Tổng hợp và nghiên cứu sử dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ để xử lí asen trong nước sinh hoạt

1. Mở đầu Asen và các hợp chất của chúng rất độc, nếu đi vào cơ thể con người sẽ gây tác hại cho sức khoẻ. Người uống nước bị nhiễm asen lâu ngày sẽ mắc một số bệnh như: bệnh Bowen, bệnh sừng hoá da, bệnh “bàn chân đen”,. . . Ngoài ra, nhiễm độc asen lâu ngày còn có thể gây ung thư hoặc viêm răng, khớp, gây bệnh tim mạch, cao huyết áp [4]. Có nhiều phương pháp được dùng để xử lí asen trong môi trường nước như: phương pháp đồng kết tủa [3], phương pháp lọc và lọc màng [3], phương pháp sắc kí trao đổi ion, phương pháp hấp phụ [1], . . . Trong đó phương pháp hấp phụ được sử dụng khá phổ biến với các vật liệu hấp phụ asen khác nhau [1, 7]. Oxit sắt từ là hợp chất tương đối dễ điều chế với chi phí thấp nên hiện nay được sử dụng phổ biến để xử lí nước [9]. Tuy nhiên phương pháp này có một số hạn chế ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của oxit sắt từ. Để giải quyết những hạn chế đó, một hướng mới được đề xuất: nếu cho hạt nano oxit sắt từ kết hợp với một chất hữu cơ, trong đó chất hữu cơ đóng vai trò tạo ra màng bọc oxit sắt từ, làm cho oxit sắt từ sẽ bền vững hơn và có khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm tốt hơn, khi đó chắc chắn khả năng xử lí nước sẽ hiệu quả hơn [2]. Chitin tồn tại trong vỏ tôm, cua, côn trùng, lá cây,. . . là nguyên liệu rất phổ biến trong tự nhiên, giá thành rẻ. Chitosan là dẫn xuất đề axyl hóa chitin, là chất có khả năng tạo màng tốt. Màng chitosan là vật liệu khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương các chất dẻo [8]. Từ cấu tạo và tính chất của chitosan cho thấy màng chitosan (khi được hòa tan trong axit ở pH = 5 - 6) có dạng kết tủa keo nên có tác dụng tốt trong việc xử lí nước nhiễm bẩn [2, 5]. Trong bài báo này chúng tôi trình bày phương pháp tổng hợp hạt nano chitosan-oxit sắt từ và nghiên cứu khả năng hấp phụ asen bằng sản phẩm đã t

pdf10 trang | Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 248 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tổng hợp và nghiên cứu sử dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ để xử lí asen trong nước sinh hoạt, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2014, Vol. 59, No. 4, pp. 9-18 This paper is available online at TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HẠT NANO CHITOSAN - OXIT SẮT TỪ ĐỂ XỬ LÍ ASEN TRONG NƯỚC SINH HOẠT Trần Thị Hồng Vân, Trịnh Quyết Thắng, Trần Minh Đức, Đào Văn Bảy và Nguyễn Quang Tuyển Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Tóm tắt. Hạt nano chitosan-oxit sắt từ được tổng hợp theo phương pháp khử một phần Fe3+ với sự có mặt chitosan để được chitosan:oxit sắt từ theo các tỉ lệ khác nhau (1:1, 2:1, 3:1 và 4:1). Các sản phẩm đã được nghiên cứu cấu trúc, kích thước và bề mặt vật liệu qua phổ XRD và ảnh SEM. Sản phẩm tổng hợp được sử dụng để nghiên cứu xử lí asen trong môi