Nghiên cứu điều chế vật liệu nano lưỡng kim fecu và ứng dụng để xử lý dicromat trong nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
---------------------------

LÊ THỊ HIỀN GIANG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU
NANO LƯỠNG KIM Fe/Cu
VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ DICROMAT TRONG NƯỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng, năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
---------------------------

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU
NANO LƯỠNG KIM Fe/Cu
VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ DICROMAT TRONG NƯỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC
Sinh viên thực hiện:

LÊ THỊ HIỀN GIANG

Chuyên ngành:

Hóa Phân tích – Mơi trường

Lớp:

13CHP

Giảng viên hướng dẫn:

TS. BÙI XN VỮNG

Đà Nẵng, năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐHSP
KHOA HĨA

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-------------------------

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHỆP
1.

Họ và tên:

LÊ THỊ HIỀN GIANG

2.

Lớp:

13CHP

3.

Tên đề tài:

“Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và ứng

dụng để xử lý dicromat trong nước”
4.

Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

4.1 Hóa chất
Các hóa chất được sử dụng có xuất xứ từ Trung Quốc với độ tinh khiết phân tích
PA:
-

Tinh thể K2Cr2O7

-

Hồ tinh bột

-

Tinh thể FeSO4.7H2O

-

Cồn tuyệt đối

-

Tinh thể CuSO4.5H2O

-

HCl 36%

-

NaBH4 rắn.

-

NaOH rắn.

4.2 Dụng cụ, thiết bị
-

Tủ sấy

-

Máy khuấy từ

-

Máy ly tâm

-

Cân phân tích Advanturer (Độ chính xác đến ±0.001g)

-

Máy đo pH SensION+ PH31, HACH

-

Máy chụp nhiễu xạ tia X (XRD)

-

Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Lambda – 25

-

Các dụng cụ thủy tinh (cốc thủy tinh, bình tam giác, bình định mức, pipet…)

5.

Nội dung nghiên cứu

-

Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và các đặc trưng của sản phẩm

điều chế.


-

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý dicromat Cr2O72- của Nano

lưỡng kim Fe/Cu: pH, nồng độ dicromat, thời gian khuấy (thời gian phản ứng), lượng
vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu dùng để xử lý.
-

Xử lý số liệu, tính tốn và nhận xét.

6.

Giảng viên hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Vững

7.

Ngày giao đề tài: Ngày 1 tháng 9 năm 2016

8.

Ngày hoàn thành: Ngày 3 tháng 4 năm 2017
Chủ nhiệm khoa

Giảng viên hướng dẫn

(Kí và ghi rõ họ tên)

(Kí và ghi rõ họ tên)

PGS.TS Lê Tự Hải

TS. Bùi Xuân Vững

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày

tháng năm 2017.

Kết quả điểm đánh giá:
Ngày

tháng năm 2017

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Kí và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Được sự đồng ý của khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng
và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn TS. Bùi Xuân Vững, em đã thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và ứng dụng để xử lý
dicromat trong nước”.
Để hồn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng
dạy, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường.

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Bùi Xuân Vững, người đã trực
tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài, chỉ bảo những kinh
nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt đề tài.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cơ phụ trách phịng thí nghiệm đã tạo
điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian vừa qua.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ em
rất nhiều trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Mặc dù đã cố gắng hết sức tìm tịi và nghiên cứu để hoàn thành đề tài một cách
tốt nhất, tuy nhiên do bản thân vẫn còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không
thể tránh khỏi những thiếu sót mà bản thân chưa thấy được. Em rất mong được sự góp
ý của thầy cơ và các bạn để đề tài có thể hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày tháng 4 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hiền Giang


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiêm cứu ................................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 2
3.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 2
3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3
4.1.

Nghiên cứu lý thuyết .......................................................................................... 3

4.2.

Nghiên cứu thực nghiệm .................................................................................... 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................................. 3
5.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................... 3
5.2. Ý nghĩa thực tiễn.................................................................................................... 4
6. Cấu trúc luận văn ....................................................................................................... 4
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 5
1.1.

Tài ngun nước và tình trạng ơ nhiễm nguồn nước ............................................. 5

1.1.1.

Tài nguyên nước trên thế giới ......................................................................... 5

1.1.2.

Tài nguyên nước ở Việt Nam .......................................................................... 6

1.1.3.

Sự ô nhiễm nguồn nước .................................................................................. 6

1.2.

1.1.3.1.

Khái niệm ô nhiễm nguồn nước ............................................................... 6

1.1.3.2.

Nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước .................................................... 7

1.1.3.3.

Tác hại của sự ô nhiễm nguồn nước ......................................................... 7

Tổng quan về crom ................................................................................................ 8

1.2.1.

1.2.1.1.

Tính chất vật lý ......................................................................................... 8

1.2.1.2.

Tính chất hóa học ..................................................................................... 9

1.2.1.3.

