(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken môi trường và bảo vệ môi trường

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

Phùng Thị Châm

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SẮT NANO
XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM CADIMI VÀ NIKEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


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

Phùng Thị Châm

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SẮT NANO
XỬ LÝ NƯỚC Ơ NHIỄM CADIMI VÀ NIKEN

Chun ngành: Khoa học mơi trường
Mã số: 60.85.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. LÊ ĐỨC

Hà Nội - 2012

Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành bày tỏ lịng cám ơn sâu sắc của mình tới PGS.TS Lê Đức,
thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình nghiên
cứu và thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô, các anh chị Bộ môn Thổ nhưỡng và
Môi trường đất, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại
học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện nghiên
cứu đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn toàn thể các thầy cô giáo Khoa Môi trường,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội đã động viên
và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập tại khoa và trong q trình hồn thành
luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Tác giả

Phùng Thị Châm

Khoa Môi trường

i

Luận văn Thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................v
DANH MỤC BIỂU ĐỒ ............................................................................................ vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................ vii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
Chương 1 - TỔNG QUAN..........................................................................................3
1.1. Tổng quan về kim loại cadimi và niken ...........................................................3
1.1.1. Tổng quan chung về kim loại cadimi ........................................................3
1.1.1.1. Giới thiệu chung..................................................................................3
1.1.1.2. Nguồn đưa cadimi vào môi trường .....................................................3
1.1.1.3. Độc học môi trường của cadimi..........................................................6
1.1.2. Tổng quan chung về kim loại niken ..........................................................9
1.1.2.1. Giới thiệu chung về kim loại niken.....................................................9
1.1.2.2. Nguồn đưa niken vào môi trường .......................................................9
1.1.2.3. Độc học môi trường của kim loại niken ...........................................13
1.2. Tổng quan chung về công nghệ nano, sắt nano, nano lưỡng kim ..................14
1.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano ..................................................................14
1.2.1.1. Khái niệm công nghệ nano và vật liệu nano .....................................14
1.2.1.2. Ứng dụng của cơng nghệ nano..........................................................16
1.2.1.3. Tính chất của vật liệu nano ...............................................................19
1.2.2. Giới thiệu sắt nano, nano lưỡng kim .......................................................20
1.2.2.1. Đặc điểm và tính chất của sắt nano...................................................20
1.2.2.2. Các phương pháp chế tạo sắt nano....................................................23
1.2.2.3. Chế tạo nano lưỡng kim....................................................................28
1.3. Tổng quan chung của khu công nghiệp Phố Nối A........................................29
1.3.1. Giới thiệu chung khu công nghiệp Phố Nối A ........................................29

1.3.2. Hiện trạng môi trường nước thải khu công nghiệp Phố Nối A ...............31
1.3.2.1. Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải công nghiệp tập trung ........31
1.3.2.2. Thực trạng về môi trường nước thải khu công nghiệp .....................32
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....35
2.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................35
2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................35
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................35

Khoa Môi trường

ii

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu ..................................................................35
2.3.2. Phương pháp khảo sát thực tế và lấy mẫu thực tế ...................................35
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................................35
2.3.3.1. Phương pháp chế tạo sắt nano...........................................................35
2.3.3.2. Phương pháp chế tạo nano lưỡng kim Fe – Cu................................36
2.3.3.3. Phân tích các đặc tính của vật liệu ....................................................37
2.3.3.4. Nghiên cứu ứng dụng sắt nano và nano lưỡng kim trong xử lý nước ô
nhiễm kim loại cadimi và niken (mẫu nước tự tạo) .......................................39
2.3.3.5. Nghiên cứu ứng dụng sắt nano và nano lưỡng kim trong xử lý nước ô
nhiễm kim loại cadimi và niken (mẫu nước thực tế) .....................................42
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................................43
Chương 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................44
3.1. Kết quả nghiên cứu chế tạo sắt nano và ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm

kim loại cadimi và niken .......................................................................................44
3.1.1. Kết quả nghiên cứu chế tạo sắt nano .......................................................44
3.1.1.1. Chụp nhiễu xạ tia X ..........................................................................44
3.1.1.2. Ảnh chụp TEM của sắt nano.............................................................46
3.1.1.3. Ảnh chụp SEM của sắt nano .............................................................47
3.1.2. Kết quả xử lý kim loại cadimi và niken của vật liệu sắt nano .................48
3.1.2.1. Kết quả xử lý kim loại cadimi của vật liệu sắt nano .........................48
3.1.2.2. Kết quả xử lý kim loại niken của vật liệu sắt nano ...........................53
3.2. Kết quả nghiên cứu chế tạo nano lưỡng kim (Fe-Cu) và ứng dụng trong xử lý
nước ô nhiễm kim loại cadimi và niken ................................................................57
3.2.1. Kết quả nghiên cứu chế tạo nano lưỡng kim (Fe-Cu) .............................57
3.2.1.1. Ảnh chụp nhiễu xạ tia X ...................................................................57
3.2.1.2. Ảnh chụp TEM của nano lưỡng kim Fe-Cu .....................................59
3.2.2. Kết quả xử lý kim loại cadimi và niken của nano lưỡng kim..................60
3.2.2.1. Kết quả xử lý kim loại cadimi của nano lưỡng kim..........................60
3.2.2.2. Kết quả xử lý kim loại niken của nano lưỡng kim............................63
3.3. Đánh giá kết quả ứng dụng trong sử dụng sắt nano trong xử lý nước thải ô
nhiễm cadimi và niken...........................................................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................71
PHỤ LỤC..................................................................................................................74

