xác định liên tiếp
nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.

8


Nhược điểm: do có độ nhạy caonên để tránh sự nhiễm bẩncác dụng cụ hóa chất
phải có độ tinh khiết cao. Ảnh hưởng của phổ nền lớn, nhưng hiện nay đã khắc phục
bằng các hệ thống bổ chính nền đảm bảo độ nhạy cỡ ppb đối với nhiều nguyên tố.
2.2 Tổng quan về hydrogel
2.2.1 Khái niệm và phân loại hydrogel
Hydrogel là các gel được hình thành từ các polymer mang các nhóm phân cực
như COO-, HSO3-, -CONH2 có cấu trúc không gian ba chiều nhờ được khâu mạch bởi
các monomer lưỡng chức. Hydrogel trương mà không tan trong nước và duy trì một
lượng nước lớn trong cấu trúc của chúng, thậm chí dưới áp lực.Hydrogel còn là thuật
ngữ để miêu tả một loại vật liệu có cấu trúc không gian ba chiều được tạo thành từ
polymer tổng hợp và/hoặc polymer nhân tạo, hydrogel hấp thu và duy trì một lượng
lớn nước (Rosiak và Yoshii, 1999).
Hydrogel biểu hiện thuộc tính dễ hấp thụ nước dẫn đến làm trương nở thể tích,
nhưng không bị hòa tan trong môi trường nước. Tính chất ưa nước của vật liệu này có

được là do cấu trúc của nó có các nhóm chức như: hydroxyl -OH, cacboxylic -COOH,
amide -CONH2, sulphonic -SO3H, amin -NH2 ( Trần Minh Đức, 2011). Các nhóm ưa
nước trong hydrogel giúp hydrogel hấp thu nước có khối lượng gấp hàng nghìn lần so
với khối lượng khô ban đầu.
Có nhiều cách để phân loại hydrogel phổ biến hiện nay
Hydrogel tự nhiên và hydrogel tổng hợp.
Hydrogel trung tính và hydrogel ion.
Hydrogel nhạy nhiệt, nhạy pH, cường độ ánh sáng
Hydrogel được phân loại theo tên của các monomer dùng để tổng hợp như
hydrogel trên cơ sở 2-Hydroxyethymethacrylate, N - isopropylacrylamide
2.2.2 Tính chất trương nước của hydrogel
Một trong các tính chất quan trọng nhất của hydrogel là khả năng trương trong
nước. Khi hydrogel tiếp xúc với các phân tử nước, các phân tử nước sẽ tương tác với
bề mặt của hydrogel và thấm vào trong cấu trúc của nó. Trong quá trình trương của
hydrogel, pha cao su (rubbery phase) sẽ tách ra khỏi pha thủy tinh (glassy phase, chưa
bị hydrat hóa). Kích thước của lỗ xốp bắt đầu nở rộng ra, cho phép các phân tử nước
khác tiếp tục thấm sâu vào trong cấu trúc của gel. Trong quá trình trương của
hydrogel, hai lực tương tác ảnh hưởng lên mức độ trương là lực đàn hồi của hydorgel
9


và áp suất thẩm thấu (lực thẩm thấu). Lực đàn hồi phụ thuộc vào bản chất của
hydrogel, mức độ khâu mạng. Trong khi đó áp suất thẩm thấu phụ thuộc nồng độ ion
trong môi trường trương, hàm lượng nhóm chức tích điện bên trong cấu trúc hydrogel.
Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến độ trương của hydrogel:
Mức độ khâu mạng: đây là một trong các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến
khả năng trương của hydrogel. Mức độ khâu mạng càng cao làm cho cấu trúc mạng
của hydrogel trở nên cứng hơn, độ linh động của mạch polymer giảm xuống. Vì vậy
độ trương của hydrogel giảm.
Cấu trúc hóa học của hydrogel: cấu trúc hóa học của polymer cũng ảnh hưởng

