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

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, năm 201


LỜI CẢM ƠN

Lời cảm ơn đầu tiên em xin dành cho Thầy Lê Quốc Tuấn, em cám ơn Thầy
đã tận tình hướng dẫn em, đã giúp đỡ từ kinh phí đến thời gian để em hoàn thành tốt
đề tài này. Em chúc Thầy có sức khỏe tốt để công tác ngày càng tốt hơn.
Lời cảm ơn thứ hai, em xin dành cho các Thầy Cô trong bộ môn Công Nghệ
Hóa Học, đã hướng dẫn, dạy dỗ em trong suốt 4 năm học đại học, đã cho em kiến thức
nhất định để em có thể hoàn thành được đề tài này.
Lời cảm ơn nữa , con xin dành cho cha, mẹ, chị của con, đã ở phía sau ủng hộ
và lo lắng cho con, để con có thể yên tâm học tập tốt, hoàn thành chương trình đại học.
Cám ơn các bạn trong tập thể lớp DH06HH, đã gắn bó cùng mình suốt 4 năm
qua, mình đã học tập được nhiều từ các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 8 năm 2010
Sinh viên

Nguyễn Thanh Sang

i


TÓM TẮT

Đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp thu Arsenic trong nước uống của một số vật liệu
có sẵn ở đồng bằng Sông Cửu Long “, được thực hiện tại phòng thí nghiệm khoa Môi
Trường – Đại học Nông Lâm TP.HCM, trong khoảng thời gian từ tháng 2/2010 đến

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,

after-filtrated sand samples were analyzed their strutures by XRD method,
therfore, can determine Arsenic held on to grains of sand.
• The third phase: Commented upon experiment results and made final report.
After five months of studying, we gained 2 significant results:
1. High Arsenic-treatment efficiency, treated water was reached the allowed
Arsenic content Standard, which is 0.01 mg/L (10 ppb).
2. Arsenic held on to struture of sand can be detected - This’s the improvement
against old subjects.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
TÓM TẮT ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ ................................................................................ viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... ix
Chương 1_MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
1.1 ĐĂT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
1.2 MỤC ĐÍCH....................................................................................................... 2
1.3 NỘI DUNG ....................................................................................................... 2
1.4 PHẠM VI THỰC HIỆN ................................................................................... 2
1.5 THỜI GIAN THỰC HIỆN ............................................................................... 2
Chương 2_TỔNG QUAN......................................................................................... 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ ASEN ( As ) .................................................................... 3
2.1.1 Định nghĩa ............................................................................................. 3
2.1.2 Tính chất vật lý – hóa học...................................................................... 4

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

2.3.4. Công nghệ lọc ..................................................................................... 47
2.3.4.1. Công nghệ lọc qua lớp vật liệu lọc là cát: ................................. 47
2.3.4.2. Công nghệ lọc màng: ................................................................ 47
2.3.5. Phương pháp làm mềm nước bằng vôi ............................................... 49
2.3.6. Phương pháp hấp phụ......................................................................... 49
2.3.6.1.

Hấp phụ trong môi trường nước ............................................... 50

2.3.6.2. Động học của quá trình hấp phụ Asen trong môi trường nước . 53
2.3.6.3. Các loại vật liệu hấp phụ ........................................................... 54
2.3.6.4. Kỹ thuật hấp phụ : ..................................................................... 58
Chương 3_VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH .............................. 59
3.1. VẬT LIỆU .................................................................................................. 59
3.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁCH TIẾN HÀNH ................................................ 60
3.2.1 Phương pháp tiến hành : ...................................................................... 60
3.2.2. Thí nghiệm xử lý nước nguồn A......................................................... 61
3.2.2.1. Nguồn A chạy qua vật liệu lọc là cát nhiễm phèn .................... 61
3.2.2.2. Nguồn A chạy qua vật liệu là than ............................................ 61
3.2.2.3. Nguồn A chạy qua vật liệu kết hợp cát và than ........................ 62
3.2.2.4. Nguồn A chạy qua vật liệu là đá tổ ong .................................... 63
3.2.2.5. Nguồn A chạy qua vật liệu là gạch xây nhà .............................. 63
3.2.2.6. Nguồn A chạy qua vật liệu là than đá tổ ong, cát, và gạch ....... 64
Chương 4_KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................ 65
4.1. KẾT QUẢ - BÀN LUẬN ........................................................................... 65
v


4.1.1. Kết quả ..................................................................................................... 65
4.1.1.1. Nhận xét chung : ....................................................................... 67

