Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển ion kim loại nặng trên nhôm oxit biến tính

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

NGUYỄN NGỌC VIỆT

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ VÀ VẬN CHUYỂN ION
KIM LOẠI NẶNG TRÊN NHƠM OXIT BIẾN TÍNH BẰNG
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI- 2017


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

NGUYỄN NGỌC VIỆT

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP PHỤ VÀ VẬN CHUYỂN ION
KIM LOẠI NẶNG TRÊN NHƠM OXIT BIẾN TÍNH BẰNG
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Chun nghành : Hóa Phân Tích
Mã số: 60440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. Phạm Tiến Đức

HÀ NỘI- 2017


LỜI CẢM ƠN
Với lịng cảm ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Tiến Đức đã
giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo để tơi hồn thành luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cơ và cán bộ trong bộ mơn Hóa Phân Tích
và khoa Hóa trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ
tôi trong quá trình học tập và làm việc.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị, các bạn và các em sinh viên trong phịng
thí nghiệm Hóa phân tích đã giúp đỡ tơi trong suốt q trình hồn thành luận văn.
Tơi cũng cảm ơn gia đình và ngƣời thân đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên
tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận văn.
Nghiên cứu thực hiện trong luận văn thạc sĩ này được tài trợ bởi Đại học Quốc
gia Hà Nội trong đề tài mã số QG.16.12

Hà Nội, ngày…….tháng………năm 2017
Học viên

Nguyễn Ngọc Việt


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký hiệu viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CE

Capillary electrophoresis

Điện di mao quản

CHĐBM

Surfactant

Chất hoạt động bề mặt

F-AAS

Flame atomic absorption

Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn

spectrometry

lửa

Fourier transform - Infrared

Phổ hồng ngoại biến đổi

spectroscopy

Fourier

FT-IR

ICP- MS

Inductively coupled plasma mass Khối khổ plasma cao tần cảm
spectrometry

ứng

LOD

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of quatification

Giới hạn định lƣợng

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

SDS

Sodium dodecyl sulfate

Natri dodecyl sulphat

UV-Vis

Ultra violet – Visible

Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

WHO

World Health Organization

Tổ chức Y tế Thế giới


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Các điều kiện đo phổ F- AAS xác định Pb2+, Cd2+ ........................................36
Bảng 3.2 Kết quả xác định nồng độ SDS trên thiết bị CE-C4D ....................................44
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu ......................................45
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH tới hiêu suất xử lý Cd2+ của các loại vật
liệu .................................................................................................................................48
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu suất xử lý Pb2+ của vật
liệu M2 ...........................................................................................................................50
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ tới hiệu suất xử lý Cd2+
của vật liệu M2 ...............................................................................................................52
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của lực ion trong dung dịch tới hiệu suất xử lý
Pb2+ của vật liệu M2 .......................................................................................................54
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của lực ion trong dung dịch tới khả năng xử lý
Cd2+ của vật liệu M2. ....................................................................................................55

Bảng 3.10. Kết quả khảo sát lƣợng vật liệu M2 ảnh hƣởng tới hiệu suất xử lý và dung
lƣợng hấp phụ Pb2+ ........................................................................................................58
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát lƣợng vật liệu M2 tới khả năng hấp phụ Cd2+ .................59
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của Pb2+ tới khả năng hấp
phụ của vật liệu M1 ở nồng độ NaCl 1mM và 10mM ...................................................61
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Pb2+ tới khả năng hấp phụ của vật
liệu M2 ở nồng độ NaCl 1mM và 10mM.......................................................................62
Bảng 3.14. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cd2+ tới khả năng hấp phụ của vật
liệu M2 ở nồng độ NaCl 1mM và 10mM.......................................................................65
Bảng 3.15. Hiệu suất giải hấp Pb2+ theo phân đoạn ......................................................69
Bảng 3.16. Hiệu suất giải hấp Cd2+ theo phân đoạn ......................................................70
Bảng 3.17. Kết quả khảo sát hiệu suất giải hấp hỗn hợp Pb2+, Cd2+ của vật liệu M2 ...72
Bảng 3.18 Kết quả xác định mẫu thực sau khi làm giàu bằng cột ................................ 78
Bảng 3.19 So sánh hai phƣơng pháp xác định mẫu thực ..............................................78


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Phƣơng pháp cực phổ (a) và Von- Ampe hịa tan (b) ......................................9
Hình 1.2 Cấu trúc spinel [25] ........................................................................................23
Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo của SDS ............................................................................25
Hình 2.1 Thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử (AA-6800, Shimadzu, Nhật Bản).....31
Hình 2.3 Hấp phụ chất hoạt động bề mặt SDS trên γ- Al2O3 ........................................35
Hình 3.1 Đƣờng chuẩn xác định Pb bằng phƣơng pháp F-AAS ...................................37
Hình 3.2 Đƣờng chuẩn xác định Cd bằng phƣơng pháp F-AAS ..................................38
Hình 3.3 Phổ IR của vật liệu γ- Al2O3 sau khi đƣợc xử lý bằng nhiệt ..........................40
Hình 3.4 Phổ IR của vật liệu γ- Al2O3 sau khi đƣợc biến tính bằng SDS .....................41
Hình 3.5 Phổ IR của vật liệu M2 sau khi hấp phụ Pb ....................................................41
Hình 3.6 Phổ IR của vật liệu M2 sau khi hấp phụ Cd....................................................42
Hình 3.7 Điện di đồ của dung dịch SDS trƣớc khi biến tính.........................................43
Hình 3.8 Điện di đồ của dung dịch SDS sau khi biến tính ............................................43