trường nước. Hạt nano chitosan-oxit sắt từ với tỉ lệ chitosan:oxit sắt từ là 3:1 có khả năng hấp phụ asen tốt nhất. Từ khóa: Nano oxit sắt từ, chitosan, asen. 1. Mở đầu Asen và các hợp chất của chúng rất độc, nếu đi vào cơ thể con người sẽ gây tác hại cho sức khoẻ. Người uống nước bị nhiễm asen lâu ngày sẽ mắc một số bệnh như: bệnh Bowen, bệnh sừng hoá da, bệnh “bàn chân đen”,. . . Ngoài ra, nhiễm độc asen lâu ngày còn có thể gây ung thư hoặc viêm răng, khớp, gây bệnh tim mạch, cao huyết áp [4]. Có nhiều phương pháp được dùng để xử lí asen trong môi trường nước như: phương pháp đồng kết tủa [3], phương pháp lọc và lọc màng [3], phương pháp sắc kí trao đổi ion, phương pháp hấp phụ [1], . . . Trong đó phương pháp hấp phụ được sử dụng khá phổ biến với các vật liệu hấp phụ asen khác nhau [1, 7]. Oxit sắt từ là hợp chất tương đối dễ điều chế với chi phí thấp nên hiện nay được sử dụng phổ biến để xử lí nước [9]. Tuy nhiên phương pháp này có một số hạn chế ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của oxit sắt từ. Để giải quyết những hạn chế đó, một hướng mới được đề xuất: nếu cho hạt nano oxit sắt từ kết hợp với một chất hữu cơ, trong đó chất hữu cơ đóng vai trò tạo ra màng bọc oxit sắt từ, làm cho oxit sắt từ sẽ bền vững hơn và có Ngày nhận bài: 10/3/2014. Ngày nhận đăng: 15/5/2014. Tác giả liên lạc: Trần Thị Hồng Vân, địa chỉ e-mail: hongvan0505@yahoo.com 9 Trần Thị Hồng Vân, Trịnh Quyết Thắng, Trần Minh Đức, Đào Văn Bảy và Nguyễn Quang Tuyển khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm tốt hơn, khi đó chắc chắn khả năng xử lí nước sẽ hiệu quả hơn [2]. Chitin tồn tại trong vỏ tôm, cua, côn trùng, lá cây,. . . là nguyên liệu rất phổ biến trong tự nhiên, giá thành rẻ. Chitosan là dẫn xuất đề axyl hóa chitin, là chất có khả năng tạo màng tốt. Màng chitosan là vật liệu khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương các chất dẻo [8]. Từ cấu tạo và tính chất của chitosan cho thấy màng chitosan (khi được hòa tan trong axit ở pH = 5 - 6) có dạng kết tủa keo nên có tác dụng tốt trong việc xử lí nước nhiễm bẩn [2, 5]. Trong bài báo này chúng tôi trình bày phương pháp tổng hợp hạt nano chitosan-oxit sắt từ và nghiên cứu khả năng hấp phụ asen bằng sản phẩm đã tổng hợp, từ đó đánh giá khả năng xử lí asen trong nước bằng nano chitosan-oxit sắt từ. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm * Hóa chất - Dung dịch chitosan: Hòa tan 1,1765 gam chitosan (hàm lượng 85%) trong 100 mL dung dịch CH3COOH 2% để có nồng độ 1 g chitosan/100 mL dung dịch (1%). - Dung dịch gốc As(III): Hòa tan 0,1320 gam As2O3 (loại PA của hãng Merck - Đức) trong 50 mL dung dịch NaOH 1%, định mức bằng nước cất về 100 mL thu được dung dịch As(III) gốc 1,0 g/L. Từ dung dịch gốc có thể pha thành các dung dịch As(III) 1,0 mg/L, 0,4 mg/L, . . . - Dung dịch gốc As(V): Hòa tan 0,3790 gam As2O5.3H2O (loại PA của hãng Merck - Đức) bằng nước cất, định mức bằng nước cất về 100 mL thu được