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

Bảng 2.5 ………………………………………………………………………………23
Asen có nguồn gốc nhân tạo
Bảng 2.6 ………………………………………………………………………………25
Ô nhiễm Asen trong nước của một số khu vực trên thế giới
Bảng 2.7 ………………………………………………………………………………27
Tình hình nhiễm Asen tại một số quốc gia trên thế giới
Bảng 2.8 ………………………………………………………………………………33
Hàm lượng Asen trong nước(ppb) trong trầm tích (ppm) ở một số vùng biển VN
Bảng 2.9 ………………………………………………………………………………35
Hàm lượng Asen trong nước ngầm của một số tỉnh phía Bắc
Bảng 2.10……………………………………………………………………………...36
Hàm lượng Asen trong nước ngầm tại Hà Nội

vii


Bảng 2.11 ……………………………………………………………………………39
Hàm lượng trung bình Asen trong nước và trầm tích biển ven bờ song Hậu.
Bảng 4.1………………………………………………………………………………65
Bảng tổng hợp kết quả phân tích mẫu.

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ

Trang

Đồ thị 2.1 : Sự phụ thuộc của hợp chất Asen (V) theo pH……………………………..8
Đồ thị 2.2 : Sự phụ thuộc của hợp chất Asen (III) theo pH………………………...…..9
Đồ thị 2.3 : Lượng phát thải Asen…………………………………………………….21
Đồ thị 4.1 : Kết quả (ppb) phân tích các mẫu nước sau lọc…………………………..66
Đồ thị 4.2 : Kết quả (%) phân tích các mẫu nước sau lọc…………………………….67

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.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Nguy cơ nước uống bị nhiễm độc bởi Arsenic ( Asen - thạch tín ) đã được phát

hiện từ lâu trên thế giới và ở nước ta, nhưng từ tháng 5/2006 đến nay vấn đề này mới
được phổ biến trên các phương tiện thông tin đại chúng trong nước.
Qua nghiên cứu 500 giếng khoan vào mùa khô tại một số khu vực như Quỳnh
Lôi (quận Hai Bà Trưng), Viện KHCNMT Liên bang Thụy Sỹ và Liên đoàn địa chất
thủy văn – công trình miền Bắc nhận thấy có tới với 34% số điểm mẫu vượt quá hàm
lượng cho phép. Hiện nay hàm lượng Asen trong nước ở khu vực Hà Nội có xu hướng
cao hơn so với 5 - 6 năm trước. Hiện tượng trong nước nhiễm Asen không chỉ có ở các
tỉnh khu vực phía Bắc, mà còn có cả ở các tỉnh phía Nam, đồng bằng Sông Cửu Long
như Long An, Đồng Tháp, An Giang và Kiên Giang.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy Asen có thể có trong nước máy, nước giếng
khoan, ao hồ, nước đun sôi, thậm chí cả nước đóng chai. Tình trạng này phổ biến và
Việt Nam là nước đứng thứ hai trên thế giới, sau Bangladesh về tỷ lệ nhiễm Asen.
Theo Bộ Y tế, hơn một phần năm dân số Việt Nam đang dùng nước sinh hoạt nhiễm
Asen - một chất độc có nhiều trong nước giếng khoan - vượt quá mức cho phép của Tổ
chức Y tế Thế giới: 0,01 mg/l hay 10 ppb. Hậu quả khi bị nhiễm độc Asen là vô cùng
to lớn, như một tai họa đối với môi trường cũng như với sức khỏe con người trên thế
giới. Biểu hiện đầu tiên của chứng nhiễm độc Asen là chứng sạm da, dày biểu bì từ đó
dẫn đến hoại tử hay ung thư da. Hiện nay vẫn chưa có phương pháp hữu hiệu chữa
bệnh nhiễm độc Asen. Cách phát hiện và phòng chống nhiễm độc Asen như thế nào là
1


vấn đề đáng quan tâm không chỉ của người dân trực tiếp sử dụng nguồn nước mà của
cả các nhà khoa học, các cấp lãnh đạo.
Với tình hình đó, ở nước ta việc nghiên cứu hiệu quả xử lý nguồn nước nhiễm
Asen với công nghệ đơn giản, có sẵn mang lại hiệu quả cao là điều hết sức cần thiết.

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.

1.5.

THỜI GIAN THỰC HIỆN
Đề tài được tiến hành từ tháng tháng 1/2010 đến tháng 8/2010.

2


CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

2.1

TỔNG QUAN VỀ ASEN ( As )
2.1.1 Định nghĩa
Asen (hay còn gọi là thạch tín) là nguyên tố rất cần thiết cho hoạt động phát

triển nhưng đồng thời cũng là một chất độc hại đối với cơ thể người và các sinh vật
khác.