Hình 3.9 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Pb2+ của các vật liệu ..............................46
Hình 3.10 Ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất xử lý Pb2+ .................................................47
Hình 3.11 Ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất xử lý Cd2+ .................................................49
Hình 3.12 Ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu suất xử lý Pb2+ của vật liệu M2 ...............51
Hình 3.13 Ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu suất xử lý Cd2+ của vật liệu M2 ..............52
Hình 3.14 Ảnh hƣởng của lực ion tới hiệu suất xử lý Pb2+ của vật liệu M2 ..................54
Hình 3.15 Ảnh hƣởng của lực ion tới hiệu suất xử lý Cd2+ của vật liệu M2. ................56
Hình 3.16 Ảnh hƣởng của lƣợng vật liệu M2 tới hiệu suất xử lý và dung lƣợng hấp
phụ Pb2+ .........................................................................................................................58
Hình 3.17 Ảnh hƣởng của lƣợng vật liệu M2 tới hiệu suất xử lý và dung lƣợng hấp
phụ Cd2+ .........................................................................................................................60
Hình 3.18. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của Pb2+ trên vật liệu M1 và M2 ở nền muối
NaCl 10mM theo mơ hình hai bƣớc hấp phụ ................................................................ 64
Hình 3.19 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của Pb2+ trên vật liệu M2 ở nền muối NaCl 1mM
và 10mM theo mơ hình hai bƣớc hấp phụ .....................................................................64
Hình 3.20 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của Cd2+ trên vật liệu M1 và M2 ở nền muối NaCl
1mM theo mơ hình hai bƣớc hấp phụ............................................................................66


Hình 3.21 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của Cd2+ trên vật liệu M2 ở nền muối NaCl 1mM
và 10mM theo mơ hình hai bƣớc hấp phụ .....................................................................67
Hình 3.22 Đƣờng cong vận chuyển ion Pb2+ riêng rẽ và trong hỗn hợp .......................74
Hình 3.23 Đƣờng cong vận chuyển ion Cd2+ riêng rẽ và trong hỗn hợp ......................74
Hình 3.24 Khảo sát khả năng giải hấp động trên cột của Pb2+ ......................................75
Hình 3.25 Khảo sát khả năng giải hấp động trên cột của Cd2+ ....................................76
Hình 3.26 Vị trí lấy mẫu hồ Hồn Kiếm .......................................................................77


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƢƠNG I ........................................................................................................... 4
TỔNG QUAN ....................................................................................................... 4
1.1 Ơ nhiễm mơi trƣờng nƣớc .....................................................................................4
1.1.1 Khái niệm ơ nhiễm môi trƣờng nƣớc .............................................................4
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam.............................................4
1.2 Sơ lƣợc về một số kim loại nặng ...........................................................................5
1.2.1 Chì (Pb) ..........................................................................................................5
1.2.2 Cadimi (Cd) ...................................................................................................6
1.3 Các phƣơng pháp phân tích cơng cụ để xác định kim loại nặng...........................8
1.3.1 Các phƣơng pháp phân tích điện hóa .............................................................8
1.3.2 Các phƣơng pháp phân tích quang phổ........................................................11
1.4 Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng ................................................................ 15
1.4.1 Phƣơng pháp kết tủa hóa học .......................................................................15
1.4.2 Phƣơng pháp hấp phụ ..................................................................................16
1.4.3 Phƣơng pháp trao đổi ion .............................................................................16
1.4.4 Phƣơng pháp điện hóa..................................................................................17
1.4.5 Phƣơng pháp sinh học ..................................................................................17
1.5 Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ ....................................................................17
1.5.1 Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ ................................................................ 17
1.5.2 Các phƣơng trình đằng nhiệt hấp phụ ..........................................................19
1.6 Giới thiệu về vật liệu γ- Al2O3 ............................................................................22
1.6.1 Giới thiệu về γ- Al2O3 ..................................................................................22


1.6.2 Cấu trúc của γ- Al2O3 ...................................................................................23
1.6.3 Ứng dụng làm chất hấp phụ của γ- Al2O3 ....................................................24
1.7 Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt ...................................................................24
1.8 Phƣơng pháp chiết pha rắn ..................................................................................26
1.8.1 Các cơ chế chiết pha rắn ..............................................................................26

NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 28
2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ........................................................................28
2.2 Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................28
2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm ...........................................................29
2.3.1. Hóa chất ......................................................................................................29
2.3.2. Dụng cụ thí nghiệm.....................................................................................29
2.3.3 Chuẩn bị và pha chế hóa chất ......................................................................29
2.3.4 Thiết bị .........................................................................................................30
2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................31
2.4.1 Giới thiệu phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS .................................31
2.4.2 Phƣơng pháp điện di mao quản CE- C4D ...................................................33
2.5 Biến tính vật liệu γ- Al2O3 bằng chất hoạt động bề mặt SDS .............................33
2.5.1 Biến tính vật liệu bằng SDS .........................................................................34

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 36
3.1 Xác định chì và cadimi bằng phƣơng pháp F- AAS ...........................................36
3.1.1 Xây dựng đƣờng chuẩn ................................................................................36
3.1.2 Đánh giá phƣơng trình hồi quy .................................................................38
3.2 Đánh giá vật liệu γ- Al2O3 đã biến tính ...............................................................39
3.2.1 Phân tích nhóm chức hoạt động bằng phổ hồng ngoại ................................ 39
3.2.4 Xác định dung lƣợng hấp phụ SDS trên γ- Al2O3 bằng phƣơng pháp điện di
mao quản ...............................................................................................................42


3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ bằng phƣơng pháp tĩnh ...........................................44
3.3.1 Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của vật liệu .............................................44
3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ .....................................46
3.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ ..................................................49
3.3.4 Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion đến khả năng hấp phụ ..............................53