đến khả năng trương của hydrogel. Hydrogel có nhóm chức ưa nước có độ trương cao
hơn so với hydrogel chứa nhóm chức kị nước. Hydrogel càng có nhiều nhóm chức ưa
nước thì độ trương càng cao.
Tác nhân bên ngoài: độ trương trong nước của các hydrogel cũng bị ảnh hưởng
bởi tác nhân môi trường bên ngoài. Có rất nhiều tác nhân môi trường bên ngoài ảnh
hưởng đến độ trương của hydrogel như: nhiệt độ, pH, lực ion, từ trường, điện trường,
UV-Vis, đường glucose, ion kim loại.
2.2.3 Các phương pháp chế tạo hydrogel
Một số phương pháp để chế tạo hydrogel như: vật lí, hóa hóa học, ghép polymer
hóa, khâu mạch bức xạ. Hydrogel được tổng hợp bằng phương pháp chính là hóa học
và phương pháp bức xạ. Tùy thuộc vào bản chất polymer mà sử dụng một trong hai
phương pháp trên. Hydrogel được chế tạo bằng các khâu mạch polymer
như:polyacrylic acid (PAA) (Onuki và ctv, 2008), polyethylene glycol (PEG),
polylactic acid (PLA) hoặc các polymer sinh học tự nhiên như: alginate, chitosan và
carboxymethyl cellulose.
2.2.3.1Chế tạo hydrogel bằng phương pháp hóa học
Khâu mạch polymer được thực hiện dựa vào việc ghép các monomer lên trục
polymer hoặc sử dụng các tác nhân để nối hai chuỗi polymer với nhau. Các polymer tự
nhiên hoặc tổng hợp phải có các nhóm như OH, COOH và NH2 với tác nhân liên kết
nhưaldehyde (glutaraldehyde, adipic acid dihydrazide). Khâu mạch hóa học: trùng hợp
một monomer với một polymer rắn khác để hình thành nên cấu trúc mạng và tương tác
kị nước (Hennink và Nostrum, 2002) kết hợp một cực ưa nước bằng cách thủy phân
hoặc quá trình oxy hóa bởiliên kết cộng hóa trị.Hydrogel được tổng hợp bằng phương
10


pháp hóa học từ các monomer ưa nước như acrylamide/acrylic acid và dẫn xuất của
nó. Một phương pháp phổ biến khác là khâu mạch chiều dài tự nhiên hoặc tổng hợp
polymer bằng hợp chất đa hóa trị. Khâu mạch bằng phương pháp hóa học thực hiện
được trong trạng thái lỏng.

Hạn chế của phương pháp hóa học có hạn chế là phải sử dụng các hóa chất, vì
vậy sản phẩm cần phải được tinh sạch, biến đổi trước khi sử dụng. Tồn dư hóa chất
trong sản phẩm, độ tinh khiết không cao. Vì vậy phương pháp bức xạ đã và đang có
nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học.
2.2.3.2Chế tạo hydrogel bằng phương pháp bức xạ
Phương pháp bức xạ được bắt đầu thực hiện bằng việc sử dụng bức xạ năng
lượng cao như tia gamma và chùm điện tử. Phương pháp này chủ yếu dựa vào việc tạo
các gốc tự do trong polymer sau khi chiếu xạ bởi các nguồn năng lượng cao như tia
gamma, tia X hoặc chùm tia điện tử. Tác động của bức xạ (trực tiếp hoặc gián tiếp) sẽ
phụ thuộc vào môi trường của polymer (dung dịch loãng, dung dịch đậm đặc, trạng
thái rắn).Chiếu xạ polymer trong dung dịch pha loãng sẽ tác động gián tiếp làm thay
hóa học. Sự phân ly nước do bức xạ tạo ra gốc tự do tương tác với các polymer tan.
Hydrogel CMC ghép với AAc trong dung dịch bằng cách chiếu xạ. Chùm tia
điện tử đã được sử dụng để trùng hợp gốc tự do của AAc trên trục của CMC. Chiếu xạ
CMC và AAc sẽ tạo ra các gốc tự do kết hợp để tạo hydrogel. Ứng dụng sẽ hứa hẹn
việcchế tạo hydrogel từ AAc để hấp thụ lại các kim loại nặng như: đồng, niken, asen
và chì (Yoshii và ctv, 1999).
Trong hai phương pháp tổng hợp hydrogel thì phương pháp bức xạ mang nhiều
ưu điểm trong việc tạo hydrogel.Phương pháp bức xạ được sử dụng rộng rãi công nghệ
vì không sử dụng các chất phụ gia hóa học và do đó giữ lại khả năng tương tác sinh
học của các polymer sinh học. Ngoài ra sản phẩm tạo ra không cần chi phí biến đổi
hay khử trùng (Lugao và Malmonge, 2001). Bức xạ ion hóa rất phù hợp cho việc chế
tạo hydrogel và tiệt trùng trong một bước công nghệ, không cần thêm chất xúc tác, tác
nhân khâu mạch dẫn đến hạ giá thành sản phẩm. Trong kĩ thuật bức xạchất xúc
tácvàmối liên kếtchéolà không cần thiếtbởi vìbức xạ ion hóacó năng lượng cao(Jabbari
vàNozari, 2000).