Khoa Môi trường

iii

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Hàm lượng một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng trong nông
nghiệp (mg/kg) ...........................................................................................................4
Bảng 2. Hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại nước thải ...........................5
Bảng 3. Hàm lượng Cd trong khơng khí ở một số khu vực trên thế giới ...................6
Bảng 4. Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tại một số khu vực bị ô nhiễm ..8
Bảng 5. Hàm lượng niken trong một số loại đá ........................................................10
Bảng 6. Hàm lượng (106 kg/năm) và tỷ lệ phần trăm (%) của một số nguyên tố
được đưa vào đất từ các nguồn khác nhau ................................................................11
Bảng 7. Sự làm giàu niken và ô nhiễm niken trên lớp đất mặt .................................12
Bảng 8. Hàm lượng niken trong một số cây trồng ....................................................12
Bảng 9. Các chất và hợp chất có thể xử lý bằng Fe0 nano ........................................18
Bảng 10. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý cadimi của sắt nano............49
Bảng 11. Ảnh hưởng của nồng độ cadimi ban đầu và lượng sắt nano xử lý ............50
Bảng 12. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý cadimi của sắt nano .....................51
Bảng 13. Khả năng tái sử dụng của sắt nano trong xử lý cadimi..............................52
Bảng 14. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý niken của sắt nano..............53
Bảng 15. Ảnh hưởng của nồng độ niken ban đầu và lượng sắt nano xử lý ..............54
Bảng 16. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý niken của sắt nano .......................56
Bảng 17. Khả năng tái sử dụng của sắt nano trong xử lý niken................................57
Bảng 18. Ảnh hưởng của thời gian xử lý ..................................................................60
Bảng 19. Ảnh hưởng của nồng độ Cd ban đầu và lượng nano lưỡng kim................61
Bảng 20. Ảnh hưởng của pH đến kết quả xử lý........................................................62
Bảng 21. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý niken của nano lưỡng kim..63
Bảng 22. Ảnh hưởng của nồng độ niken ban đầu và lượng nano lưỡng kim ...........64
Bảng 23. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý......................................................65
Bảng 24. Kết quả phân tích mẫu nước thải KCN Phố Nối A ...................................67
Bảng 25. Kết quả xử lý cadimi bằng sắt nano ..........................................................67
Bảng 26. Kết quả xử lý niken bằng sắt nano ............................................................68

Khoa Môi trường

iv

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Ứng dụng của sắt nano trong mơi trường ....................................................17
Hình 2. Mơ hình cấu tạo hạt Fe0 nano.......................................................................21
Hình 3. Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước ........................................24
Hình 4. Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương .......................................24
Hình 5. Vị trí quy hoạch khu cơng nghiệp Phố Nối A..............................................30
Hình 6. Nhiễu xạ tia X của vật liệu sắt nano.............................................................45
Hình 7. Nhiễu xạ tia X mẫu sắt nano được điều chế bởi Yuan-Pang Sun và nnk ....46
Hình 8. Ảnh chụp TEM của phân tử sắt nano đã điều chế được ..............................46
Hình 9. Ảnh TEM phân tử sắt nano điều chế bởi một số nhà khoa học khác...........47
Hình 10. Kết quả chụp SEM mẫu vật liệu khơng bổ xung chất phân tán.................48
Hình 11. Kết quả chụp SEM vật liệu không bổ xung chất phân tán.........................48
Hình 11. Ảnh nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim (Fe-Cu).......................................58
Hình 13. Ảnh chụp TEM của phân tử nano lưỡng kim đã điều chế .........................59
Hình 14. Ảnh chụp TEM về nano lưỡng kim Fe-Ni của Zhanqiang Fang và nnk ...60

Khoa Môi trường

v

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý cadimi của sắt nano.............49
Biểu đồ 2. Ảnh hưởng của nồng độ cadimi ban đầu và lượng sắt nano xử lý .............50
Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý cadimi của sắt nano ......................51
Biểu đồ 4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý niken của sắt nano...............53
Biểu đồ 5. Ảnh hưởng của nồng độ niken ban đầu và lượng sắt nano xử lý ...............55
Biểu đồ 6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý niken của sắt nano ........................56
Biểu đồ 7. Ảnh hưởng của thời gian xử lý ...................................................................61
Biểu đồ 8. Ảnh hưởng của nồng độ Cd ban đầu và lượng nano lưỡng kim ................62
Biểu đồ 9. Ảnh hưởng của pH đến kết quả xử lý.........................................................63
Biểu đồ 10. Ảnh hưởng thời gian đến hiệu quả xử lý niken của nano lưỡng kim ......64
Biểu đồ 11. Ảnh hưởng của nồng độ niken ban đầu và lượng nano lưỡng kim ..........65
Biểu đồ 12. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý.....................................................66

Khoa Môi trường

vi

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AAS

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Lượng oxy hịa tan trong nước

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

pH

Độ chua của nước

QCVN

Khoa Mơi trường

Quy chuẩn Việt Nam

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

vii

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

MỞ ĐẦU
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa, nước ta đang trên đà phát
triển mạnh mẽ các ngành kinh tế nhằm hướng tới trở thành nước công nghiệp vào
năm 2020. Theo thống kê, đến tháng 6/2012 cả nước có 334 khu chế xuất, khu công
nghiệp đã được phê duyệt thành lập với tổng diện tích đất tự nhiên là 90.900 ha,
trong đó có 232 khu công nghiệp đã đi vào hoạt động và 102 khu cơng nghiệp đang
trong giai đoạn đền bù giải phóng mặt bằng và xây dựng cơ bản. Việc phát triển các
khu công nghiệp trên cả nước là chủ trương đúng đắn của Đảng và Nhà nước ta,
hiệu quả kinh tế xã hội mà các khu công nghiệp mang lại đã thấy rõ. Tuy nhiên bên
cạnh các mặt tích cực thì sự phát triển q nóng các khu cơng nghiệp đã làm nảy
sinh nhiều vấn đề xã hội như lãng phí tài nguyên đất, thu hồi đất sản xuất nông
nghiệp để tiến hành xây dựng các khu công nghiệp nhưng sau đó để hoang phế và
quan trọng nhất là gây ơ nhiễm mơi trường do nước thải.
Tính đến tháng 6/2012, có khoảng 62% các khu công nghiệp đã xây dựng hệ
thống xử lý nước thải tập trung. Tổng lượng nước thải từ các khu công nghiệp ước