dung dich gốc As(V) 100 mg/L. Lấy dung dịch gốc pha thành các dung dịch As(V) có nồng độ 10,0 mg/L; 1,0 mg/L; 0,4 mg/L, . . . - Các hóa chất khác: FeCl3.6H2O, Na2SO3, NH3 đặc, HCl, CH3COOH, NaCl, CaCl2, MnSO4. Tất cả các hoá chất sử dụng trong nghiên cứu đều đạt độ tinh khiết phân tích. * Thiết bị - Cân phân tích Startorius có độ chính xác  0,1 mg của Đức. - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA-6300 của Nhật Bản. - Máy đo pH TOA pH METER HM - 16S của Nhật Bản. - Phổ nhiễu xạ tia X được gửi đo trên máy SIEMENS D5005 Brucker - CHLB Đức. - Ảnh SEM của mẫu vật liệu được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét SEM-JMS5410 của hãng JOE Nhật Bản (Viện Hàn lâm KH và CN Việt Nam). - Các thiết bị khác: máy khuấy, tủ sấy, máy cất nước hai lần,... 10 Tổng hợp và nghiên cứu sử dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ để xử lí asen trong nước sinh hoạt * Phương pháp tổng hợp hạt nano chitosan-oxit sắt từ Sơ đồ tổng hợp hạt nano chitosan-oxit sắt từ được mô tả ở Hình 1. Theo lí thuyết, nếu trộn Fe3+ và SO2−3 với tỉ lệ 6:1 (theo số mol), đến khi phản ứng hoàn toàn sẽ thu được tỉ lệ Fe3+: Fe2+ = 2:1 [9]. Nhưng trong thực tế để đảm bảo thu được tỉ lệ Fe3+: Fe2+ = 2:1 chúng tôi trộn Fe3+ và SO2−3 với giá trị R < 6 (gọi R là tỉ lệ số mol Fe 3+: SO2−3 khi trộn). Hạt nano chitosan-oxit sắt từ được tổng hợp dựa theo phương pháp khử một phần [5]. Hỗn hợp (Fe3+: Fe2+ = 2:1 về số mol) được trộn với chitosan theo các tỉ lệ khác nhau sẽ thu được sản phẩm có tỉ lệ chitosan:oxit sắt từ khác nhau (1:1, 2:1, 3:1 và 4:1). Việc tổng hợp được thực hiện ở nhiệt độ 30 ◦C (nhiệt độ phòng); thời gian khuấy khác nhau: 6h, 12h, 24h, 48h; tốc độ khuấy khoảng 600 vòng/phút. Chi tiết quá trình tổng hợp xem trong tài liệu [6]. Hình 1. Sơ đồ tổng hợp hạt nano chitosan-oxit sắt từ * Nghiên cứu phương pháp xử lí asen bằng hạt nano chitosan-oxit sắt từ  Phương pháp xử lí mẫu nước tự tạo chứa asen Dùng mẫu hạt nano chitosan oxit sắt từ có tỉ lệ chitosan: Fe3O4 khác nhau đã tổng hợp để nghiên cứu xử lí As(V) và As(III) trong mẫu tự tạo. + Mỗi mẫu xử lí nước nhiễm As ở trong các điều kiện khác nhau: - Các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng (25 - 35 ◦C). - Khảo sát xử lí (không dùng máy khuấy) với các thời gian khác nhau: 6h, 12h, 24h, 48h, 3 ngày, 4 ngày, 5 ngày, 6 ngày, 7 ngày. - Khảo sát xử lí có dùng máy khuấy ở các tốc độ khoảng 240 vòng/phút và với thời gian khuấy khác nhau: 1h, 3h, 6h, 12h, 24h. 11 Trần Thị Hồng Vân, Trịnh Quyết Thắng, Trần Minh Đức, Đào Văn Bảy và Nguyễn Quang Tuyển - Khảo sát xử lí có thêm các chất khác có trong mẫu nước (ngoài asen) có khả năng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ asen như: Fe3+, Mn2+, Na+, Ca2+, Cl−, SO2−4 ,. . . + Phương pháp tiến hành: Dùng 0,1 gam mỗi mẫu nano chitosan-oxit sắt từ để xử lí 100 mL và 200 mL mẫu nước tự tạo chứa As(V) và As(III) có cùng nồng độ 400 µg/L. Sau khi xử lí, kiểm tra nồng độ asen còn lại bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS). Từ các kết quả thu được qua các mẫu xử lí ở trên chúng tôi chọn ra mẫu vật liệu có khả năng xử lí tối ưu nhất đưa vào ứng dụng xử lí nước sinh hoạt nhiễm asen.  