Hình 2.1 Quặng có chứa Asen
Asen là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ trái đất. Trong vỏ trái đất,
Asen là nguyên tố khá phổ biến chiếm 0,0001 % tổng các nguyên tố. Asen nguyên
chất là kim loại màu xám nhưng dạng này ít tồn tại trong tự nhiên. Khi tăng nhiệt độ,
3


Asen chảy ra và thăng hoa ở nhiệt độ 613oC . Asen tinh khiết được xem là không độc,
nhưng trong điều kiện bình thường Asen không bao giờ ở trạng thái tinh khiết, vì khi

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)

Thăng hoa ở nhiệt độ 615oC, Tonc = 817 oC
2.1.2.2

Tính chất hóa học

a. Phản ứng với oxi :
Ở nhiệt độ thường Asen bị oxy hoá chậm trên bề mặt. Khi đun nóng As cháy
tạo thành As2O3 có màu trắng.
4As + 3O2 = 2AsO3
b. Phản ứng với halogen, lưu huỳnh:
Ở dạng bột As bốc cháy trong khí Clo
2As + 3Cl2 = 2AsCl3
Chỉ tác dụng với B2, I2, S khi đun nóng
2As + 3S = As2S3
Khi tác dụng với lượng dư clo và có mặt hơi nước, tạo acid Asenic
2As + 5Cl2 + 8H2O = 2H3AsO4 + 10HCl
c. Phản ứng với kim loại :
As tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ cũng như một số kim loại khác ở nhiệt độ
cao tạo Asenua
2As + 3Ca = Ca3As2
2As + 3Cu = Cu3As2
Với các kim loại khác As tạo nên hợp kim.
d. Phản ứng với nước, dung dịch acid, dung dịch kiềm :
5


As không tan trong nước, trong dung dịch HCl, H2SO4… chỉ tan trong HNO3 và
nước cường thuỷ
3As + 5HNO3 +2H2O = 3H3AsO4 +5NO
As chỉ tan trong kiềm nóng chảy khi có mặt của oxy

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

trung tính), H3AsO3 trong môi trường oxi hoá - khử yếu. Các hợp chất của As với
Na có tính hoà tan rất cao, còn muối của As, Mg và các hợp chất As hữu cơ trong
môi trường pH gần trung tính và nghèo Ca thì độ hoà tan kém hơn các hợp chất
Arsen hữu cơ, đặc biệt là As axit fulvic. Các hợp chất của As(V) được hình thành
theo phương thức này. Phức chất Arsen như vậy có thể chiếm tới 80% các hợp chất
Arsen tồn tại trong nước dưới đất.
Asen vô cơ từ các khu vực ô nhiễm công nghiệp tồn tại dưới dạng Arsenate
(As(V)), Arsenite (As(III)), Arsenic sulfide (HAsS2), Asen nguyên tố (As o ) và ở
-2
dạng khí Arsin (AsH3). Các hợp chất Arsenate như: H3AsO4, 2AsO-, HAsO4 ,
-3

AsO4 (tuỳ thuộc vào pH mà các hợp chất Arsenate tồn tại ở các dạng khác nhau).
-2

-

-3

Arsenite gồm các hợp chất As vô cơ bị khử như: H3AsO3, H2AsO , HAsO3 , AsO3 .
Axit Arsenate H3AsO4 là axít yếu có ba bậc phân ly với hằng số axít tương ứng:
H3AsO4 ↔

H2AsO4- ↔ HAsO4
HAsO4

+

-

H2AsO4 + H
2-

+

+ H

↔ AsO4

3-

+

+H

-

2-

pK1

= 2,2

pK2

= 7,0

pK3

= 11,5

Phụ thuộc vào pH của nước, tỉ lệ giữa H2AsO4 , HAsO4 , AsO4

3-

biến động
2-

theo, pH càng cao thì thành phần sau càng lớn. Ở pH = 7 thì 50% là HAsO4 và 50%
-

là ở dạng H2AsO4 . Axít arsenite H3AsO3 cũng là một axít yếu:
7


↔

H3AsO3
H2AsO3
HAsO3

-

2-

H2AsO3

↔

HAsO3

↔

AsO3

2-

-

+

+

H
+

+

H

+

H

3-

pK1

+

= 9,23

pK2

= 13,52

pK3

> 15

Trong môi trường nước tự nhiên, As(III) tồn tại chủ yếu ở dạng trung hoà
H3AsO3. Với oxi hoà tan trong nước, As(III) bị oxi hoá thành As(V) (pH=7).
+