3.3.5 Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng vật liệu .......................................................56
3.3.6 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của Pb2+, Cd2+ đến khả năng hấp phụ
...............................................................................................................................60
3.3.7 Khảo sát khả năng giải hấp ..........................................................................68
3.4 Đặc tính vận chuyển ion kim loại nặng trên cột nhồi vật liệu nhơm oxit biến tính
bằng SDS ...................................................................................................................73
3.4.1 Nghiên cứu khả năng vận chuyển ion kim loại nặng theo phân đoạn thể tích
...............................................................................................................................73
3.4.2 Khảo sát khả năng giải hấp trên cột .............................................................75
3.5 Xây dựng quy trình phân tích trên mẫu thực .....................................................76
3.5.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu ...........................................................................76
3.5.2 Phân tích một số mẫu nƣớc ..........................................................................77

KẾT LUẬN ......................................................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 81


MỞ ĐẦU
Sự phát triển khoa học kĩ thuật và công nghệ đã làm cho đời sống của con
ngƣời ngày càng đƣợc nâng cao. Tuy nhiên, sự phát triển đó có thể gây ra tình trạng ơ
nhiễm mơi trƣờng, nhất là môi trƣờng nƣớc [6]. Một trong số các chất gây ô nhiễm
nghiêm trọng môi trƣờng nƣớc phải kể đến là các kim loại nặng. Các kim loại nặng
không chỉ gây ô nhiễm môi trƣờng mà còn gây ảnh hƣởng xấu tới sức khoẻ con ngƣời,
liên quan trực tiếp đến sự biến đổi của gan, thận, gây ung thƣ và nhiều căn bệnh khác
dù chỉ ở hàm lƣợng nhỏ. Kim loại nặng gây ảnh hƣởng xấu tới thành phần sinh học và
các thành phần khác của môi trƣờng nƣớc [41]. Các ion kim loại nặng độc hại độc hại
đƣợc thải ra nguồn nƣớc từ nhiều hoạt động sống và sản xuất của con ngƣời nhƣ Pb2+,
Cu2+, Cd2+, …[6].
Việc nghiên cứu và xử lý các ion kim loại nặng trong nƣớc có vai trò quan
trọng trong bảo vệ sức khoẻ con ngƣời. Do đó nghiên cứu nhằm loại bỏ các ion kim

loại nặng đã và đang thu hút đƣợc sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài
nƣớc.
Các ion kim loại nặng trong nguồn nƣớc có thể xử lý bằng một số phƣơng pháp
nhƣ hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi ion, phƣơng pháp keo tụ … [36],[ 41]. Trong số
các phƣơng pháp xử lý ion kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc, hấp phụ sử dụng vật
liệu rẻ tiền hay từ các nguồn thải công nghiệp là một trong số những phƣơng pháp khá
phổ biến và có nhiều ƣu điểm đối với các nƣớc đang phát triển.
Nhôm oxit (Al2O3) là một chất hấp phụ quan trọng và đã đƣợc nghiên cứu rộng
rãi trong cơng nghiệp hố học, mơi trƣờng. Nhơm oxit có thể dễ dàng điều chế từ hóa

2


chất tinh khiết hay các nguồn khoáng sét tự nhiên. Q trình biến tính Al2O3 bằng chất
hoạt động bề mặt mang điện đã làm thay đổi nhiều đặc tính bề mặt của Al2O3 và rất có
triển vọng để xử lý các ion kim loại nặng độc hại [51],[ 52]. Thực tế cho thấy để có thể
sử dụng Al2O3 biến tính bằng chất hoạt động bề mặt để xử lý ô nhiễm kim loại nặng
hay phát triển thành pha tĩnh cho kĩ thuật chiết pha rắn làm giàu và xác định kim loại
nặng trong nguồn nƣớc cần mang vật liệu lên cột nhồi. Vì vậy, nghiên cứu khả năng
vận chuyển các ion kim loại nặng trên cột nhồi vật liệu hấp phụ rất quan trọng. Nghiên
cứu các đặc tính hấp phụ và vận chuyển ion kim loại nặng (Pb2+ và Cd2+) trên vật liệu
nhơm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt từ đó ứng dụng vào kĩ thuật chiết pha
rắn làm giàu và xách định ion Pb2+ và Cd2+ là một hƣớng nghiên cứu mới, chƣa đƣợc
công bố trong và ngồi nƣớc.
Vì vậy, luận văn thực hiện để tài: ― Nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển
ion kim loại nặng trên nhơm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt‖.

3

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN
1.1 Ơ nhiễm mơi trƣờng nƣớc
1.1.1 Khái niệm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là sự thay đổi thành phần và tính chất của nƣớc
gây ảnh hƣởng tiêu cực tới hoạt động sống bình thƣờng của con ngƣời, sinh vật, đến
sản xuất công nghiệp, nông nghiệp [2], [4].
Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên (phá rừng, lũ lụt, sói mịn, tồn dƣ các chất
thải đô thị, chất thải công nghiệp...) mà thành phần của nƣớc có thể bị thay đổi bởi
nhiều chất thải đã phát tán vào mơi trƣờng [4].
Có nhiều nguồn gây ô nhiễm nƣớc bao gồm các chất gây ô nhiễm hữu cơ, các
chất gây ô nhiêm vô cơ, các vi sinh vật, vi khuẩn và các loại khác [4].
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam
Hiện nay, sau hơn 30 năm đổi mới và đẩy mạnh phát triển kinh tế theo hƣớng
cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa cùng với hàng ngàn các khu cơng nghiệp, cùng rất
nhiều các nhà máy, xí nghiệp, các khu sản xuất đƣợc xây dựng trên tồn quốc. Tuy
nhiên tình trạng ơ nhiễm môi trƣờng nƣớc bởi các ion kim loại nặng đang là vấn đề
nan giải đối với các nhà quản lý ở Việt Nam.
Trong số các kim loại nặng độc hại trong nguồn nƣớc phải kể đến asen (As),
cadimi (Cd), chì (Pb), đồng (Cu), mangan (Mn), thủy ngân (Hg),… Các kim loại trên
và muối của chúng là những chất độc hại và khá bền hay khó phân hủy sinh học.
Tại các lƣu vực sông, ô nhiễm nƣớc xảy ra ở nhiều đoạn, tập trung chủ yếu ở
trung lƣu và hạ lƣu (đặc biệt là các đoạn chảy qua khu vực đô thị, khu công nghiệp,
làng nghề), nhiều nơi ô nhiễm ở mức nghiêm trọng nhƣ lƣu vực sông Nhuệ- Đáy, sơng
Cầu, sơng Đồng Nai. Ơ nhiễm kim loại nặng mang tính cục bộ, tập trung chủ yếu ở