khoảng 1 triệu m3/ngày/đêm và chiếm khoảng 35% tổng lượng nước thải của cả
nước. Với đặc thù đa ngành, đa lĩnh vực chính vì vậy tại những nơi này ngày đêm
thải ra một hàm lượng lớn các chất thải vô cơ, hữu cơ đặc biệt là chất thải nguy hại
trong đó có kim loại nặng như chì, asen, cadimi, thủy ngân,…. Mặc dù các cơng
trình đã đi vào hoạt động nhưng hiệu quả không cao, dẫn đến tính trạng 75% nước
thải chảy ra ngồi với lượng ô nhiễm cao. Tất cả các chất ô nhiễm này nếu không
được thu gom, xử lý đúng kỹ thuật và tiêu chuẩn thì sẽ thải ra mơi trường gây ô
nhiễm môi trường nước cũng như sự tích lũy của chúng vào đất ảnh hưởng tới sức
khỏe con người và hệ sinh thái. Trong khi đó, nước thải cơng nghiệp là một hệ dị
thể phức tạp bao gồm nhiều chất vô cơ và hữu cơ tồn tại ở nhiều trạng thái khác
nhau, trong đó phải kể đến hàm lượng kim loại nặng.
Ở nước ta, tình hình ơ nhiễm mơi trường đang ở mức báo động, đứng trước
thực trạng trên, cần phải tìm kiếm các giải pháp cơng nghệ xử lý mơi trường nhằm
đảm bảo chất lượng và an tồn cho con người và hệ sinh thái. Việc áp dụng và lựa
chọn các cộng nghệ còn phụ thuộc vào những điều kiện khác nhau của từng vùng,
từng quốc gia. Việt Nam là nước với nền kinh tế đang phát triển, do đó, các cơng

Khoa Mơi trường

1

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

nghệ xử lý tiết kiệm và có hiệu quả xử lý cao rất đựơc quan tâm và khuyến khích
thực hiện. Trong khi đó, có rất nhiều cơng nghệ xử lý môi trường sử dụng các kỹ
thuật và cơng cụ phân tích hiện đại, trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu
về cơng nghệ trong xử lý ơ nhiễm nước. Vì vậy, Việt Nam cần phải lựa chọn công

nghệ phù hợp với điều kiện thực tế của đất nước. Cơng nghệ nano có những tính
chất vơ cùng độc đáo với ứng dụng đơn giản, khả năng hấp phụ và chuyển hóa các
chất ơ nhiễm vượt trội với chi phí vận hành và bảo dưỡng tương đối thấp, chất ơ
nhiễm khơng có tác dụng xấu với mơi trường,… Với những ưu điểm vượt trội của
công nghệ nano đã mở ra hướng đi mới trong ứng dụng công nghệ xử lý ơ nhiễm
mơi trường.
Trên cơ sở đó, tác giả đã lựa chọn và xây dựng luận văn với đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken” phục vụ cho công
tác nghiên cứu công nghệ trong xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng.
Với mục tiêu đó, tác giả tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:
-

Nghiên cứu chế tạo sắt nano, nano lưỡng kim;

-

Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý kim loại cadimi và niken của sắt
nano, nano lưỡng kim;

-

Nghiên cứu ứng dụng sắt nano, nano lưỡng kim trong xử lý nước thải
Khu công nghiệp Phố Nối A.

Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Các nội dung của
luận văn được thực hiện tại Phịng phân tích mơi trường, Bộ môn Thổ nhưỡng và
Môi trường đất, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại
học Quốc gia Hà Nội.

Khoa Môi trường

2

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về kim loại cadimi và niken
1.1.1. Tổng quan chung về kim loại cadimi
1.1.1.1. Giới thiệu chung
Trong vỏ trái đất cadimi (Cd) thường tồn tại dưới dạng khoáng vật như
Grinolit (CdS), trong quặng Blende kẽm và Calanin có chứa khoảng 3% Cd. Cadimi
nguồn gốc tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị ổn định, trong đó có đồng vị
(24,07%) và

114

112

Cd

Cd (28,86%). Cadimi dạng nguyên chất có màu trắng bạc nhưng

trong khơng khí ẩm bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim, cadimi mềm, dễ
nóng chảy, dẻo, có thể dát mỏng, kéo sợi được. Khi cháy cadimi cho ngọn lửa màu
xẫm. Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Trong khơng khí ẩm cadimi bền ở
nhiệt độ thường do có màng oxit bảo vệ. Cadimi trong tự nhiên phần lớn tồn tại
dưới dạng hợp chất, ít khi tồn tại ở dạng nguyên chất.

Cadimi và hợp chất của nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:
cadimi dùng trong cơng nghiệp mạ để chống ăn mịn, cadimi sunfit dùng trong công
nghiệp chất dẻo, gốm sứ … hay cadimi stearat còn dùng như một chất làm bền
PVC, cadimi phot pho dùng làm ống trong vô tuyến, làm đèn huỳnh quang, màn
chắn tia X, ống phát tia catốt…
1.1.1.2. Nguồn đưa cadimi vào môi trường
a. Nguồn gốc tự nhiên
Nguồn tự nhiên đưa Cd vào môi trường đất chủ yếu là từ đá mẹ. Ngồi ra có thể
lắng đọng bụi núi lửa từ trong khơng khí. Theo nghiên cứu của tác giả Phạm Quang
Hà, (2002) thì hàm lượng Cd ở đất xám trung bình là 0,47 mg/kg đất, trong đất phù sa
trung bình là 0,82 mg/kg đất và trong đất đỏ hàm lượng Cd trung bình là 1,24 mg/kg
đất. Theo tác giả Lê Văn Khoa (2007) thì trong đất phù sa thường có Cd < 1 mg/kg đất,
đất đỏ bazan: Cd > 1 mg/kg đất, đất bạc màu: Cd = 0,05 - 0,5 mg/kg đất.
b. Nguồn gốc nhân tạo
* Sản xuất nông nghiệp
Trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp việc sử dụng phân bón (đặc biệt là
phân lân), thuốc bảo vệ thực vật và các chất kích thích sinh trưởng qua nhiều năm
cũng gây nên sự tích luỹ Cd trong đất.
Khoa Môi trường