Các hợp chất quan trọng của Crom ........................................................ 10

1.2.1.4.

Các dạng tồn tại của Crom trong tự nhiên.............................................. 12

1.2.2.

1.3.

Tính chất và dạng tồn tại ................................................................................. 8

Tác hại của crom ........................................................................................... 12

Khái quát về vật liệu nano ................................................................................... 15

1.3.1.

Công nghệ nano ............................................................................................. 15


1.3.2.

1.3.2.1.

Khái niệm ............................................................................................... 15

1.3.2.2.

Phân loại vật liệu nano ........................................................................... 15

1.3.2.3.

Cơ sở khoa học của công nghệ nano ...................................................... 16

1.3.2.4.

Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano............................................. 17

1.3.2.5.

Một số ứng dụng của vật liệu nano ........................................................ 19

1.3.3.

1.4.

Vật liệu nano ................................................................................................. 15

Khái quát về vật liệu nano lưỡng kim ........................................................... 20

1.3.3.1.

Tính chất của hạt nano lưỡng kim .......................................................... 20

1.3.3.2.

Cơ chế khử Cr2O72- của nano lưỡng kim Fe/Cu ..................................... 21

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)..................................................................... 22

1.4.1.

Khái niệm ...................................................................................................... 22

1.4.2.

Nguyên lý của nhiễu xạ tia X ........................................................................ 22

1.4.3.

Các kỹ thuật nhiễu xạ tia X ........................................................................... 23

Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 24
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .................................................................................. 24
2.1.1. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................................... 24
2.1.2. Hóa chất ............................................................................................................ 24
2.2. Chuẩn bị dung dịch ................................................................................................. 24
2.2.1. Dung dịch chuẩn Dicromat Cr2O72- 1000 ppm ................................................. 24
2.2.2. Dung dịch chuẩn Dicromat Cr2O72- 100 ppm ................................................... 25
2.2.3. Dung dịch HCl 0.1M ........................................................................................ 25
2.2.4. Dung dịch NaOH 0.1 M.................................................................................... 25
2.2.5. Dung dịch hồ tinh bột 1% - Starch Soluble (C6H10O5)n ................................... 25
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 25
2.3.1. Quy trình điều chế vật liệu Nano Fe/Cu ........................................................... 25
2.3.1.1. Điều chế Nano sắt Fe0 ................................................................................ 26
2.3.1.2. Điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu ................................................................ 27
2.3.1.3. Kiểm tra ...................................................................................................... 27
2.3.2. Khảo sát quá trình xử lý Dicromat bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu .................... 28
2.3.2.1. Xác định bước sóng tối ưu và lập đường chuẩn ......................................... 28
2.3.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý ................................... 28


2.3.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch Dicromat đến
quá trình xử lý ......................................................................................................... 28
2.3.2.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng (thời gian khuấy) đến quá
trình xử lý ................................................................................................................ 29
2.3.2.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của lượng vật liệu Nano Fe/Cu được sử dụng đến

quá trình xử lý ......................................................................................................... 29
2.3.3. Tính tốn ........................................................................................................... 30
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 31
3.1. Kết quả điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu ................................................... 31
3.1.1. Kết quả đo XRD của nano lưỡng kim Fe/Cu ................................................... 31
3.1.2. Xác định kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu............................................... 32
3.2. Kết quả khảo sát xử lý Dicromat bằng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu.................. 33
3.2.1 Xây dựng đường chuẩn của Dicromat ............................................................... 33
3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý Dicromat bằng vật liệu
nano lưỡng kim Fe/Cu ................................................................................................ 34
3.2.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ Dicromat ban đầu đến hiệu suất xử
lý ................................................................................................................................. 36
3.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình xử lý Dicromat
bằng vật liệu nao lưỡng kim Fe/Cu ............................................................................ 37
3.2.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến quá
trình xử lý Dicromat ................................................................................................... 38
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 42
1. Kết luận ................................................................................................................... 42
2. Kiến nghị ................................................................................................................. 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 43


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Crom........................................... 9
Bảng 3.1. Các thông số xác định kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu ............ 33
Bảng 3.2. Mật độ quang của dãy dung dịch chuẩn Dicromat .............................. 33
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH ............................................... 34
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ Dicromat ban đầu ......... 36
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian khuấy ........................... 37
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của lượng vật liệu nano được sử dụng

.............................................................................................................................. 39
Bảng 3.7. Kết quả xử lý Cr2O72- bằng nano Fe/Cu ở điều kiện tối ưu ................. 41