4


những sơng nhánh gần các khu vực khai thác khống sản, cơ sở sản xuất công nghiệp

[3].
Nghiên cứu ở khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel- Hanel miền
bắc [12] cho thấy nƣớc thải của hai khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù
trong quy trình sản xuất, với hàm lƣợng vƣợt quá TCVN 5945/1995 [22] đối với nƣớc
mặt loại B (Pin Văn Điển Hg: vƣợt quá 9,04 lần, Orionel-Hanel: Pb vƣợt 1,12 lần).
1.2 Sơ lƣợc về một số kim loại nặng
1.2.1 Chì (Pb)
1.2.1.1 Tính chất hóa- lý của chì
Chì (Pb) thuộc nhóm IVA trong hệ thống tuần hồn các ngun tố hóa học. Chì
có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bốn đồng vị là 204 Pb,206
Pb,207 Pb và 208 Pb. Trong mơi trƣờng axit nó tồn tại dƣới dạng ion Pb2+.. [20],[ 26].
Chì có trong tự nhiên dƣới dạng khoáng Sunfua Galen, khoáng Cacbonate
Cerussite và Sunfat Anglessite. Trong đất có một lƣợng nhỏ chì, sự hồ tan của chì
trong đất tăng lên do q trình axit hố trong (đất chua). Chì có khả năng đƣợc tích tụ
trong cây trồng trong q trình sinh trƣởng và do đó đối với cây lƣơng thực bị nhiễm
chì có thể dẫn đến sự ngộ độc do chì. Ở điều kiện thƣờng, chì bị oxi hóa tạo thành lớp
oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì khơng tiếp tục bị oxi hóa nữa.
Do thế oxi hóa khử tiêu chuẩn E0 (Pb2+/Pb) = - 0,126 V nên về ngun tắc chì tan đƣợc
trong HCl lỗng và H2SO4 dƣới 80% nhƣng thực tế chì chỉ tƣơng tác trên bề mặt với
dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4 dƣới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan
(PbCl2 và PbSO4). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó thì chì có khả năng tạo
phức tan [13],[ 20].
PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4 ]

(1.1)

PbSO4 + H2SO4→ Pb(HSO4)2

(1.2)

5


Chì tác dụng với HNO3 ở bất kì nồng độ nào, ví dụ phản ứng với dung dịch
HNO3 lỗng.
3Pb + 8HNO3 loãng → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

(1.3)

1.2.1.2 Một số ứng dụng của chì
Chì đƣợc sử dụng trong pin, trong bình ăcqui, trong một số dụng cụ dẫn điện.
Một số hợp chất chì đƣợc thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm nhƣ chất tạo màu,
chất ổn định, chất kết gắn. Các chất thải từ ứng dụng của sản phẩm chì nếu khơng
đƣợc tái chế hợp lý sẽ đƣa vào môi trƣờng làm gia tăng lƣợng kim loại độc hại này
trong mơi trƣờng. Ngồi ra, một số hợp chất chì hữu cơ nhƣ tetraetyl hoặc tetrametyl
chì đƣợc thêm vào trong xăng ở những quốc gia đang phát triển [1].
1.2.1.3 Độc tính của chì
Chì là ngun tố có độc tính cao đối với con ngƣời và động vật. Nó xâm nhập
vào cơ thể sống chủ yếu qua con đƣờng tiêu hóa, hơ hấp,… Tác động đến tủy xƣơng
và q trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xƣơng. Đặc điểm nổi bật
của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian
[1]. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nƣớc tiểu. Chu kì bán rã
của chì trong máu khoảng một tháng, trong xƣơng từ 20- 30 năm [35]. Sau khi chì xâm
nhập vào cơ thể ngƣời qua đƣờng nƣớc uống nó tích tụ lại rồi đến một mức độ nào đó
mới gây độc. Khi nồng độ chì trong nƣớc uống là 0,042 - 1,000 mg/l sẽ xuất hiện triệu
chứng bị ngộ độc kinh niên ở ngƣời. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp
hàng trăm lần so với các hợp chất vơ cơ. Nhiễm độc chì,sẽ gây ra nhiều bệnh nhƣ:
Giảm trí thơng minh; các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thƣ,… Sự nhiễm độc chì
cấp tính có thể dẫn đến tử vong [1],[ 23].
1.2.2 Cadimi (Cd)

1.2.2.1 Tính chất hóa- lý của Cadimi
Trong vỏ trái đất cadimi thƣờng tồn tại dƣới dạng khoáng vật nhƣ Grinolit
(CdS), trong quặng Blende kẽm và Calanin có chứa khoảng 3% Cd. Cadimi nguồn gốc

6


tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị ổn định, trong đó có đồng vị
114