3

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Bảng 1. Hàm lượng một số kim loại nặng trong các sản phẩm
dùng trong nông nghiệp (mg/kg) [17]
Kim

loại

Phân

Phân

Đá vôi

phốt pho

nitơ

As

1-1200

2-120

0,1-24

Cd

0,1-190

<0,1-9

Hg

0,01-2

Pb

4-1000

Bùn thải

Phân

Nước

Thuốc

chuồng

tưới

BVTV

2-30

<1-25

<10

3-30

<0,05-0,1

2-3000

<0,1-0,8

<0,05

-

0,3-3

-

<1-56

<0,001-0,2

-

-

2-120

20-1250

2-7000

0,4-16

<20

0,6-6

Nguồn: Fergusson E. J. (1990)
Phân photphat chứa lượng Cd cao là nguồn gây ô nhiễm đất nông nghiệp. Sự
tập trung của Cd trong đất làm tăng từ 0,07mg/kg đến 10mg/kg Cd trên các mảnh
đất màu mỡ, [17]. Sử dụng bùn thải của các ngành cơng nghiệp có chứa Cd bón cho
đất cũng làm gia tăng hàm lượng kim loại này trong đất.
Bùn thải chứa Cd trong chất bài tiết của con người, sản phẩm gia đình chứa
Zn và chất thải từ công nghiệp. Hầu hết Cd đều tích lũy trong nước cống và được
thải ra trong suốt quá trình xử lý bùn quánh. Sự tập trung kim loại trong cống rãnh
khác nhau rất cao do trình tự thay đổi liên tục của hợp chất và thể tích nước thải
công nghiệp được thải vào cống.
* Sản xuất công nghiệp và làng nghề:
Cd xâm nhập vào đất từ nguồn chất thải và nước thải công nghiệp như sản
xuất pin, phủ mạ kim loại, hợp kim, công nghiệp nhựa, công nghiệp điện tử, hàn,
hạt nhân. Đất bị ảnh hưởng của chất thải cơng nghiệp đơi khi có hàm lượng Cd lên
tới 1500mg/kg, [19]. Hoạt động của các làng nghề đúc kim loại cũng là nguồn đưa
Cd vào trong đất, hàm lượng Cd trong đất phát hiện được tại Văn Môn (làng nghề
đúc kim loại) trung bình là 1 mg/kg đất, dao động từ 0,3-1,3 mg/kg đất, thậm chí có
những mẫu đất vườn có hàm lượng Cd đạt 3,1 mg/kg đất, [5].
* Sử dụng nước thải: Nước thải bao gồm: nước thải công nghiệp, nước
mưa, nước chảy tràn đô thị và trên đất nông nghiệp, nước thải từ mỏ. Hàm lượng
kim loại nặng trong các loại nước thải này khá cao. Hàm lượng Cd trong nước thải

Khoa Môi trường

4

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

đã qua xử lý ở New York được phát hiện có nguồn gốc từ các cơ sở mạ điện 33%,
các khu dân cư 49%, dòng chảy tràn 12%, công nghiệp 6%.
Bảng 2. Hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại nước thải [17]
Kim loại

Loại nước thải

Địa điểm

Hàm lượng (µg/g)

Durham.MT

1,00-12,00

Nga

7.000-9.000

Khu cơng nghiệp

100-500

Cơng nghiệp

New York

3-20 (10)

Cơng nghiệp

Tây Đức

220

Mỏ

Nam Phi

6-52

Công nghiệp

Tây Đức

7

Nước mưa
Pb

Mỏ
Nước cống thải

Cd

Hg

Nguồn: Ferguson E.J. ( 1990)
* Hoạt động khai thác khoáng sản

Cadimi tồn tại như một sản phẩm nấu chảy của quặng mỏ sunfua, ZnS,
sphalente, wientzite, ZnCO3. Theo Alina Kabata – Pendias, cơng nghiệp khai
khống phát thải vào môi trường 20.800 tấn Cd (1988) và 19.615 tấn (1997).
* Lắng đọng từ khí quyển
Cadimi được sử dụng trong các ngành công nghiệp như làm tấm bảo vệ thép,
trong các hợp kim, trong chất màu (nhựa, lớp men, tráng men), trong pin Ni-Cd.
Cadmi phát thải vào khí quyển còn do việc đốt (xử lý) các rác thải chứa Cd như
nhựa và pin, đốt nhiên liệu hóa thạch... Mức tập trung bình thường của Cd trong khí
quyển từ 1-50mg/m3, phụ thuộc vào các nguồn phát thải. Nồng độ Cd trong bầu khí
quyển ở châu Âu là 1-6mg/m3 với khu vực nông thôn, 3,6-20mg/m3 với khu vực
thành thị và 16,5-54mg/m3 với các khu cơng nghiệp. Trên phạm vi tồn thế giới,
ước tính lượng lắng đọng Cd hàng năm là 5700 tấn. Giá trị lắng đọng (cả khô và
ướt) điển hình của Châu Âu là 3g/ha/năm trên đất nơng nghiệp.

Khoa Môi trường

5

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Bảng 3. Hàm lượng Cd trong không khí ở một số khu vực trên thế giới [14]
Khu vực

Cd (ng/m3)

Nam Cực

0,015

Tây Đức

0,5 - 620

Nhật

0,5 - 43

Bắc Mỹ

1 - 41
Nguồn: Alina KaAbata – Pendias, 2001

1.1.1.3. Độc học môi trường của cadimi
a. Độc tính của cadimi đối với con người [1], [4], [5], [6], [12]
Cadimi được xếp vào hàng những kim loại độc nhất. Khi Cd xâm nhập vào
cơ thể nó làm mất hoạt tính của nhiều enzim do ion Cd 2+ có ái lực mạnh đối với các
phân tử có chứa nhóm -SH và -SCH3 của các enzim. Nguyên nhân chủ yếu làm Cd
có độc tính là do Cd đồng hình với Zn, nên nó có khả năng thay thế Zn trong một
số enzim, từ đó gây nên rối loạn trao đổi chất khoáng, rối loạn trao đổi gluxit và rối
loạn sinh tổng hợp protein. Trong cơ thể, Cd gắn với metalotionin tạo thành chất rất
bền, Cd khó phân hủy trở lại, do đó sự thải loại chúng ra ngoài rất lâu.
Tác hại của Cd đối với con người rất nghiêm trọng, trong đó phải kể đến
bệnh huyết áp, suy thận, phá huỷ mơ tinh hồn và các tế bào hồng cầu. Người ta đã
khẳng định rằng những tác động sinh lý của Cd xuất phát từ sự tương đồng về hố
học của nó với kẽm. Đặc biệt là Cd có thể thay thế Zn trong một số enzym do đó
làm biến đổi cấu hình enzym và làm suy yếu hoặc mất chức năng xúc tác của nó
cùng triệu chứng rối loạn bên trong.