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sự phân bố nước ngọt trên Trái đất .................................................... 5
Hình 1.2. Nguồn nước bị ơ nhiễm ...................................................................... 6
Hình 1.3. Cấu trúc mạng tinh thể của Crom ....................................................... 8
Hình 1.4. Viêm da do tiếp xúc với Cr2O72- ....................................................... 14
Hình 1.5. Ứng dụng của sắt nano trong xử lý mơi trường ............................... 19
Hình 1.6. Ngun lý phương pháp nhiễu xạ bột .............................................. 23
Hình 2.1. Quy trình điều chế Sắt nano ............................................................. 26
Hình 2.2. Quy trình điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu từ Sắt nano .................... 27
Hình 3.1. Vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu ....................................................... 31
Hình 3.2. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu .................... 31
Hình 3.3. Ảnh nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim Fe/Cu được chế tạo bởi .... 32
Hình 3.4. Dãy dung dịch chuẩn dicromat Cr2O72- ............................................ 33
Hình 3.5. Phương trình đường chuẩn Dicromat ............................................... 34
Hình 3.6. Sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý Dicromat bằng Nano Fe/Cu
.......................................................................................................................... 35
Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Dicromat ban đầu đến hiệu suất
quá trình xử lý ................................................................................................... 36
Hình 3.8. Sự ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất quá trình xử lý
Dicromat ........................................................................................................... 38
Hình 3.9. Ảnh hưởng của lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến hiệu suất
quá trình xử lý ................................................................................................... 39
Hình 3.10. Dung dịch Cr2O72- trước xử lý (10ppm) và sau khi xử lý .............. 40


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT

Từ viết tắt

Nội dung

1

BTNMT

2

QCVN

3

SEM

4

TEM

5

UV

Ultra Violet (Tia tử ngoại/Tia cực tím)

6

VIS

Visibility Spectrum (Ánh sáng khả kiến/Phổ khả kiến)

7

XRD

X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

Bộ Tài nguyên Môi trường
Quy chuẩn Việt Nam
Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)
Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử
truyền qua)


MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Nước là nguồn tài nguyên vơ cùng quan trọng, chiếm giữ một vai trị quan trọng

trong quá trình hình thành và phát triển sinh quyển, là thành phần không thể thiếu đối
với sự sống trên trái đất. Chúng ta ai cũng nghĩ rằng, nguồn nước là vô tận không bao
giờ cạn kiệt. Tuy nhiên, nếu như chỉ biết sử dụng mà không chú trọng bảo vệ nguồn nước
thì lượng nước sạch mà con người có thể sử dụng được sẽ còn được bao nhiêu.
Trên thực tế, ngày nay, lượng nước sạch mà con người có thể sử dụng cho sinh
hoạt, ăn uống và cả trong sản xuất đang giảm dần. Do định hướng công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước, nền cơng nghiệp ngày càng phát triển và kèm theo đó là sự gia tăng

của lượng nước thải đổ vào sơng ngịi, ao, suối,… Số lượng các khu công nghiệp được
xây dựng gia tăng lên thì lượng nước thải cũng tăng mạnh với thành phần phức tạp hơn.
Trong nước thải có chứa một loạt các chất ô nhiễm ở dạng vô cơ, hữu cơ, vi sinh,…
Các kim loại nặng như Cr (VI), Cr (III), Mn (II), Hg (II), Pb (II)…là những thành phần
có hại cho cơ thể con người, động thực vật và môi trường. Trong đó, Cr (VI) là một thành
phần rất độc hại trong nước thải, có mặt trong nước thải của nhiều ngành công nghiệp
như luyện kim, xi mạ, thuốc nhuộm, thuộc da, cơng nghiệp hóa chất,… Cr (VI) có độc
tính rất mạnh và tác động xấu đến các bộ phận cơ thể như gan, thận, cơ quan hô hấp.
Nhiễm độc cấp tính có thể gây xuất huyết, viêm da, u nhọt. Crom được xếp vào chất độc
nhóm 1 (có khả năng gây ung thư cho người và vật nuôi). Tiêu chuẩn nước uống quy
định hàm lượng crôm nhỏ hơn 0.05 mg/l. Cr (VI) tồn tại trong thành phần của một số
hợp chất chủ yếu dưới dạng CrO42- (cromat), hoặc Cr2O72- (dicromat) tùy theo pH của
nước.
Việc xử lý Cr (VI) trong nước thải để có thể tái sử dụng nước vào các mục đích
khác và ngăn chặn sự nhiễm crom vào các nguồn nước khác là hết sức cần thiết.
Được nghiên cứu lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1959 bởi nhà vật lý học người
Mỹ Richard Feynman, song chỉ bắt đầu thu được thành quả trong vòng 2 thập kỷ trở lại
đây, công nghệ Nano đã tạo ra một cuộc cách mạng đối với khoa học nhân loại. Công
1


nghệ Nano (Nanotechnology) đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như trong y học, làm
pin mặt trời, chế tạo vật liệu mới,…
Ngồi ra cơng nghệ Nano cịn được ứng dụng trong lĩnh vực làm sạch môi trường.
Đặc biệt, công nghệ này cũng được đánh giá là sạch (ít gây ô nhiễm) và hiệu quả hơn
trong các công nghệ hiện tại. Vật liệu nano có kích thước hạt bé, diện tích bề mặt rất lớn
nên khả năng xử lý cao. Ta đã biết sắt là kim loại có tính khử khá mạnh, đồng lại có tính
khử nhỏ hơn sắt nên khi dùng đồng để bọc một phần bên ngoài hạt nano sắt thì khả năng
khử của sắt sẽ tăng lên (theo cơ chế ăn mịn điện hóa), tăng khả năng làm sạch môi
trường.