112

Cd (24,07%) và

Cd (28,86%) chiếm tỉ lệ cao [20]. Cadimi dạng nguyên chất có màu trắng bạc nhƣng

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 đƣợc. Khi cháy, cadimi cho ngọn lửa màu
xẫm. Cadimi là nguyên tố tƣơng đối hoạt động. Trong khơng khí ẩm cadimi bền ở
nhiệt độ thƣờng do có màng oxit bảo vệ. Cadimi tác dụng với phi kim: Halogen, lƣu
huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác nhƣ P, Se…[20],[ 26]. Do thế điện cực
khá âm nên cadimi dễ dàng tác dụng với cả axit khơng có tính oxi hóa:
Cd + 2H+ → Cd2+ + H2↑
Cd + 4H+ + 2NO3 → Cd2+ + 2NO2↑+ 2H2O

(1.4)
(1.5)

1.2.2.2 Một số ứng dụng Cadimi
Các ứng dụng chủ yếu của cadimi trong trong công nghiệp nhƣ: lớp mạ bảo vệ

thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong nhựa và thủy tinh, và trong hợp phần
của nhiều hợp kim là một trong những nguyên nhân giải phóng cadimi vào mơi trƣờng
[1].
Hàm lƣợng của cadimi trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào
nguồn gốc của đá phosphate. Phân lân có nguồn gốc từ đá phốt phát Bắc Carolina chứa
Cd 0,054 g/kg, phân lân có nguồn gốc từ đá Sechura chứa hàm lƣợng Cd 0,012 g/kg,
trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Gafsa chứa 0,07 g/kg [1].
1.2.2.3, Độc tính của cadimi
Cadimi đƣợc biết gây tổn hại nghiêm trọng đối với thận và xƣơng ở liều lƣợng
cao [1], [35]. Bệnh Itai-itai, một loại bệnh nghiêm trọng liên quan tới xƣơng ở lƣu vực
sông Jinzu tại Nhật Bản, lần đầu tiên đề xuất rằng cadimi có thể gây mất xƣơng
nghiêm trọng. Itai- itai là kết quả của việc ngộ độc cadimi lâu dài do các sản phẩm phụ
của quá trình khai thác mỏ đƣợc thải xuống ở thƣợng nguồn sông Jinzu [1]. Xƣơng của
các bệnh nhân này bị mất khoáng chất ở mức cao. Những bệnh nhân bị bệnh này đều
bị tổn hại thận, xƣơng đau nhức trở nên giòn và dễ gãy.

7


Cadimi xâm nhập vào cơ thể con ngƣời chủ yếu qua thức ăn từ thực vật, đƣợc
trồng trên đất giàu cadimi hoặc tƣới bằng nƣớc có chứa nhiều cadimi, hít thở bụi
cadimi thƣờng xuyên có thể làm hại phổi, vào trong phổi cadimi sẽ thấm vào máu và
đƣợc phân tán đi khắp nơi. Phần lớn cadimi xâm nhập vào cơ thể con ngƣời đƣợc giữ
lại ở thận sau đó đƣợc đào thải, cịn một phần ít (khoảng 1%) vẫn giữ lại ở thận, do
cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần cịn lại đƣợc giữ
lại trong cơ thể và dần dần đƣợc tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lƣợng cadimi đƣợc tích
luỹ đủ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu
hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ
sống và gây ung thƣ [1],[ 23].
1.3 Các phƣơng pháp phân tích cơng cụ để xác định kim loại nặng

Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để xác định chì và cadimi nhƣ
phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng, phân tích thể tích, các phƣơng pháp phân tích điện
hóa, phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV- VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ
hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ khối plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS)… Sau đây là
một số phƣơng pháp xác định chì và cadimi.
1.3.1 Các phƣơng pháp phân tích điện hóa
1.3.1.1 Phương pháp cực phổ
Phƣơng pháp này sử dụng điện cực giọt thủy ngân (Hg). Tiến hành điện phân
và đo cƣờng độ dòng với một dãy dung dịch chuẩn biết trƣớc nồng độ, trong đó đƣợc
qt thế tuyến tính rất chậm theo thời gian (thƣờng 1- 5 mV/s) đồng thời ghi dòng là
hàm của thế trên điện cực giọt thủy ngân rơi. Cƣờng độ dòng phụ thuộc thế điện phân
trong dung dịch và thế điện cực. Dựa vào đồ thị xác định đƣợc nồng độ chất phân tích
khi biết cƣờng độ dịng. Giá trị nửa thế sóng cho biết thành phần định tính, chiều cao
sóng cho biết thành phần định lƣợng của chất phân tích. [11]
Phƣơng pháp cực phổ có ƣu điểm đó là cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu
cơ với nồng độ cỡ 10-5 ÷ 10-6 M, tùy thuộc nồng độ và độ lặp của dòng dƣ.

8


Tuy nhiên, phƣơng pháp này có những hạn chế nhƣ ảnh hƣởng của dòng tụ
điện, dòng cực đại, oxi hòa tan…

Hình 1.1 Phương pháp cực phổ (a) và Von- Ampe hòa tan (b)
Để loại trừ ảnh hƣởng và làm tăng độ nhạy hiện nay có các phƣơng pháp cực
phổ xung vi phân (DDP), cực phổ sóng vng (SQWP)…cho phép xác định lƣợng vết
các nguyên tố kim loại.
Hiện nay, để tăng khả năng xác định nồng độ ion kim loại nặng trong nƣớc, các
nhà khoa học kết hợp phƣơng pháp cực phổ với các phƣơng pháp chế tạo các điện
cực, cảm biến mới.