Cd xâm nhập vào cơ thể con người thông qua nhiều con đường khác nhau
như hô hấp, thức ăn, nước uống... Khi nhiễm độc Cd, con người có thể bị nơn mửa,
tiêu chảy hoặc có thể bị co giật, các bệnh về xương, gan, thận, tim, mạch. Với nồng
độ Cd từ 0,25-0,5mg/kg khối lượng qua đường tiêu hố đã có thể gây ra đau dạ dày
và các bệnh đường ruột nghiêm trọng. Nếu hàm lượng Ca, Fe, protein thấp thì tỷ lệ
tích tụ Cd cao hơn. Ở người có lượng Fe trong cơ thể thấp thì tỷ lệ hấp thụ trung
bình Cd cao hơn 4 lần người bình thường và ở phụ nữ nguy cơ nhiễm Cd nhiều hơn
so với nam giới. Cd khi xâm nhập vào cơ thể hầu hết được giữ lại ở thận và gây ảnh
hưởng đến chức năng thẩm thấu của ống thận, làm tăng protein niệu, tăng β2 Khoa Môi trường

6

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

microglobulin niệu và huyết thanh, sau đó tăng creatinin huyết thanh, cuối cùng có
thể ảnh hưởng đến axitamin, gluco và phốt phát.
Trong công nghiệp thực phẩm, Cd được coi là nguyên tố nguy hiểm nhất, khi
hàm lượng Cd >15mg/kg thì thực phẩm được coi là nhiễm độc. Các hợp chất của
Cd trong nước, khơng khí, trong dung dịch và trong thức ăn đều gây độc. Trong
khơng khí, nồng độ Cd tối đa cho phép là 0,1mg/m3.
Cd và hợp chất của nó được xếp vào nhóm có thể gây ung thư. Cd là chất
gây ung thư đường hô hấp khi người bị nhiễm độc Cd, tùy theo mức độ nhiễm sẽ
gây ra ung thư phổi, thủng màng ngăn mũi, ung thư tuyến tiền liệt.
b. Độc tính của Cd tới sinh vật đất [1], [4], [5], [6], [12]
Cd trong đất có ảnh hưởng khá rõ nét đến q trình sinh trưởng của một số
chủng vi sinh vật có lợi, khi hàm lượng Cd trong đất ở ngưỡng 2,9mg/kg đất khô
làm tổng số vi khuẩn và nấm bắt đầu giảm đáng kể, ở nồng độ 5mg/kg đất khô làm

cho quá trình khống hố giảm đến 39% và khi nồng độ 1000mg/kg đất khơ q
trình nitơrat hố giảm 60%. Cd trong đất được cây trồng hút lên và tích luỹ trong
sinh khối, khi động vật ăn phải có thể bị ngộ độc Cd. Mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc
vào loài và hàm lượng Cd tích luỹ trong thức ăn. Qua một số kết quả nghiên cứu
cho thấy ở động vật có vú và chim có thể bị ngộ độc Cd ở nồng độ 15-1350 mg/kg
khối lượng cơ thể.
Cd trong đất có đặc điểm khá linh động, có bán kính hydrát hóa giống với
Zn, vì vậy cây trồng bị ngộ nhận với yếu tố dinh dưỡng Zn. Cây trồng hút Cd khác
nhau tuỳ thuộc vào loài và sự di chuyển của Cd trong cây cũng khác nhau, Cd
không phải là yếu tố dinh dưỡng cho cây trồng vì vậy khi xâm nhập vào cây trồng
thì gây nên kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển. Cd ở nồng độ 2,5-4mg/kg đất khô
làm cho năng suất lúa mỳ giảm 21% và tỷ lệ nảy mầm của ngô giảm 28%.
Khi đất bị ô nhiễm bởi Cd, các loại cây trồng sinh trưởng trên đó sẽ hấp thu
Cd từ đất, Cd tích luỹ trong cây trồng khác nhau tuỳ thuộc vào loại cây trồng và
mức độ ơ nhiễm Cd trong đất. Hàm lượng Cd tích luỹ trong cây cao có thể gây chết
hoặc kìm hãm quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, ở mức độ thấp hơn
Cd tích luỹ trong sản phẩm thu hoạch và ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người và
sinh vật thông qua con đường ăn uống.

Khoa Môi trường

7

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Tại một số điểm bị ô nhiễm Cd tích luỹ trong địa y tại các khu vực khai thác
mỏ có giá trị rất cao từ 11-22mg/kg/kg khơ. Đối với các khu vực bị tác động bởi

chất thải của cơng nghiệp đã làm cho hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo đạt từ 0,724,17mg/kg, trong lá rau diếp là 5,2-14,1mg/kg, cá biệt có những mẫu rau đạt
45mg/kg Cd. Tác động của chất thải công nghiệp cũng làm hàm lượng Cd trong
carot đạt từ 1,7-3,7mg/kg, của cải đường là 0,04-0,49mg/kg. Các khu vực bị ảnh
hưởng của chất thải công nghiệp có hàm lượng Cd tích luỹ trong cây ở mức độ cao
nhất, sau đó đến vùng khai thác mỏ. Các khu vực ven đô thị và sử dụng bùn thải cho
sản xuất nơng nghiệp có hàm lượng Cd tích luỹ trong cây trồng ở mức độ thấp hơn
(bảng 4).
Bảng 4. Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tại một số khu vực bị ô nhiễm[14]

Khu vực ô nhiễm bởi

Loại cây trồng

Ven đô thị

Khoa Môi trường

Quốc gia

Cỏ

1,0-1,6

Bỉ

Địa y

11-22

Bỉ

0,10-1,77

Anh

Cỏ

1,1-2,0

Anh

Cỏ ba lá

4,9

Anh

Lá rau diếp

45

úc

Lá củ cải đường

0,04-0,49

úc

Lá củ cải

0,5

Tây Đức

Cỏ

8,2

Anh

Gạo

0,72-4,17

Nhật Bản

Lá rau diếp

5,2-14,1

Ba Lan

Carot

1,7-3,7

Ba Lan

Lá rau bina

6,4

Zambia

Lúa mỳ

0,22-0,47

Ba Lan

Cải bruxen

1,2-1,7

Anh

Cải bắp

1,1-3,8

Anh

Lá rau diếp

0,9-7,0

Mỹ

Khai thác khống và mỏ Cải bruxen

Cơng nghiệp

Cd (mg/kg khô)