Từ những lý do trên, tôi tiến hành xây dựng luận văn với đề tài: “Nghiên cứu điều
chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và sử dụng để xử lý dicromat trong nước”.
2.

Mục đích nghiêm cứu
- Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và đặc trưng của sản phẩm

điều chế.
- Nghiên cứu một số điều kiện tối ưu để quá trình xử lý Dicromat bằng Nano Fe/Cu
đạt hiệu quả cao nhất.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Điều chế Nano lưỡng kim Fe/Cu.
- Tiến hành xử lý trên mẫu giả chứa Dicromat.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phương pháp và quy trình điều chế Nano lưỡng kim Fe/Cu từ muối FeSO4.7H2O
và CuSO4.5H2O.
- Sử dụng Nano Fe/Cu để xử lý Dicromat trong mẫu giả tại phịng thí nghiệm.

2


- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Dicromat với các thơng số
như pH, thời gian phản ứng (thời gian khuấy), lượng Nano sử dụng, nồng độ Dicromat
ban đầu.
4.

Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết
-

Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.

-

Nghiên cứu tính chất và tác hại của dicromat và nước thải có chứa dicromat.

-

Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp.

-

Các phương pháp khử hóa nâng cao xử lý dicromat.

-

Trao đổi, thảo luận với giáo viên hướng dẫn.

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm
-

Điều chế Nano lưỡng kim Fe/Cu từ 2 muối FeSO4.7H2O và CuSO4.5H2O.

-

Phân tích một số đặc trưng của sản phẩm Nano:
Xác định thành phần định tính của sản phẩm Nano bằng phương pháp đo nhiễu xạ

tia X (XRD), từ đó tính được kích thước hạt trung bình.
-

Sử dụng phương pháp đo quang phổ UV-Vis để khảo sát khả năng xử lý Dicromat

bằng Nano Fe/Cu đã điều chế được. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của q
trình xử lý với các thơng số như ảnh hưởng của thời gian phản ứng, ảnh hưởng của pH,
ảnh hưởng hàm lượng vật liệu, ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của Dicromat.
-

Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý kết quả thu được, tính được hiệu

suất xử lý cực đại.
5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1. Ý nghĩa khoa học
-

Nghiên cứu quy trình điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu.
3


-

Nghiên cứu khả năng xử lý dicromat (Cr2O72-) của vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu

đã điều chế được.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
-

Tạo ra nguồn vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu phục vụ cho công tác làm sạch môi

trường.
-

Nghiên cứu này nhằm đưa đến một phương án xử lý nước thải: đơn giản, rẻ tiền,

hiệu quả cao.
6.

Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn gồm 3 chương như

sau:
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận

4


Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tài nguyên nước và tình trạng ơ nhiễm nguồn nước
1.1.1. Tài ngun nước trên thế giới
Tài nguyên nước là các nguồn nước mà con người sử dụng hoặc có thể sử dụng vào

những mục đích khác nhau. Nước được dùng trong các hoạt động nơng nghiệp, cơng
nghiệp, dân dụng, giải trí và mơi trường. Hầu hết các hết các hoạt động trên đều cần
nước ngọt.
Nước bao phủ 71% diện tích của Trái Đất, trong đó có 97% là nước mặn, cịn lại
3% là nước ngọt. Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì khoảng hơn 3/4 lượng
nước mà con người khơng sử dụng được, phần lớn là ở các sông băng, băng tuyết trên
lục địa (69%) và nước ngầm (30%), trong khi tất cả các hồ, sơng ngịi và đầm lầy kết
hợp chỉ chiếm một phần nhỏ (0.3%) tổng lượng nước ngọt của Trái Đất [24].