11

Các polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp khi được chiếu xạ sẽ tạo hydrogel.
Mẫu được chiếu xạ ở trạng thái lỏng hoặc rắn.Vì những ưu điểm trên mà chọn phương
pháp chiếu xạ trong việc tổng hợp hydrogel.
2.2.4 Thành tựu vàứng dụng của hydrogel
Do khả năng hấp thụ nướcvà tương tác sinh học cao hydrogelđã được sử dụng
trong công nghệ sinh học, y học, nông nghiệp, cấy ghép, hệ thống tiêm polymer, lai cơ
quan (Benamer và ctv, 2006; Nho và ctv, 2005; Rosiak và ctv, 1995; Rosiak và Yoshii,
1999).Bản chất của hydrogel chính là khả năng hấp thụ dung môi của các ion có độ dài
mạch khác nhau hoặc pH khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như
vật liệu siêu hấp thụ nước dùng làm màng vi lọc, siêu lọc thấm khí, thẩm tích thuận
nghịch các quá trình tách chiết. Trong lĩnh vực ysinh, hydrogel được dùng trong chuẩn
đoán, điều trị tạo vật liệu cấy ghép, tạo da nhân tạo, màng chữa bỏng, màng lọc máu,
các hệ ly giải có điều khiển vật liệu trong nha khoa, mô ghép, ứng dụng trong việc
chữa trị mắt và nhiều ứng dụng khác.
Trong nông nghiệp vật liệu hydrogel siêu trương nước chế tạo bằng kĩ thuật khâu
mạch, ghép bức xạ dùng như chất giữ nước, giữ dinh dưỡng cho các vùng khô hạn,
chất phụ gia chống xói mòn đất. Vật liệu hydrogel cũng được ứng dụng trong nuôi
trồng thủy canh. Vật liệu hydrogel với thành phần và liều chiếu xạ thích hợp sẽ phù
hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.
Vật liệu hydrogel dùng trong xử lí nước thải: một số hydrogel được ứng dụng:
Hydroxyethyl methacrylate được tạo ra vàtương thích sinh học. Poly(2- hydroxyethyl
methacrylate) thì trơ đối với các quá trình sinh học bình thường, vì vậy chúng có khả
năng chống bị cơ thể phân hủy và hấp thụ (Isik, 2000). Hydrogel polyacrylamide là vật
liệu hút nước và có nhiềutính chất hóa họcvà vật lí hữu ích,đã được ứng dụngcủa như
làmột loại polymerthông minh (Li và ctv, 2002).
2.2.5 Tính chất của hydrogel dùngđể hấp thụ kimloại
Các nhóm ưa nước có khả năng loại bỏ kim loại, ion độc hại và chúng hấp thụ
một lượng nước lớn và trương lên (Ozay và ctv, 2009; Satarkar và Hilt, 2008). Hơn
nữa, các hydrogel được biến đổi với các nhóm chức năng mới hoặc sử dụng như vật
liệu tổng hợp để tăng cường khả năng hấp thụ kim loại và tính linh động (Ozay và ctv,

2009; Pekel và ctv, 2001). Ngoài ra, sự hiện diện củanhóm chức năngion hóatạo
chohydrogelđể hấp thụvàgiữnhiều loạichất gây ô nhiễm. Do đó,hydrogelđược xem
12


nhưcácchất hấp thụtrong tương laiđã thu hút nhiềuchú ýtrongnhững năm gần
đâychoviệc loại bỏ cácchất gây ô nhiễm, như các kim loại nặng, thuốc nhuộm, ion
ammonium. Hydrogelanionnhưpolyacrylatelàrộng rãi nhấtchất hấp phụđược sử dụngđể
loại bỏcác chất ô nhiễmđộc hạihoặcphục hồicác ionkim loại quýtừmột dung dịch nước.
2.3 Công nghệ bức xạ
2.3.1 Khái niệm công nghệ bức xạ
Công nghệ bức xạ (CNBX) là một môn khoa học mới nghiên cứu ứng dụng các
hiện tượng vật lí, hóa học, sinh học và một số hiệu ứng khác xuất hiện khi bức xạ
truyền năng lượng cho vật chất nhằm biến các hiệu ứng này thông qua các quá trình
công nghệ để tạo ra các sản phẩm với những phẩm chất, tính năng và công dụng mới
phục vụ cho con người. Sự ra đời của ngành công nghệ bức xạ là kết quả của sự giao
nhau và kết hợp chủ yếu giữa các ngành vật lí hạt nhân, khoa học vật liệu, hóa học và
sinh học. Bức xạ ion hoá năng lượng cao được sử dụng để tạo ra các biến đổi ở mức
nguyên tử và phân tử là các loại bức xạ alpha, bêta, gamma, tia X, nơtron, electron và
ion. Trong số này bức xạ gamma và electron thường được sử dụng nhiều hơn cả so với
các loại bức xạ khác.
Đặc điểm tương tác của bức xạ với vật chất: tương tác của bức xạ với vật chất
mang tính chất tác động qua lại. Vật chất làm suy giảm cường độ và năng lượng của
bức xạ. Bức xạ làm thay đổi cấu trúc của vật chất, gây ra các biến đổi vật lí, hoá
học,sinh học và các biến đổi này phụ thuộc rất mạnh vào năng lượng và dạng bức xạ.
Tia gamma thuộc loại bức xạ có tính thâm nhập cao đối với vật chất.
CNBX sử dụng nguồn bức xạ làm nguồn năng lượng trong quá trình nghiên cứu
và ứng dụng. CNBX hiện tại chủ yếu sử dụng cácnguồn bức xạ gamma phát ra từ đồng
vị Co-60, Cr-157, chùm điện tử gia tốc từ máy gia tốc điện tử (Electron Beam) và
chùm tia ion phát ra từ máy gia tốc ion (Ion Beam). Theo số liệu năm 1996, toàn thế