H3AsO3
1/2O2
H3AsO3

+

H2O
+

2H

↔

+ 2e

+ 1/2 O2

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

Dimethylarsinic
acid


(CH3)4 As +

(CH3)3As+CH2CO (CH3)3As+CH2CH2O
O-

H

Trimethylarsine
oxide

Tetramethyl arsonium ion
Arsenobetaine

Dimethyl arsinoylribosides

10

Arsenocholine


Trialkylarsonioribosides

Trialkylarsonioribosides

Dimethylarsinoylribitol sulfate

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

Monomethylarsonous acid

MMAA

CH3AsO(OH)2

Methylarsonous acid

MMAA(III)

CH3As(OH)2(CH3AsO)n

Dimethylarsinic acid

DMAA

(CH3)2AsO(OH)

Dimethylarinuos acid

DMAA(III)

(CH3)2AsOH[((CH3)2As)2O]

Roxarsone

--

C6H6AsNO6

Trimethylarsine

TMA

(CH3)3As

Trimethylarsine oxide

TMAO

(CH3)3AsO

Tetramethlarsonium ion

Me4As+

(CH3)4As+

Arsenocholine

AsC

(CH3)As+CH2CH2OH

Arsenobetaine

AsB

(CH3)3As+CH2COO

2.1.3. Độc tính Asen
As tự do cũng như hợp chất của nó rất độc. Trong hợp chất thì hợp chất của
As(III) là độc nhất. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xếp As vào nhóm độc loại A
gồm: Hg, Pb, Se, Cd, As. Người bị nhiễm độc As thường có tỷ lệ bị đột biến NST rất

12


cao. Ngoài việc gây nhiễm độc cấp tính As còn gây độc mãn tính do tích luỹ trong gan
với các mức độ khác nhau, liều gây tử vong là 0,1g ( tính theo As2O3).
Từ xa xưa, Arsen ở dạng hợp chất vô cơ đã được sử dụng làm chất độc (thạch
tín), một lượng lớn arsen loại này có thể gây chết người, mức độ nhiễm nhẹ hơn có thể
thương tổn các mô hay các hệ thống của cơ thể. Arsen có thể gây 19 loại bệnh khác
nhau, trong đó có các bệnh nan y như ung thư da, phổi.
Sự nhiễm độc Asen được gọi là Arsenicosis. Đó là một tai họa môi trường đối
với sức khỏe con người. Những biểu hiện của bệnh nhiễm độc Arsen là chứng sạm da
(melanosis), dày biểu bì (kerarosis), từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da, viêm răng,
khớp... Hiên tại trên thế giới chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc
Arsen.
Arsen ảnh hưởng đối với thực vật như một chất ngăn cản quá trình trao đổi
chất, làm giảm năng suất cây trồng.
Tổ chức Y tế thế giới đã hạ thấp nồng độ giới hạn cho phép của Arsen trong
nước cấp uống trực tiếp xuống 10 μg/l. USEPA và cộng đồng châu Âu cũng đã đề xuất
hướng tới đạt tiêu chuẩn Arsen trong nước cấp uống trực tiếp là 2-20 μg/l. Nồng độ
giới hạn của Arsen theo tiêu chuẩn nước uống của Đức là 10 μg/l từ tháng. Con đường
xâm nhập chủ yếu của arsen vào cơ thể là qua con đường thức ăn, ngoàira còn một
lượng nhỏ qua nước uống và không khí.
Cơ chế gây độc của asen là nó tấn công vào các nhóm sulfuahydryl của
enzyme làm cản trở hoạt động của các enzyme :

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

O

AsOAsO43- có tính chất tương tự PO43- thay thế ion PO43-, gây ức chế enzym, ngăn
cản tạo thành ATP là chất sản sinh ra năng lượng.
+ PO43-

H – C – CH – CH2
O OH OPO32Glyxeraldehit 3-photphat

O – C – CH – CH2
PO32- O OH OPO321,3 – diphotphat glyxerat

Enzym ATP ( Adenozin triphotphat )
3-

Nếu có mặt AsO4 thì quá trình phụ xảy ra, tạo thành 1- arseno, 3-photphat
glyerat, nên sự tạo thành 1,3 - diphotphat glyxerat không xảy ra, do đó không hình
thành và phát triển ATP.
H – C – CH – CH2
O OH OPO32Glyxeraldehit 3-photphat

+ AsO43- O – C – CH – CH2
AsO32- O OH OPO321 – Aseno, 3 – photphat glyxerat

Tự thủy phân tạo ra
( ngăn cản việc tạo ra ATP )

3 – photphat glyxerat asenat
(không tạo ra ATP)

14