Hình 1.1. Sự phân bố nước ngọt trên Trái đất
Trung bình mỗi ngày trên Trái Đất có khoảng 2 triệu tấn chất thải sinh hoạt đổ ra
sông hồ và biển cả, 70% lượng chất thải công nghiệp không qua xử lý trực tiếp bị đổ vào
nguồn nước của các quốc gia đang phát triển. Đây là thống kê của Viện Nước quốc tế
(SIWI) được công bố tại Tuần lễ Nước khai mạc tại Stockholm, thủ đô Thụy Điển ngày
5/9/2014.
Tổ chức Lương Nông LHQ (FAO) cảnh báo trong 15 năm tới sẽ có gần 2 tỷ người
phải sống tại các khu vực khan hiếm nguồn nước và 2/3 dân cư trên hành tinh có thể bị
thiếu nước [23].
5


1.1.2. Tài nguyên nước ở Việt Nam
Việt Nam là quốc gia nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới gió mùa nên có tài
nguyên nước dồi dào so với các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình khoảng 2000
mm/năm, gấp 2.6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên thế giới.
Thêm vào đó, hàng năm lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lưu lượng nước từ nam
Trung Quốc và Lào với số lượng khoảng 550.109 m3. Dòng chảy trung bình Việt Nam
gấp ba lần dịng chảy trung bình trên thế giới.
Nguồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú nhưng phân bố không
đều và dao động phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nước ngầm. Từ lâu các mạch

nước ngầm đã được khai thác bằng các phương pháp thô sơ và hiện đại để sử dụng cho
các mục đích khác nhau, nhưng khơng được sự kiểm soát chặt chẽ của nhà nước.
Giống như một số nước trên thế giới, Việt Nam cũng đang đứng trước thách thức
hết sức lớn về nạn ô nhiễm môi trường nước, đặc biệt là các khu công nghiệp và đô thị.
Hầu hết các chất thải từ nhà máy thải ra đều chưa được xử lý một cách triệt để thậm chí
thải trực tiếp ra các sơng ngịi, cống thải vào môi trường. Xung quanh khu vực của nhiều
nhà máy, đất và nước đã bị ơ nhiễm bởi hóa chất độc hại do các nhà máy đó thải ra.

Hình 1.2. Nguồn nước bị ô nhiễm
1.1.3. Sự ô nhiễm nguồn nước
1.1.3.1.

Khái niệm ơ nhiễm nguồn nước

Ơ nhiễm nước là sự thay đổi thành phần, tính chất của mơi trường nước, vi phạm
tiêu chuẩn mơi trường và có hại cho hoạt động sống của sinh vật, con người [28].
6


Ơ nhiễm mơi trường đất, nước, khơng khí có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, khi
một thành phần môi trường bị ơ nhiễm thì các thành phần khác cũng sẽ bị ảnh hưởng.
1.1.3.2.

Nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước

Sự ô nhiễm nguồn nước có hai nguyên nhân: do tự nhiên và do con người. Nguyên
nhân tự nhiên bao gồm các thiên tai, xác động thực vật, các sinh vật, vi sinh vật có hại…
Ơ nhiễm nguồn nước do con người là quá trình phát thải các chất độc hại dưới dạng
chất lỏng, chất rắn vào môi trường nước. Nguyên nhân này chủ yếu là tình trạng ơ nhiễm
từ q trình sản xuất cơng – nơng nghiệp mà chưa có quy trình xử lý khoa học, hiệu quả.

Sự ơ nhiễm kim loại nặng:
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 như Hg, Cd,
Pb, As, Cr, Zn, Mn,.... Một số kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, chúng được
xem là nguyên tố vi lượng. Một số không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh
vật có thể khơng gây độc hại gì. Kim loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh
vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép [28].
1.1.3.3.

Tác hại của sự ơ nhiễm nguồn nước

Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nguồn nước là tỉ lệ người mắc các bệnh cấp
tính như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư,… ngày càng nhiều. Người dân sinh sống
xung quanh khu vực ô nhiễm ngày càng mắc nhiều bệnh do sử dụng nước bẩn trong sinh
hoạt. Ngồi ra ơ nhiễm nguồn nước còn gây tổn hại cho các ngành sản xuất, kinh doanh,
các hộ nuôi trồng thủy hải sản.
Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người và các động vật
khác. Các nghiên cứu khoa học đã cho thấy, khi sử dụng nước nhiễm asen để ăn uống,
con ngườic ó thể mắc bệnh ung thư trong đó thường gặp là ung thư da. Ngồi ra asen
cịn gây nhiễm độc hệ thống tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có nồng độ asen 0.1
mg/l. Người nhiễm chì lâu ngày có thể mắc bệnh thận, thần kinh. Với người Cr (VI) gây
loét dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi. Các chất hữu cơ tổng hợp bao
gồm các chất nhiên liệu, chất màu, thuốc trừ sâu, thuốc kích thích tăng trưởng, các phụ
7


gia trong dược phẩm thực phẩm thường độc và có độ bền sinh học khá cao, đặc biệt là
các hiđrocacbon thơm gây ô nhiễm môi trường mạnh, gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe
con người [25], [28].
1.2. Tổng quan về crom
1.2.1. Tính chất và dạng tồn tại

1.2.1.1.