giới có hơn 180 nguồn chiếu xạ gamma Co-60 và khoảng 700 - 800 máy gia tốc điện
từ hoạt động phục vụ cho mục đích ứng dụng công nghiệp, trong đó bao gồm ứng
dụng trong lĩnh vực sinh học (Nguyễn Quốc Hiến, 1997).
Ngành CNBX Việt Nam chính thức phát triển từ năm 1983, sau khi nguồn Co-60
lắp đặt và đưa vào hoạt động tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt. Đến nay thì các
nhà nghiên cứu thuộc lĩnh vực CNBX ở Việt Nam đã thực hiện trên 80 đề tài, dự án
13


nghiên cứu và triển khai ứng dụng của CNBX trong các lĩnh vực khác nhau và hơn
một nửa trong số đó là các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp.
2.3.2 Thành tựu vàứng dụng công nghệ bức xạ
Phương pháp chiếu xạ có nhiều ưu điểm nổi bật như các phản ứng ở nhiệt độ
bình thường và dễ dàng điều chỉnh quá trình, tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra để tạo vật
liệu mới thì nguyên liệu, sản phẩm không cần tinh chế vì lễ đó thuận lợi cho quá trình
ứng dụng ở quy mô lớn, hiệu quả kinh tế cao.Công nghệthân thiện môi trườngvì
nókhông để lạidư lượnghoặcchất gây ô nhiễmtrongmôi trường (Rosiak và ctv, 1999;
Fei và ctv, 2000).


Ứng dụng của CNBX trong các lĩnh vực
Trong nông nghiệp: cải thiện giống nông sản bằng chiếu xạ tia gamma từ nguồn

Co-60 và Cs-137 sẽ tạo ra được những giống mới như: lúa, cà chua, hoa hồng, giống
mạ có khả năng chịu gió, hoa quả có khả năng chống bệnh tật tốt hơn. Khi xử lí chiếu
xạ các giống hoa sẽgây ra đột biến để có những loại hoa nhiều màu sắc đẹp và hình
dáng độc đáo.Đối với việc diệt trừ sâu phá hoại mùa màng và cây trồng, người ta chiếu
xạ vào sâu hại làm chúng mất khả năng sinh sản. Chiếu xạ thực phẩm giúp ngăn chặn
mọc mầm, giữ hoa quả lâu chín, diệt khuẩn và sát trùng. Theo con số thống kê của
FAO và IAEA, năm 2006 toàn thế giới có khoảng 2.600 giống cây trồng đột biến được

đăng ký thuộc 169 loài, trong đó hơn 80% là đột biến phóng xạ.Phương pháp tạo giống
bằng đột biến bức xạ có các ưu điểm như: tạo được tính trạng mới không có trong thực
vật nguyên gốc, bổ sung các tính trạng mới, áp dụng trên bất kỳ loài cây trồng nào và
thời gian lai tạo giống ngắn hơn nhiều so với các phương pháp khác.
Trong công nghiệp khai khoáng và công nghiệp chế tạo, xây dựng: thiết bị phân
tích nhanh nhiều nguyên tố cho ngành sản xuất xi măng, luyện kim, hóa dầu, khai thác
than; phân tích các yếu tố tác động môi trường; thiết kế, chế tạo một số thiết bị đo
lường, điều khiển tự động cho các dây chuyền sản xuất công nghiệp.
Ứng dụng CNBX đối với vật liệu biến tính, vật liệu polymer kĩ thuật, vật liệu
nano kim loại, nano composite dùng trong công nghiệp. Sử dụng các tia gamma, tia
proton để đo đạc chính xác độ dày của vật liệu, mật độ, hàm lượng nước. Kiểm tra
không phá huỷ cũng đã được sử dụng rộng rãi khi kiểm tra sự nứt vỡ của các bộ phận
quan trọng mà không làm phá hỏng đối tượng kiểm tra. Ngày nay phương pháp chụp
ảnh phóng xạ bằng cách sử dụng nguồn bức xạ gamma Co-60 và Ir-192 được sử dụng
14