Tác giả Fuqiang Fan và Aizhong Ding [38] đã nghiên cứu phƣơng pháp xác
định chì bằng phƣơng pháp cực phổ sóng vng sử dụng cảm biến điện hóa. Điều kiện
quét sóng tối ƣu ở -1,2V với điện cực Ag/ AgCl, thời gian quét 300 hoặc 400s.
Phƣơng pháp xác định Pb2+ sử dụng điện cực màng Hg, trong môi trƣờng đệm acetat ở
pH= 5 xác định đƣợc khoảng tuyến tính của Pb2+ thu đƣợc từ 6,25 đến 500 µg L-1.
Giới hạn phát hiện của Pb2+ trong khoảng 0,9- 1,5 µg L-1.
Nhóm tác giả Gaber A. M. Mersal và M. M. Ibrahim [43] đã nghiên cứu thành
công phƣơng pháp xác định Pb2+ bằng vi điện cực than mềm biến tính bằng N(2isopropylphenyl)-2-thioimidazole (CPME-Hmim) sử dụng cực phổ vòng (CV) và cực

9


phổ sóng vng trên thiết bị AutoLab. Khoảng qt sóng từ -1,5- 0,0 V trên điện cực
CPME-Hmim với tốc độ quét 100mV s-1. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng xác
định Pb2+ cao hơn so với điện cực không biến tính. Giới hạn phát hiện LOD đạt đƣợc
3,18.10-8M.
1.3.1.2 Phương pháp Von- Ampe hoà tan
Về bản chất, phƣơng pháp Von-Ampe hòa tan cũng giống nhƣ phƣơng
pháp cực phổ là dựa trên việc đo độ lớn của dòng để xác định nồng độ các chất
trong dung dịch. Đây là một phƣơng pháp có độ nhạy, độ chính xác và độ chọn lọc
cao. Ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp này là có độ nhạy cao từ 10-6 – 10-8 M và xác
định đƣợc nhiều kim loại [11].
Nguyên tắc chung của phƣơng pháp Von - Ampe hòa tan (SV) bao gồm hai
giai đoạn :
- Giai đoạn 1: là điện phân làm giàu chất phân tích lên bề mặt điện cực làm
việc trong một thời gian và thế xác định.
- Giai đoạn 2: Là giai đoạn nghỉ để chất phân tích phân bố đồng đều lên bề mặt
điện cực.
- Giai đoạn 3: hòa tan chất phân tích bằng quét thế ngƣợc chiều và ghi dòng
hòa tan. Dựa vào chiều cao pic để xác định lƣợng chất cần phân tích.

Tác giả Nguyễn Văn Hợp cùng cộng sự [10] đã tiến hành nghiên cứu xác định
acdimi, chì và đồng bằng phƣơng pháp Von- Ampe hịa tan anot sóng vng (SqWASV) sử dụng điện cực màng thủy ngân trên nền đĩa rắn paste cacbon đạt đƣợc độ
nhạy cao (tƣơng ứng đối với Cd, Pb và Cu là 1,7± 0,1; 1,4± 0,3 và 1,0 ± 0,1 µA/ppb)
giới hạn phát điện đạt tới 0,3 ppb.
Xuefei Guo và các cộng sự [32] sử dụng phƣơng pháp von- ampe hòa tan anot
trên điện cực nano cacbon để xác định lƣợng vết các ion kim loại Pb 2+, Cd2+, Cu2+ và
Zn2+ có độ nhạy lần lƣợt là 12nM, 25nM, 44nM và 67nM với thời gian làm giàu
120s.

10


1.3.2 Các phƣơng pháp phân tích quang phổ
1.3.2.1 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV- Vis)
Ở điều kiện thƣờng, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo
năng lƣợng, đây là trạng thái cơ bản. Nhƣng khi có một chùm sáng với năng lƣợng
thích hợp chiếu vào thì các điện tử hóa trị trong các liên kết (ζ, π, n) sẽ hấp thụ
năng lƣợng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lƣợng cao hơn.
Nguyên tắc xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung
dịch phức tạo thành giữa ion kim loại cần xác định với một thuốc thử vơ cơ hay hữu
cơ trong mơi trƣờng thích hợp khi đƣợc chiếu bởi chùm sáng [9],[ 15].
Phƣơng pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 - 10-7 M và là
một trong những phƣơng pháp đƣợc dùng phổ biến trong các phịng thí nghiệm hố
học và hố lý.
Phƣơng trình định lƣợng của phép đo:
A = K.C
Trong đó:

(1.7)

A: độ hấp thụ quang
K: hằng số thực nghiệm
C: nồng độ nguyên tố phân tích

Yongwen Liu và các đồng nghiệp [42] đã nghiên cứu và công bố thuốc thử 4[3-[4-(benzazo) phenyl]-1-triazeno]-benzoic axit (p-CADB) tạo phức màu với
cadimi. Phức Cd-(p-CADB) đƣợc tạo thành trong mơi trƣờng pH= 11 (đệm Na2B4O7NaOH) có ε = 1,1.105.l.mol-1.cm-1, cực đại hấp phụ λ= 482nm. Khoảng nồng độ tuân
theo định luật Beer là 0 ÷ 15μg/ml.
Phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis có độ nhạy, độ ổn định và độ chính
xác khá cao, đƣợc sử dụng nhiều trong phân tích vi lƣợng. Tuy nhiên nhƣợc điểm của
phƣơng pháp này là độ chọn lọc khơng cao, vì một thuốc thử có thể tạo phức với
nhiều ion. Khi đó phải thực hiện các cơng đoạn che, tách phức tạp.