Tính chất vật lý

Crom là một ngun tố hóa học trong bảng tuần hồn có ký hiệu Cr và số hiệu
nguyên tử bằng 24, khối lượng nguyên tử là 51.9961(6) đvC, là nguyên tố đầu tiên của
nhóm VI, thuộc chu kỳ 4 [27].
Crom nguồn gốc tự nhiên là sự hợp thành của 3 đồng vị ổn định: Cr52, Cr53 và Cr54
với Cr52 là phổ biến nhất (83,789%). Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong vỏ Trái
Đất với nồng độ trung bình là 100 ppm, trong đất sự có mặt của crom dao động từ 13000 mg/kg, trong nước biển crom có khoảng 5-800 ppb và trong nước sơng hồ có
khoảng 26 ppb – 5.2 ppm. Crom được tìm thấy trước tiên ở dạng quặng crom sắt
(FeO.Cr2O3). Nó được sử dụng trong luyện kim, mạ điện hoặc trong các chất nhuộm màu
và thuộc da…[27].
Crom là một kim loại rất cứng, giịn, mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao và
nhiệt độ nóng chảy cao, là chất không mùi, không vị và dễ rèn [27].
Crom có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối.

Hình 1.3. Cấu trúc mạng tinh thể của Crom

8


Bảng1.1. Một số hằng số vật lý quan trọng của Crom
Khối lượng

Nhiệt độ

Nhiệt độ sơi

Độ dẫn điện

riêng

nóng chảy

(0C)

(W/m.K)

(g/cm3)

(0C)

Độ âm điện

Năng
lượng ion
hóa thứ
nhất
(kJ/mol)

7.19
1.2.1.2.

1907

2671

93.9

1.66

652.9

Tính chất hóa học

Các trạng thái oxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất.
Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái oxi hóa
+6 là những chất có tính oxi hóa mạnh [27].
Ở nhiệt độ thường trong khơng khí, crom được oxi thụ động hóa tạo ra lớp màng
mỏng crom (III) oxit có cấu tạo mịn, đặc chắc và bền vững bảo vệ, ngăn chặn q trình
oxi hóa tiếp theo [26]. Và cũng do lớp oxit này, crom không tác dụng được với nước
mặc dù crom có thế điện cực chuẩn nhỏ (
cực hidro ở pH 7 (

/

/

= −0.74 ), âm hơn so với thế điện

= −0.41 ).

Khi đốt cháy trong khơng khí tạo thành Cr2O3
4Cr + 3O2 = 2Cr2O3 ΔH = -1141 kJ/mol
Ở nhiệt độ cao, crom phản ứng với các halogen
2Cr + 3X2 = 2CrX3
Trong dung dịch axit HCl, H2SO4 lỗng nóng, màng oxit bị phá hủy, crom khử ion
H+ tạo muối Cr (II) và giải phóng ra H2:
Cr + 2H+ = Cr2+ + H2

Tuy nhiên crom không tác dụng với axit HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội mà bị
thụ động bởi các axit này vì có lớp oxit bảo vệ.

9


Tác dụng với muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành muối
Cr (II):
Cr + Cu2+ = Cr2+ + Cu
1.2.1.3.

Các hợp chất quan trọng của Crom [3]

Hợp chất Cr (III)
Trong mơi trường nước, Cr (III) có thể ở dạng Cr3+, Cr(OH)2+ và Cr(OH)4─. Ngoài
ra, trong giai đoạn kết tủa Cr(OH)3 chiếm ưu thế ở pH từ 6 đến 12. Trong điều kiện axit
và kiềm nhẹ, có Fe (II), Cr (III) có thể kết tủa như một hỗn hợp hydroxit vơ định hình
Crx Fe1─x(OH)3.
Cr(OH)3 vơ định hình có thể kết tinh như Cr(OH)3.3H2O hay Cr2O3 trong các điều
kiện khác nhau. Trong môi trường khử và trong trường hợp khơng có Fe, Cr (III) kết tủa
dễ dàng tạo thành Cr(OH)3. Trong môi trường pH tương đối thấp, dung dịch chứa Cr
(III) chủ yếu ở dạng Cr3+, Cr(OH)2+, Cr(OH)3 và Cr(OH)4─ .
Dạng Cr3+ phổ biến ở pH<4, khi pH tăng Cr3+ bị thuỷ phân thành Cr(OH)2+ (thường
trong nước ngầm tại pH từ 6-8, nhưng cũng có tại một số vùng nước có tính axit),
Cr(OH)30 và Cr(OH)4─(chủ yếu trong nước ngầm có tính kiềm). Những dạng kết hợp
như Cr2(OH)24+, Cr3(OH)45+ và Cr4(OH)66+ khơng có vai trị trong tự nhiên.
Trong nước ngầm ở pH >4, nồng độ Cr (III) bị hạn chế và làm giảm khả năng hồ
tan. Cr (III) có độ tan thấp khi ở thể rắn như Cr2O3 và Cr(OH)3.
Sự hấp phụ Cr (III) bởi axit humic làm cho nó khơng bị hịa tan, cố định và khơng
phản ứng, quá trình này hiệu quả nhất trong phạm vi pH từ 2.7 đến 4.5. Ngược lại, axit

fulvic và axit citric tạo với Cr (III) thành hợp chất phức hoà tan, kiểm sốt q trình oxi
hóa của nó đến Cr (VI) trong đất.
Cr (III) dễ tạo phức với một số phối tử như: hydroxyl, sulfat, amoni, xyanua và
sunfocyanua, florua, clorua (ở mức thấp hơn) và các phối tử hữu cơ tự nhiên và tổng
hợp. Đó là lý do tại sao Cr (III) thường chiếm tỷ lệ % nhỏ trong tổng nồng độ Cr trong
tự nhiên hoặc nước bị ô nhiễm.
10