8

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Bùn, nước tưới và phân
bón cho trồng trọt

Ngũ cốc

0,1-1,1

Phần Lan

Gạo

5,2 max

Nhật Bản

Cỏ sudan

0,3-2,9

Hungary

Lá rau diếp

8-37

Đức

Ngô

35

Mỹ

Lá rau diếp

0,5-22,8

Mỹ

Carot

0,2-3,3

Mỹ

Đậu xanh

2,3

Mỹ

Cải bắp

130

Nga

Lúa mỳ

5,5-14,2

Nga

Lá lúa mỳ

19-47

Nga

Nguồn: Alina Kabata và Pendias (2001)
1.1.2. Tổng quan chung về kim loại niken
1.1.2.1. Giới thiệu chung về kim loại niken
Niken (Ni) là kim loại có nguyên tử khối là 58,71. Ni có thể xuất hiện trong
các trạng thái oxi hố nhưng chỉ có Ni (II) bền vững trên dãy pH rộng và điều kiện
oxy hoá - khử trong mơi trường đất. Bán kính ion của Ni (II) là 0,065 nm (gần với
bán kính của ion Fe, Mg, Cu và Zn). Niken là một kim loại màu trắng bạc, bề mặt
bóng láng. Niken nằm trong nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ
uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh

trong khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lưu
huỳnh trong quặng niken. Ở điều kiện bình thường, nó ổn định trong khơng khí và
trơ với ơxi nên thường được dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v..,
cho các thiết bị hóa học, và trong một số hợp kim, như bạc Đức.
1.1.2.2. Nguồn đưa niken vào môi trường
Trong vỏ trái đất, Ni phân bố tương tự như Co và Fe. Do vậy Ni có nhiều
nhất trong đá siêu bazơ (1.400 đến 2.000 ppm), đá càng chua càng nghèo Ni. Trong
đá granit Ni chỉ còn chiếm tỷ lệ 5-15ppm. Trong đá trầm tích hàm lượng Ni biến
động trong khoảng 5-90 ppm, cáo nhất trong đá sét và thấp nhất trong đá cát. Hàm
lượng Ni trong một số loại đá được nêu trong bảng 5.

Khoa Môi trường

9

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Bảng 5. Hàm lượng niken trong một số loại đá [17]
STT

Loại đá

Hàm lượng Ni (ppm)

1

Đá siêu bazơ: Dunit, Peridotit, pyroxen

1400 – 2000

2

Đá bazơ: Bazan, Gabrô

3

Đá trung gian: Diorit, Syênit

5 – 55

4

Đá xâm nhập:Granit,Gnai (Gneiss)

5 – 15

5

Đá axit: Ryôlit, Trachyt, Đaxit

6

Đá sét

40 – 90

7

Diệp thạch

50 – 70

8

Đá cát

5-20

9

Đá vôi, Đá đôlômit

7-20

130 – 160

20

Nguồn: Ferguson E.J. ( 1990)
Hàm lượng Ni trong đất biến động trong phạm vi khá rộng từ 0,2 đến
450ppm. Đất sét và đất thịt có hàm lượng Ni cao nhất, như đất Rendzin, Cambisols
và Kastanozem. Trong đất quá kiềm và đất tro núi lửa và một số loại đất hữu cơ
cũng nhiều niken. Đặc biệt là đất hình thành trên đá Secpentin có than bùn có nhiều
Ni trong phức hữu cơ dễ hòa tan. Đất vùng khơ hạn và bán khơ hạn cũng có nhiều
Ni. Chế biến kim loại nhiều, đốt than và dầu nhiều thì nguy cơ nhiễm Ni càng trở
nên nặng nề. Việc bón bùn thải và một số loại phân lân cũng đưa lại cho đất một
lượng Ni đáng kể. Nguồn Ni do con người mang lại từ hoạt động công nghiệp làm

tăng đáng kể hàm lượng Ni trong đất. Ni trong bùn thải tồn tại chủ yếu dưới dạng
chelat hữu cơ rất được dễ cây hút cho nên có thể rất độc với cây. Bón vơi, bón muối
photphat, bón phân hữu cơ là những biện pháp góp phần làm giảm việc hút Ni của
cây, chống ngộ độc Ni cho cây. Hàm lượng Ni trong cây mọc trên đất chưa bị ơ
nhiễm có thể khác nhau rất nhiều vì nó phản ánh cả nhân tố môi trường, cả nhân tố
sinh học.

Khoa Môi trường

10

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Bảng 6. Hàm lượng (106 kg/năm) và tỷ lệ phần trăm (%) của một số nguyên tố được đưa vào đất từ các nguồn khác nhau [17]
Nguồn đưa vào đất

Kim loại
Cd

Cr

Nông nghiệp và chất thải động vật 0,23-4,45 14,5-150
(phân bón)
Rác thải từ việc đốn gỗ

Rác thải và nước thải đơ thị

Tro bay

Lắng đọng từ khí quyển

Nguồn khác
Tổng lượng KL vào đất hàng năm

Khoa Môi trường

Lượng thải ra

Cu

Hg

Mn

Ni

Pb

Zn

17-119

0-1.7

65-253

9,2-82

5-49

162-471

(11,7)

(11,4)

(8,7)

(11,3)

(9,6)

(15)

(4,4)

(22,9)

0-2,2

2-18

3-52

0-2,2

18-104

2,2-23

6,6-8,2

13-65

(5,8)

(1,4)

(3,8)

(14,7)

(3,9)

(4,2)

(0,7)

(3,16)

0,9-7,8

8-44

18-62

0-1,0

54-115

7,3-35

20,8-73

40-156

(20,5)

(3,3)

(4,5)

(6,7)

(2,05)

(6,4)

(6,6)

(7,6)

1,5-13

149-446

93-335

0,4-5

45-242

112-484

(34,2)

(34)

(24,5)

(33,3)

(62,86)

(51,3)

(21,7)

(23,56)

2,2-8,4

5,1-38

14-36

0,63-4,3

7,4-46

11-37

202-263

49-135

(22,1)

(2,9)

(2,6)