Phương pháp xử lí mẫu nước sinh hoạt nhiễm asen (mẫu nước thực tế) Mẫu nước được lấy trực tiếp từ nước giếng khoan của các hộ gia đình ở Thôn Thống Nhất - Xã Đông Lỗ - Huyện Ứng Hòa, Hà Nội, là địa phương có nguồn nước ngầm bị nhiễm asen khá cao. Sau khi phân tích nồng độ asen trong các mẫu nước được lấy trực tiếp từ các địa điểm có nguồn nước nhiễm asen, chúng tôi dùng 0,1 gam mẫu nano chitosan-oxit sắt từ có khả năng xử lí tối ưu nhất để xử lí 100 mL mẫu nước thực tế theo các điều kiện tối ưu đã khảo sát xử lí mẫu nước tự tạo chứa asen ở trên. 2.2. Kết quả và thảo luận 2.2.1. Kết quả nghiên cứu xác định cấu trúc hạt nano chitosan-oxit sắt từ * Kết quả phân tích bằng nhiễu xạ tia X Các mẫu chitosan-oxit sắt từ có các tỉ lệ chitosan:Fe3O4 khác nhau (1:1, 2:1, 3:1 và 4:1) được tổng hợp trong thời gian 6h, 12h, 24h theo sơ đồ ở Hình 1. Các mẫu tổng hợp được để ngoài không khí 1 tuần, sau đó được đo phổ nhiễu xạ tia X (phổ XRD) để xác định cấu trúc. Hình 2. Phổ XRD mẫu có tỉ lệ chitosan:Fe3O4 = 3:1, tổng hợp 24 h, R = 5 12 Tổng hợp và nghiên cứu sử dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ để xử lí asen trong nước sinh hoạt Dựa vào phổ XRD của các mẫu được tổng hợp theo tỉ lệ chitosan:Fe3O4 khác nhau và ở các điều kiện khác nhau chúng tôi thấy mẫu có tỉ lệ chitosan:Fe3O4 = 3:1 và 4:1, được tổng hợp trong 24 giờ với R = 5 (tỉ lệ số mol Fe3+: SO2−3 khi trộn ban đầu) cho hàm lượng Fe3O4 tốt nhất (Hình 2, 3). Với thời gian tổng hợp trong 24 h khả năng “tạo màng” bảo vệ của chitosan đối với Fe3O4 tốt hơn nhiều so với thời gian tổng hợp ngắn hơn. Hình 3. Phổ XRD mẫu có tỉ lệ chitosan:Fe3O4 = 4:1, tổng hợp 24 h, R = 5 Ở mẫu tổng hợp theo tỉ lệ 3:1 và 4:1 sản phẩm hầu như chỉ có Fe3O4, thể hiện việc chỉ xuất hiện vạch phổ của Fe3O4 và vạch phổ này gần như ở chính giữa của các pic trong đó ở pic cực đại là rõ nét nhất. So sánh phổ XRD của mẫu tổng hợp theo tỉ lệ 3:1 và 4:1 với phổ XRD của Fe3O4 (Hình 4) cho thấy chúng có pic cực đại giống nhau. Như vậy với thời gian tổng hợp lâu hơn, giá trị R cao hơn, sản phẩm Fe3O4 được tổng hợp ra tương tự nhau. Trên cơ sở đó chúng tôi chọn hai mẫu vật liệu trên để nghiên cứu tiếp khả năng hấp phụ asen. Hình 4. Phổ XRD của mẫu Fe3O4 được tổng hợp 6h, R = 3 [6] 13 Trần Thị Hồng Vân, Trịnh Quyết Thắng, Trần Minh Đức, Đào Văn Bảy và Nguyễn Quang Tuyển * Kết quả nghiên cứu kích thước và bề mặt vật liệu Để nghiên cứu hình dạng và kích thước của vật liệu, các mẫu tổng hợp theo tỉ lệ 3:1 và 4:1 ở trên được đem chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (ảnh SEM). So sánh ảnh SEM của các mẫu tổng hợp theo tỉ lệ 3:1 và 4:1 (Hình 5, 6) với ảnh SEM của Fe3O4 [9] (Hình 7) cho thấy: mẫu tổng hợp Fe3O4 theo [9] thu được