Hợp chất Cr (VI)
Cr (VI) tồn tại trong thành phần của một số hợp chất. Cr (VI) có mặt trong dung
dịch ở các dạng H2CrO40, HCrO4-(bicromat), CrO42- (cromat), CrO3 (Cr (VI) oxit) hoặc
Cr2O72-(dicromat).
Trong điều kiện oxy hoá dung dịch Cr, Cr (VI) ở dạng anion HCrO4─ hoặc CrO42─,
phụ thuộc vào pH (CrO42─ ở pH cao hơn). Trong điều kiện pH bình thường của nước (từ
6 - 8) dạng ion CrO42─, HCrO4─ hoặc Cr2O72─ là chủ yếu. Ở nồng độ tương đối cao của
Cr (VI), ion Cr2O72─ chiếm ưu thế ở môi trường axit.
Hàm lượng tương đối của các dạng Cr (VI) phụ thuộc vào pH và tổng nồng độ Cr
(VI) [18]:
-

Hàm lượng đáng kể của H2CrO40 chỉ có trong điều kiện pH = 1.

-

pH ≥ 6.5 CrO42─ chiếm ưu thế.

-

pH < 6.5 HCrO4─ là chủ yếu khi hàm lượng Cr (VI) tương đối thấp.

-

Hàm lượng Cr (VI) tăng thì Cr2O72─ chiếm chủ yếu.
Những dạng này tạo thành những hợp chất Cr (VI), chúng có tính hồ tan mạnh và

do đó di động trong mơi trường. Chúng có khả năng hồ tan khác nhau và có xu hướng
được hấp phụ bởi đất hoặc vật liệu tầng ngậm nước.
Khả năng hoà tan của Cr (VI) trong nước là không hạn chế. Ion cromat CrO42─ và
ion dicromat Cr2O72─ hoà tan trong nước ở tất cả các độ pH. Tuy nhiên, cromat có thể
tồn tại như một muối khơng hồ tan của một loại cation hoá trị 2 như Ba2+, Sr2+, Pb2+,
Zn2+.
Tốc độ của phản ứng kết tủa/hoà tan giữa cromat, ion dicromat và những cation
khác phụ thuộc rất nhiều vào độ pH. Các phản ứng hoà tan là một phần quan trọng trong
việc đánh giá tác động mơi trường của Cr bởi vì Cr (VI) thường đi vào mơi trường đất
bằng cách hồ tan muối cromat (Ví dụ SrCrO4).
Trong mơi trường nước tồn tại cân bằng giữa 2 dạng cromat và dicromat:
2CrO42- + 2H+⇌ 2HCrO4-⇌ Cr2O72- + H2O
11


Muối cromat có màu vàng, muối dicromat có màu da cam. Các muối này là những
chất oxi hóa mạnh, tính chất này thể hiện rất rõ trong môi trường axit:
2CrO42- + 16H+ + 6e = 2Cr3+ + 8H2O
Những muối cromat và dicromat thường gặp là: Na2CrO4, K2CrO4, PbCrO4,
NiCrO4, ZnCrO4, K2Cr2O7, Na2Cr2O7 và (NH4)2Cr2O7…
1.2.1.4.

Các dạng tồn tại của Crom trong tự nhiên

Trong tự nhiên đã phát hiện được tất cả 30 loại khống vật chứa Cr, trong đó chỉ
có vài loại trong nhóm cromspinelit là có giá trị trong cơng nghiệp. Công thức chung của
cromspinelit: (Mg, Fe)(Al, Cr)2O4 chứa 18-62% Cr2O3, trong đó có giá trị thực tiễn lớn
nhất là các dạng: magnhecromit (Fe, Mg) Cr2O3, và alumocromit (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4.
Trong số các hợp chất tự nhiên khác của Crom, đáng chú ý là: crocoit PbCr2O3;
fơnicocroit Pb3(Cr4)2O; uvarovit Ca3Cr2(SiO4); kemererit
(Mg,Fe)5(Al,Cr)(AlSi3O10)(OH)8.
1.2.2. Tác hại của crom
Với sinh vật
-