11


1.3.2.2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Khi nguyên tử ở trạng thái hơi, nhờ một nguồn năng lƣợng thích hợp nhƣ
nhiệt, điện... để kích thích đám hơi nguyên tử tự do đó phát ra các tia bức xạ, sau đó
thu phân li tồn bộ phổ phát xạ để đánh giá thành phần mẫu phân tích [18].
Phƣơng pháp AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do và ion
của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tƣơng tác với nguồn năng lƣợng
phù hợp. Hiện nay, một số nguồn năng lƣợng để kích thích phổ AES đƣợc sử dụng đó
là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)….
Đây là kỹ thuật phân tích đƣợc sử dụng rộng rãi trong phân tích, nó cho phép
xác định định tính và định lƣợng ở mức hàm lƣợng đa lƣợng hoặc vi lƣợng của nhiều
nguyên tố. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là phân tích nhanh hàng loạt mẫu. Phân
tích cả những đối tƣợng rất đa dạng dựa vào ánh sáng phát xạ của chúng. Phƣơng
pháp này cho độ nhạy và độ chính xác cao.
Tác giả Phạm Luận [16] đã ứng dụng phép đo AES để xác định một số kim
loại nặng trong nƣớc ngọt, giới hạn phát hiện của Na, K, Pb thu đƣợc lần lƣợt là

0,05ppm; 0,5ppm và 0,1ppm.
Sergio Luis Costa Ferreira và cộng sự [47] đã sử dụng phƣơng pháp ICP-AES
xác định Cu, Zn trong nƣớc sau khi cho tạo phức và hấp thu trên nhựa Amberlite
XAD-2 và đã đƣa ra giới hạn phát hiện của Cu (ở 324,8nm) là 2µg/l; của Zn (213,8
nm) là 5µg/l.
1.3.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Phổ hấp thụ nguyên tử AAS là một trong những phƣơng pháp hiện đại, đƣợc áp
dụng rất phổ biến trong các phịng thí nghiệm. Phƣơng pháp này xác định đƣợc hầu
hết các kim loại trong mẫu sau khi đã chuyển hóa chúng về dạng dung dịch.
 Sự hình thành phổ
Các nguyên tử khi ở trạng thái hơi tự do, nếu chiếu một chùm tia sáng có
những bƣớc sóng (tần số) xác định vào đám hơi ngun tử đó thì các ngun tử đó

12


sẽ hấp thụ bức xạ có bƣớc sóng ứng đúng với tia bức xạ mà chúng có thể phát ra
trong q trình phát xạ. Khi đó ngun tử chuyển lên trạng thái kích thích có năng
lƣợng cao hơn trạng thái cơ bản. Q trình đó đƣợc gọi là q trình hấp thụ năng
lƣợng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử của nguyên tố
đó. Phổ sinh ra trong q trình này đƣợc gọi là phổ hấp thụ nguyên tử [18].
Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) đƣợc ứng dụng với hai kĩ thuật cơ
bản là nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (F - AAS) ngun tử hố khơng ngọn lửa (GFAAS) và một số kĩ thuật đặc biệt trong trƣờng hợp phân tích các ngun tố có nhiệt
độ hóa hơi thấp: Hóa hơi lạnh (đối với Hg), hydrua hóa (đối với các nguyên tố tạo
đƣợc hợp chất hydrua nhƣ As, Se, Sb…)
Phƣơng pháp này đƣợc phát triển rất nhanh và hiện nay đang đƣợc ứng dụng rất
phổ biến vì có độ nhạy rất cao (mức ppb) và độ chọn lọc cao (ứng với mỗi nguyên tố
có một nguồn bức xạ đơn sắc). Do đó, khi phân tích lƣợng vết kim loại trong trƣờng
hợp không cần thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần phân tích, tránh đƣợc sự
nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp. Đây là đặc tính rất ƣu việt của

phƣơng pháp này. Ngồi ra cịn có một số ƣu điểm khác nhƣ: Khả năng phân tích
đƣợc gần 60 ngun tố hố học, ngồi các ngun tố kim loại cịn có thể phân tích
đƣợc một số á kim (lƣu huỳnh, clo…) và một số chất hữu cơ bằng phép đo gián tiếp;
lƣợng mẫu tiêu tốn ít; thời gian tiến hành phân tích nhanh, đơn giản (đối với FAAS)…Hiện nay, phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử đƣợc sử dụng rất có hiệu quả đối
với nhiều lĩnh vực nhƣ y học, dƣợc học, sinh học, phân tích mơi trƣờng, phân tích địa
chất, … đặc biệt phân tích lƣợng vết các nguyên tố kim loại.
 Trên thế giới có nhiều cơng trình nghiên cứu đã ứng dụng phƣơng pháp AAS
để xác định các kim loại nặng trong nhiều đối tƣợng khác nhau:
-

Ykbal Kojuncu và cộng sự [55] đã sử dụng phép đo F-AAS và GF-AAS để
phân tích lƣợng vết các kim loại Cd, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn và Tl trong nƣớc
biển, giới hạn phát hiện của GF-AAS với Cd là 0,010µg/L, Cu là 0,034µg/L,
Ni là 0,305µg/L, Pb là 0,290µg/L, và Tl là 0,032µg/L. Của F-AAS với Fe là

13


0,890µg/L và Zn là 0,994µg/L.
-

Maurizio Aceto cùng cộng sự [27] đã ứng dụng các phƣơng pháp phân tích
phổ nguyên tử (F- AAS, GF- AAS, ICP- AES) để xác định kim loại ở trong
rƣợu. Qua đối chiếu và so sánh kết quả xác định phƣơng pháp thích hợp để
định lƣợng đƣợc lƣợng kim loại có trong rƣợu.

 Trong nƣớc, nhiều tác giả và các nhà khoa học đã ứng dụng phƣơng pháp phổ
hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định một số kim loại nặng trong một số đối
tƣợng mẫu khác nhau và nghiên cứu vật liệu mới:
-

Tác giả Phạm Tiến Đức và cộng sự [6] đã xác định hàm lƣợng Cu2+, Pb2+,
Cd2+, Ni2+, Co2+ bằng phƣơng pháp F-AAS để nghiên cứu khả năng hấp phụ
ion kim loại nặng của đá ong biến tính.