các hạt có kích thước tương đối nhỏ (khoảng 15 - 30 nm) nằm tách rời nhau, trong khi đó các mẩu tổng hợp theo phương pháp của chúng tôi thu được các phân tử liên kết với nhau tạo ra các polime có kích thước lớn (khoảng 100 - 200 nm) (Hình 5, 6), đó có thể là dạng polime của chitosan. Trong các mẫu tổng hợp trên không thấy xuất hiện các hạt Fe3O4 riêng rẽ như trong ảnh SEM của Fe3O4 (Hình 7) chứng tỏ các phân tử Fe3O4 đã được chitosan “bao bọc” phía ngoài, giúp cho Fe3O4 không bị ảnh hưởng bởi các tác nhân bên ngoài. Điều này giải thích vì sao các mẫu tổng hợp cùng để ngoài môi trường không khí như nhau (khoảng 1 tuần) nhưng 2 mẫu tổng hợp này (tỉ lệ 3:1 và 4:1 với R = 5) vẫn giữ nguyên màu đen và từ tính như ban đầu trong khi các mẫu tổng hợp khác cũng như mẫu tổng hợp Fe3O4 chuyển dần sang màu nâu đỏ và có từ tính kém. So sánh ảnh SEM của tỉ lệ 3:1 và 4:1 cho thấy tỉ lệ 4:1 có lượng chitosan “bao bọc” nhiều hơn. 2.2.2. Kết quả nghiên cứu ứng dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ trong xử lí asen Chúng tôi sử dụng hạt nano chitosan-oxit sắt từ tổng hợp theo tỉ lệ 3:1 và 4:1 ở trên để nghiên cứu xử lí asen trong nước bằng phương pháp hấp phụ [1]. * Nghiên cứu xử lí asen trong mẫu tự tạo Các mẫu nước tự tạo chứa As(V), As(III) được lấy từ các dung dịch tự pha có nồng độ chính xác biết trước, điều chỉnh pH = 6,5  8,5. Trong quá trình xử lí chúng tôi dùng 0,1 gam hạt nano chitosan-oxit sắt từ để xử lí 100 mL mẫu nước chứa asen đã được pha sẵn ở nhiệt độ phòng (25 - 35 ◦C) trong các điều kiện khác nhau để tìm ra phương pháp tối ưu nhất. Sử dụng hạt nano chitosan-oxit sắt từ tổng hợp theo tỉ lệ 3:1 và 4:1 để xử lí asen đều thu được kết quả tốt (Bảng 1, 2). Với thời gian xử lí ngắn, hàm lượng asen ban đầu (Co) rất cao (gấp 40 lần mức cho phép) đều giảm xuống dưới mức cho phép của asen trong nước uống. Trong đó tỉ lệ 3:1 cho kết quả xử lí tốt hơn. Vì vậy chúng tôi tiếp tục nghiên cứu ứng dụng sản phẩm này để xử lí asen trong nước sinh hoạt. 14 Tổng hợp và nghiên cứu sử dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ để xử lí asen trong nước sinh hoạt Bảng 1. Nồng độ As(V) theo thời gian xử lí của mẫu có tỉ lệ chitosan:Fe3O4 = 3:1 (R = 5) ở trạng thái động (khuấy trộn) C0 (µg/L) C (µg/L) Thời gian xử lí (h) % As(V) bị xử lí 371,5 15,29 1 95,88% 371,5 9,58 2 97,42% 371,5 7,61 3 97,95% 371,5 5,56 6 98,50% 371,5 2,70 12 99,27% Bảng 2. Nồng độ As(V) theo thời gian xử lí của mẫu có tỉ lệ chitosan:Fe3O4 = 4:1 (R = 5) ở trạng thái động (khuấy trộn) C0 (µ/L) C (µ/L) Thời gian xử lí (h) % As(V) bị xử lí 371,5 16,06 1 95,68% 371,5 10,87 2 97,07% 371,5 6,01 3 98,38% 371,5 5,24 6 98,59% 371,5 4,09 12 98,90% Các thí nghiệm cho thấy sản phẩm tổng hợp của chúng tôi ở trên có tác dụng xử lí As(V) rất tốt, còn đối với As(III) cũng có khả năng xử lí tốt nhưng không bằng As(V) (Bảng 3). Qua đó cho thấy sản phẩm có khả năng hấp phụ asen tồn tại dưới dạng ion mang điện tích tốt hơn