(28,6)

(1,75)

(6,8)

(26,6)

(6,6)

498-1655 56-279

hàng năm
183

11
670

3720

0,77-2,15 305-616 396-763 0,57-0,8 106-521 20,3-88 199-478 313-743
(5,4)
5,6-38

(47)

(55,8)

(5,3)

(19,8)

(16,2)

(42,9)

(36,17)

484-1309 541-1367 1,6-15 706-2633 106-544 479-1113 689-2054

11

Luận văn Thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

Q trình phát triển ngành cơng nghiệp cũng như khai thác quặng cũng đã là
nguồn đưa một lượng Ni lớn vào trong đất. Sự làm giàu Ni và ô nhiễm Ni trên lớp
đất mặt ở một số quốc gia được nêu trong bảng sau:
Bảng 7. Sự làm giàu niken và ô nhiễm niken trên lớp đất mặt (ppm) [17]
Quốc gia
Australia
NewZealand

Nguồn ơ
nhiễm
Đất hình
thành trên
đá
Secpentin

Rhodesia
Anh

Khoảng ơ
nhiễm
770
1700-5000

Quốc gia
Thụy điển
Canada
Anh

Khoảng
26-36
206-2600
500-600

23-846
Nơng trại
bón bùn
31-101
thải
Trung bình hàm lượng Ni trong cỏ từ 0,1 – 1,7 ppm (theo chất khô) và trong
Chất thải
quặng

3563-7375
2-1150

Nguồn ô
nhiễm
Công
nghiệp
chế biến
kim loại

Anh
Hà Lan

cỏ ba lá từ 1,2 đến 2,7 ppm (theo chất khơ). Trong hạt lúa mì hàm lượng Ni trung
bình biến động trong khoảng 0,2 đến 0,6 ppm (theo chất khô). Môi trường bị ô
nhiễm Ni ảnh hưởng lớn đến hàm lượng Ni trong cây. Trong mơi trường khơng khí

bị ô nhiễm Ni thì ngọn cây tập trung nhiều Ni nhất. Bùn thải cũng là nguồn ô nhiễm
Ni quan trọng đối với cây. Vì Ni dễ di động trong cây nên quả và hạt có hàm lượng
Ni cao. Niken hiện diện gây ô nhiễm trong môi trường nước từ nguồn nước thải của
ngành điện tử, gốm sứ, ắc quy, sản xuất thép.
Bảng 8. Hàm lượng niken trong một số cây trồng (ppm) [17]

Ngơ ngọt

Bộ phận
phân tích
Hạt

Cây đậu tây
Cải bắp
Rau diếp
Cà rốt

Hạt
Lá
Lá
Củ

0,05 – 0,2
0,01 – 0,14
0,02 – 0,07

1,1 – 2,3
0,62 – 3,3
1,0 – 1,8
0,26 – 0,98

Hành
Khoai tây
Cà chua
Dưa chuột
Táo

Rọc
Củ
Quả
Quả
Quả

0,04 – 0,06
0,04 – 0,56
0,02 – 0,03
0,01 -0,05
0,003-0,008

0,59 – 0,84
0,29 – 1,0
0,43 – 0,48
1,3 – 2,0
0,06

13
7,0
3,6
13
< 10,0

Cam

Quả

0,008

0,39 – 1,2

< 10,0

Cây trồng

Khoa Môi trường

Theo chất
tươi
0,04 - 0,33

12

Theo chất khô

Trong tro

0,22 – 0,34

8,5
6,7
7,2

3,6

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

1.1.2.3. Độc học môi trường của kim loại niken
a. Độc tính của niken tới sức khoẻ con người [1], [4], [12]
Sự phơi nhiễm: Con đường nhiễm niken của con người có thể qua hơ hấp,
ăn uống và tiếp xúc da. Nhiễm nghề nghiệp chủ yếu là do hít thở các hợp chất niken
khí, bụi chứa niken từ tinh luyện kim loại, chế tạo hợp kim, đốt nhiên liệu, sản xuất
hóa chất. Các nghiên cứu cho thấy nhiễm theo đường hô hấp khoảng 35% niken
được hấp thụ, theo đường ăn uống chỉ dưới 10% niken được hấp thụ. Người lớn
trung bình mỗi ngày tiêu thụ từ 100 đến 300µg niken. Niken được hít thở một phần
đi vào máu. Thời gian bán hủy là từ 1- 3 ngày đối với niken sunfat, 5 ngày đối với
niken sunfua và hơn 100 ngày đối với niken oxit. Thời gian bán thải là từ 30 đến 53
giờ trong nước tiểu đối với người nhiễm hạt niken khơng tan có kích thước nhỏ. Sự
hấp thụ qua da phụ thuộc vào tốc độ thẩm thấu của lớp biểu bì và khác nhau đối với
mỗi loại hóa chất của niken.
Niken được hấp thụ ngồi đường tiêu hóa vào động vật nhanh chóng phân bố
vào thận, tuyến yên, phổi, da, tuyến thượng thận, buồng trứng và tinh hoàn. Sự phân
bố nội bào và sự liên kết của niken hiện cịn chưa rõ. Các phối tử có khả năng siêu
lọc được xem là quan trọng chủ yếu trong sự vận chuyển niken ở trong huyết thanh,
trong mật, trong sự bài tiết nước tiểu cũng như sự liên kết nội tế bào. Trong sinh
vật, sự liên kết của Ni với metallothionein do chính nó gây ra. Ni-MT (được gọi là
niken plasmin) đã được tìm thấy trong sinh chất có tính chất của một phức của α 1glycoprotein và là quan trọng trong sự liên kết nội bào và vận chuyển ngoại bào, sự
bài tiết mật và nước tiểu của Ni.
Độc cấp: Tính độc này thường do hít thở phải khí niken cacbonyl gây nên.
Sự hồi phục sau khi nhiễm độc cấp rất chậm, hậu quả có thể dẫn đến viêm phổi xơ

hóa. Các triệu chứng bệnh: viêm mũi, xoang cấp, mất khứu giác, thủng vách ngăn,
có thể lên cơn hen cấp và nặng hơn là phá hủy mô. Đối với da khi bị nhiễm cấp có
các biểu hiện: xưng nề da, trên da có những sần ban đỏ, da nóng rát, có thể dẫn đến
tình trạng viêm da thần kinh.
Độc mãn: nhiễm độc mãn đối với những người tiếp xúc nghề nghệp với Ni
(niken sunfat, các niken sunfua đặc biệt sunfua thấp Ni3S2, niken oxit và niken kim
loại) có nguy cơ gây bệnh ác tính ở một số cơ quan, trước hết là bệnh ung thư