-

Tác giả Nguyễn Đăng Đức và cộng sự [5] đã tiến hành xác định hàm lƣợng
Đồng và Crom trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phƣơng pháp F- AAS và
GF- AAS.

-

Nhóm tác giả Vũ Đức Lợi, Dƣơng Tuấn Hƣng và Nguyễn Thị Vân [14] sử
dụng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F- AAS) để xác định nồng độ chì
của dung dịch hấp phụ bằng bùn đỏ biến tính nhiệt.

1.3.2.4 Phương pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng (ICP- MS)
Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo
thành bằng dịng điện có tần số cao (cỡ MHz) đƣợc cung cấp bằng một máy phát
Radio Frequency Power (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng
chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion [9].
MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là
theo tỷ số giữa khối lƣợng và điện tích (m/Z).
Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma (ICP), trong điều kiện nhiệt độ
rất cao của plasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hố hơi, ngun tử hố và ion
hố tạo thành ion dƣơng có điện tích +1 và các electron tự do. Các ion này trong

14

ICP là nguồn tạo ra phổ ICP-MS khi chúng đƣợc phân giải theo số khối (m/Z) nhờ
hệ thống phân giải khối trong trƣờng tứ cực trong chân không và phát hiện bằng
detector thích hợp nhƣ Ion Detector. Sau đó, đánh giá định tính và định lƣợng phổ
thu đƣợc [17].
Các tác giả Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức [8] đã xác định
đƣợc lƣợng vết của 6 kim loại nặng: Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb bằng phƣơng pháp ICPMS trong các loài trai, ốc ở Hồ Tây- Hà Nội với mẫu đông khô và mẫu tƣơi. Căn cứ
theo cách phân loại chất lƣợng môi trƣờng nƣớc dựa trên hàm lƣợng các kim loại vết
trong trai, ốc các tác giả kết luận nƣớc Hồ Tây bị ô nhiễm nhẹ bởi đồng, bạc, asen,
cadimi, trong khi các nguyên tố nhƣ kẽm, chì ở mức bình thƣờng.
Peter Heiland và Helmut D. Koster [45] ứng dụng phƣơng pháp ICP-MS để xác định
lƣợng vết 30 nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As, Cr, ... trong mẫu nƣớc tiểu của trẻ em và
ngƣời trƣởng thành.
Với nhiều ƣu điểm vƣợt trội, kỹ thuật phân tích ICP - MS đƣợc ứng dụng rộng
rãi để phân tích nhiều đối tƣợng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết
và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu
địa chất và môi trƣờng, ...
1.4 Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng
Có rất nhiều phƣơng pháp để xử lý kim loại nặng trong nƣớc nhƣ phƣơng pháp
hóa học, hóa lý hay sinh học. Tại các nhà máy nƣớc thải có chứa hàm lƣợng kim loại
nặng vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép cần xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng. Các phƣơng
pháp xử lý kim loại nặng trong nƣớc đƣợc giới thiệu sau đây.
1.4.1 Phƣơng pháp kết tủa hóa học
Phƣơng pháp dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đƣa vào nƣớc thải với các
kim loại cần phân tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và đƣợc tách ra
khỏi nƣớc bằng phƣơng pháp sa lắng [19] .

15

Phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng là kết tủa kim loại dƣới dạng hydroxit bằng
cách trung hoas đơn giản các chất thải axit. Giá trị pH kết tủa cực đại đối với các kim
loại khơng trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ƣu, giá trị từ 7,0- 10,5 tùy theo giá trị
cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà khơng gây độc hại. Phƣơng trình tạo kết tủa:
Mn+ + Am- → MmAn↓

(1.6)

1.4.2 Phƣơng pháp hấp phụ
Phƣơng pháp hấp phụ là q trình mang các chất khí bay hơi hoặc chất hòa tan
trong chất thải lỏng lên bề mặt vật liệu hấp phụ. Vật liệu có khả năng hấp phụ kim
loại nặng nhƣ: Than hoạt tính, than bùn, vật liệu vô cơ nhƣ oxit sắt, oxit mangan, oxit
nhôm, tro xỉ, bằng các vật liệu polyme …[19]. Cơ chế của quá trình hấp phụ thƣờng
diễn ra 2 kiểu là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Tác giả Vinod K. Gupta và cộng sự [33] đã có nghiên cứu quá trình hấp phụ Pb
và Cr trong dung dịch bằng bùn đỏ của nhà máy sản xuất nhôm. Các yếu tố ảnh hƣởng
tới quá trình hấp phụ tĩnh và hấp phụ động đã đƣợc nghiên cứu. Nghiên cứu đã chỉ ra
khả năng xử lý ion kim loại nặng trong nƣớc bằng bùn đỏ.
1.4.3 Phƣơng pháp trao đổi ion
Dựa trên nguyên tắc của phƣơng pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơ
tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion.
Q trình trao đổi ion đƣợc tiến hành trong cột nhồi cationit (mang điện dƣơng) và
anionit (mang điện âm) [19].
Tác giả Da̧browski A và đồng nghiệp [30] đã nghiên cứu tách chọn lọc những
ion kim loại trong nƣớc và nƣớc thải bằng phƣơng pháp trao đổi ion sử dụng nhiều mơ
hình khác nhau. Trong một nghiên cứu khác E. Erdem và cộng sự đã tách ion kim loại
nặng bằng zeolit tự nhiên [31]. Kết quả cho thấy mức độ chọn lọc đối với các ion kim
loại nặng lần lƣợt Co2+ > Cu2+> Zn2+> Mn2+.

16