asen tồn tại dưới dạng không mang điện tích. Trong thực tế đối với nước sinh hoạt nếu asen tồn tại dưới dạng H2AsO−4 và HAsO 2− 4 (ion mang điện tích âm) thì khả năng xử lí chắc chắn sẽ rất tốt, nhưng nếu asen tồn tại ở dạng As(III) hoặc asen trong chất hữu cơ (thường là trung hòa về điện) thì khả năng xử lí sẽ gặp khó khăn. Trong trường hợp này phải dùng chất oxi hóa mạnh (KMnO4/H2SO4) để oxi hóa As(III) lên As(V), đồng thời chuyển asen trong chất hữu cơ sang As(V) vô cơ để thuận lợi cho quá trình xử lí. Bảng 3. Nồng độ As(III) theo thời gian xử lí của mẫu có tỉ lệ chitosan:Fe3O4 = 3:1 (R = 5) ở trạng thái động (khuấy trộn) C0 (µg/L) C (µg/L) Thời gian xử lí(h) % As(III) bị xử lí 391,0 114,23 3 70,79% 391,0 56,20 6 85,63% 391,0 24,25 12 93,80% * Nghiên cứu xử lí asen trong nước giếng khoan dùng cho sinh hoạt Mẫu nước sinh hoạt của chúng tôi được lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm tại Thôn Thống Nhất, Xã Đông Lỗ, Huyện Ứng Hòa, Hà Nội. Mẫu nước được lấy từ các hộ gia đình khác nhau trong thôn, bao gồm: mẫu nước trực tiếp từ nước giếng khoan trước khi 15 Trần Thị Hồng Vân, Trịnh Quyết Thắng, Trần Minh Đức, Đào Văn Bảy và Nguyễn Quang Tuyển xử lí và nước đã được qua xử lí bằng bể lọc cát. Hàm lượng asen trong mẫu nước chưa xử lí Trong quá trình lấy và bảo quản mẫu nước, chúng tôi cho vào 0,5 lít nước khoảng 2 mL HNO3 đặc. Sau khoảng 2 ngày để trong môi trường lạnh (0 - 5 ◦C), lượng axit dư trong mẫu nước được trung hòa bằng NaOH loãng đến pH = 6,5 - 8,5. Sau đó các mẫu được đem xác định hàm lượng asen bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa dùng lò graphit (GF-AAS), kết quả được trình bày ở Bảng 4. Bảng 4. Nồng độ As trong mẫu nước ngầm tại thôn Thống Nhất Stt Nồng độ As (µg/L) trước khi lọc cát Nồng độ As (µg/L) sau khi lọc cát Tên chủ hộ 1 26,90 (M1) Ngô Tiến Mạnh 2 36,26 (M2) Nguyễn Văn Bính 3 11,38 (M3) Bùi Văn Xuyên 4 64,34 (M4) Nguyễn Văn Đại 5 92,14 (M5) 38,28 (M6) Nguyễn Thị Huyền 6 89,10 (M7) 33,90 (M8) Nguyễn Xuân Loát (M1, M2,. . . M8 là kí hiệu các mẫu nước sinh hoạt đem xác định hàm lượng asen) Kết quả phân tích cho thấy tại thời điểm lấy mẫu (13-9-2010), nồng độ asen trong mẫu nước ngầm ở các gia đình đều có nồng độ asen cao hơn cho phép ( 10 µg/L). Nồng độ asen còn lại trong nước đã qua lọc cát còn khá cao từ 92,14 µg/L (M5) xuống còn 38,28 µg/L (M6). Chúng tôi lấy mẫu nước M5 và M6 của một hộ gia đình chưa qua và đã qua lọc cát để tiến hành khảo sát khả năng xử lí bằng hạt nano chitosan-oxit sắt từ được tổng hợp theo tỉ lệ 3:1. 