Khoa Môi trường

13

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

đường hơ hấp (mũi, phổi), sau đó là dạ dày, tiền liệt tuyến và một số phụ tạng khác
(mô mềm). Những nghiên cứu cho thấy thứ tự gây độc phổi phù hợp với độ tan
trong nước của các hợp chất khác nhau của niken: niken sunfat độc nhất, rồi đến
niken sunfua thấp và niken oxit.
Khả năng gây ung thư của niken: các hợp chất của niken làm tăng cường
sự ngưng tụ chromatin ADN (chromatin là phần nhân tế bào có màu đậm chứa
ADN và nucleoprotein). ADN trong dị chromatin được quá metyl hóa đối với
proteintrực tiếp liên kết làm cho sự ngưng tụ tăng. Một lý thuyết khác cho rằng
niken phá hủy ADN gián tiếp qua các phần tử oxi hoạt động bằng chứng là vitamin
E chống oxi hóa cản trở sự ngưng tụ nhiễm sắc gây ung thư cho con người.
b. Tác động của niken tới cây trồng [12], [17]
Ni là ngun tố có vai trị dinh dưỡng của cây ngũ cốc vì Ni có trong thành
phần của men ureara, cần cho sự chuyển hoá urê, khi dùng urê làm nguồn phân đạm

Những tác động của Ni đối với sự sinh trưởng của thực vật: ở hàm lượng 0,032 mg/l
là độc cho rễ cây Brrachystegia spiciformis trong dung dịch muối niken sunfat. ở
nồng độ 0,032 mg/l Ni sự phân chia tế bào hoàn toàn bị cản trở và ở nồng độ 0,063
mg/l làm thay đổi màng tế bào và kìm hãm sự phát triển thể nguyên sinh. Hàm
lượng của Ni gây độc cho cây trồng nhìn chung dao động từ 10 -100 ppm (tính theo
chất khơ). Môi trường bị ô nhiễm Ni ảnh hưởng đến hàm lượng Ni trong cây. Trong
mơi trường khơng khí bị ơ nhiễm Ni thì ngọn cây tập trung nhiều Ni nhất. Do đó, có
thể rửa trơi khỏi mặt lá dễ dàng. Bùn thải cũng là nguồn ô nhiễm Ni quan trọng đối
với cây. Vì Ni dễ di động trong cây nên quả và hạt có hàm lượng Ni cao.
1.2. Tổng quan chung về công nghệ nano, sắt nano, nano lưỡng kim
1.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano
1.2.1.1. Khái niệm công nghệ nano và vật liệu nano
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích,
chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình
dáng, kích thước trên quy mô nanomét (nm, 1nm = 10-9 m). Ranh giới giữa công
nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung
đối tượng là vật liệu nano. Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:
• Cơ sở khoa học nano

Khoa Mơi trường

14

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

• Phương pháp quan sát và can thiệp ở qui mơ nm
• Chế tạo vật liệu nano

• Ứng dụng vật liệu nano
Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ
Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của
cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ
“công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một
nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu
trúc vi hình của mạch vi điện tử.
Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano
được điều chế bằng nhiều cách khác nhau. Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính
năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống khơng có được đó là do sự thu nhỏ kích
thước và việc tăng diện tích mặt ngồi của loại vật liệu này.
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét.
Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó
mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:
• Vật liệu nano khơng chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, khơng cịn
chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ như đám nano, hạt nano…
• Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,
điện tử được tự do trên một chiều, ví dụ như dây nano, ống nano…
• Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ như màng mỏng
• Ngồi ra cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ
có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano
khơng chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:
• Vật liệu nano kim loại
• Vật liệu nano bán dẫn
• Vật liệu nano từ tính
• Vật liệu nano sinh học

Khoa Môi trường

15

Luận văn Thạc sĩ khoa học


Nghiên cứu ứng dụng sắt nano xử lý nước ô nhiễm cadimi và niken

1.2.1.2. Ứng dụng của công nghệ nano
Công nghệ nano thuộc vào lĩnh vực khoa học và công nghệ ở quy mô nano
của các nguyên tử và phân tử. Những tính chất của vật chất trong lĩnh vực này có
thể được quan sát và khảo sát ở quy mô vi mô hoặc vĩ mô và được ứng dụng để phát
triển các nguyên liệu, dụng cụ với những chức năng và tính năng mới. Nhiều lĩnh
vực của cơng nghệ nano vẫn còn trong giai đoạn phát triển ban đầu nhưng một số
ứng dụng đã được thương mại hóa một cách thành công, nhất là trong lĩnh vực của
vật liệu polyme mới. Cơng nghệ nano hiện đã và đang có nhiều ứng dụng trong đời
sống, ngành cơng nghiệp, quốc phịng, y học và môi trường cụ thể như:
- Công nghiệp: Trong ngành cơng nghiệp hiện nay, các tập đồn sản xuất
điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính
cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano đến các con chip có dung lượng lớn
với tốc độ xử lý cực nhanh; Trong ngành công nghiệp năng lượng: Nâng cao chất
lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng hiệu quả dự trữ năng lượng của pin và siêu
tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm chất dẫn truyền điện đường dài.
- Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc
đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trị là “ xe tải kéo”, tránh
được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Các hạt nano được xem như những
robot thâm nhập vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở quy mơ phân tử và tế
bào. Con người sử dụng phân tử nano để chuẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu
diệt các tế bào ung thư. Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu bức xúc
nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ

gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lan rộng
hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer), rõ
ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này. Đối với việc sửa sang
sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật thẩm mỹ,nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có
chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da. Đây là một thị trường có sức
hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano.
- Trong môi trường: sử dụng công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề
mang tính tồn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Kích
thước vơ cùng nhỏ của Fe0 nano giúp cho việc thúc đẩy q trình phân bố tại những

Khoa Mơi trường

16

Luận văn Thạc sĩ khoa học