Crom đi vào chuỗi thức ăn thông qua việc tiêu thụ nguyên liệu thực vật. Khi nồng

độ Crom trong thực vật tăng, nó gây ảnh hưởng xấu đến một số chỉ số sinh học. Triệu
chứng của việc nhiễm độc Crom bao gồm: ức chế hạt nảy mầm hoặc cây giống phát triển
sớm, giảm sự phát triển của rễ cây, làm úa lá và làm suy giảm sinh khối, làm hoại tử ở
thực vật.
-

Crom cũng được cho là tác nhân làm giảm hoạt động của nội bào, gây đột biến gen,

tác động trực tiếp lên ADN. Tôm rằn Penaeus semisulcatus đực hấp thu Cr (VI) cao hơn
con cái, cao nhất ở mang, kế đến là gan tụy và ít nhất được tìm thấy trong cơ.
-

Thử nghiệm độ độc hại của Crom lên sự sống của cá chép bằng cách ngâm trứng

cá sau khi đã thụ tinh vào nước có chứa Cr (VI). Khi nồng độ Cr (VI) từ 3.9 – 9.6 mmol/l
với pH = 8, Crom không ảnh hưởng đến tỷ lệ trứng nở nhưng sau khi nồng độ Cr (VI)
đạt đến 9.6 mmol/l ở pH = 6.3 tỉ lệ các mắc bệnh khác nhau về da và tử vong tăng. Nếu

ngâm trứng vào dung dịch Cr (VI) có nồng độ 3.9 mmol/l ở pH = 6.3 thì tỷ lệ cá mắc
12


bệnh tủy sống tăng lên, mang và vây khô hơn, khả năng chịu lạnh kém hơn. Khi bị ảnh
hưởng Cr (VI), cá bị lờ đờ, không bơi lội do bị biến đổi tế bào mô của mang, thận và
gan.
-

Gần đây, người ta nhận thấy rằng chất bổ sung ăn kiêng phổ biến là phức chất của

picolinat crom sinh ra các tổn thương nhiễm sắc thể ở các tế bào của chuột đồng (phân
họ Cricetinae).
-

Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng Crom tới 0.7 µg/ml mà chủ yếu ở dạng Cr

(VI) có độc tính cao với nhiều động vật có vú.
Với con người
-

Các kết quả nghiên cứu cho thấy Crom chỉ với một liều lượng nhỏ cũng là nguyên

nhân chính gây các tác hại nghề nghiệp. Độc tính của Cr (VI) cao gấp 100 lần so với Cr
(III). Cr (III) là ngun tố vi lượng, đóng góp cho q trình trao đổi chất của đường trong
cơ thể người và sự thiếu hụt nó có thể sinh ra bệnh là thiếu hụt Crom. Ngược lại Cr (VI)
rất độc hại và gây đột biến gen khi hít phải, gây viêm da tiếp xúc dị ứng.
-

Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã phân các chất hóa học theo 4 nhóm

có khả năng gây ung thư.
Nhóm 1: Tác nhân là chất gây ung thư ở người
Nhóm 2A: Tác nhân có thể gây ung thư ở người
Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ gây ung thư ở người
Nhóm 3: Tác nhân khơng thể phân loại
Nhóm 4: Tác nhân có lẽ khơng gây ung thư ở người
IARC xếp Cr (VI) vào nhóm 1 (tác nhân là chất gây ung thư ở người) và Cr (III)
vào nhóm 3 (tác nhân khơng thể phân loại dựa trên tính gây ung thư ở người).
-

Trong nước, Crom tồn tại chủ yếu ở 2 dạng Cr (III) và Cr (VI). Nhìn chung, sự hấp

thụ của Crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó. Cr (VI) hấp
thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr (III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột phụ thuộc vào
dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thu) và cịn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr (III) chỉ
hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr (VI) lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác
định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những
13


bộ phận chứa nhiều crom nhất. Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hơ hấp,
tiêu hóa và tiếp xúc trực tiếp qua da.
+ Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản,
viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi).
Khi ở dạng CrO3 hơi hóa chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người
bị thấm nhiễm.
+ Cr (VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát
triển tế bào không nhân, gây ung thư, tuy nhiên với hàm lượng cao Crom sẽ làm kết tủa
các protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản.

+ Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr2O72-, chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét
sâu, có thể bị loét đến xương. Khi Cr2O72- xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với
protein tạo thành phản ứng kháng nguyên. Kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái
phát khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ thành tràm hóa.

Hình 1.4. Viêm da do tiếp xúc với Cr2O72-

Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì con đường nào Crom cũng được hòa tan vào

trong máu ở nồng độ 0,001 ppm, sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hòa tan nhanh
trong hồng cầu, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi,
xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu. Từ các cơ quan phủ tạng Crom
hòa tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm.
-

Nhiễm độc Crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da tiếp xúc,

xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phổi, viêm thận,
đau răng, tiêu hóa kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim, …
14