2.2.3. Kết quả xử lí nước giếng khoan nhiễm asen Để xử lí mẫu nước, chúng tôi dùng 0,1 gam hạt nano (tỉ lệ 3:1) xử lí 100 mL nước nhiễm asen theo phương pháp khuấy, kết quả thu được ở Bảng 5. Bảng 5. Nồng độ As trong mẫu nước theo thời gian xử lí C0 (µg/L) C (µg/L) Thời gian xử lí(h) % As bị xử lí 92,14 45,96 1h 50,12% 92,14 27,43 2h 70,23% 92,14 25,20 3h 72,65% 92,14 15,91 6h 82,73% 38,28 17,41 1h 54,52% Kết quả thu được cho thấy với hàm lượng asen trong thực tế chỉ bằng 1/4 so với asen trong mẫu tự tạo nhưng khả năng xử lí của hạt nano đã tổng hợp kém hơn nhiều. Sau 3h 16 Tổng hợp và nghiên cứu sử dụng hạt nano chitosan - oxit sắt từ để xử lí asen trong nước sinh hoạt xử lí, hàm lượng asen chỉ giảm 72,65% (so với 97,95% của As(V) - Bảng 1) và tương tự như As(III) là 70,79% (Bảng 3), sau 6h xử lí hàm lượng asen giảm 82,73% (so với 98,50% của As(V) - Bảng 1) và cũng tương tự As(III) là 85,53% (Bảng 3). Điều đó chứng tỏ trong mẫu nước thực tế ở trên không chỉ có As(V) mà còn có As(III) và asen ở dạng hữu cơ. Chúng tôi cho vào các mẫu nước trên dung dịch KMnO4 trong môi trường axit H2SO4 để phá hủy chất hữu cơ chứa asen và oxi hóa As(III) lên As(V), sau đó trung hòa bằng NaOH và lọc bỏ kết tủa màu đen. Nước lọc được xử lí lại bằng hạt nano đã tổng hợp và thu được kết quả ở Bảng 6. Bảng 6. Nồng độ As (của mẫu nước sau khi bị oxi hóa) theo thời gian xử lí C0(µg/L) C(µg/L) Thời gian xử lí(h) % As bị xử lí 92,14 37,54 Sau khi xử lí bằng hỗn hợp KMnO4/H2SO4 59,26% 37,54 3,14 1h 91,64% 37,54 1,87 2h 95,02% 37,54 1,45 3h 96,14% Như vậy ngay sau khi cho thêm chất oxi hóa KMnO4/H2SO4 và trung hòa bằng kiềm lượng asen trong nước đã giảm đáng kể (giảm 59,26%). Sau 3h khuấy lượng asen còn lại thay đổi không đáng kể so với thời gian khuấy 2h. 3. Kết luận 1-Chúng tôi đã tổng hợp hạt nano chitosan-oxit sắt từ theo phương pháp khử một phần với tỉ lệ tốt nhất theo khối lượng chitosan:Fe3O4 = 3:1. Sản phẩm điều chế bền vững trong không khí do được chitosan bao bọc nên ít bị ảnh hưởng bởi tác nhân bên ngoài. 2-Sử dụng sản phẩm đã tổng hợp để xử lí asen trong nước sinh hoạt cho kết quả rất tốt. Sau khi được xử lí nồng độ asen ban đầu đã giảm mạnh xuống dưới mức tiêu chuẩn cho phép của asen trong nước uống ( 10 µg/L). 3-Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, với nguồn nguyên liệu rẻ (chitin và chitosan lấy từ vỏ tôm, cua. . . và hợp chất của Fe), phương pháp tổng hợp đơn giản, sản phẩm thu được có hiệu quả xử lí asen tốt. Hạt nano chitosan-oxit sắt từ được tổng hợp mang ý nghĩa thực tiễn lớn, có thể sử dụng làm vật liệu hấp phụ asen trong môi trường nước nói chung. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu của bài báo mới chỉ ở phạm vi phòng thí nghiệm, bước đầu nghiên cứu tổng hợp một vật liệu mới là hạt nano chitosan-oxit sắt từ để ứng dụng hấp phụ xử lí asen. Muốn sử dụng vật liệu để xử lí asen trong thực tế cần phải có những nghiên cứu tiếp theo. 17 Trần Thị Hồng Vân, Trịnh Quyết Thắng, Trần Minh Đức, Đào Văn Bảy và Nguyễn Quang Tuyển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Cát, 2002. Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và nước thải. Nxb Thống kê. [2] Karina Donadel, Marcos D.V. Felisberto, Valfredo T. Fávere, Mauricio Rigoni, 2006. Synthesis and characterization of the iron oxide magnetic particles coated with chitosan biopolymer. [3] Dr.Wolfgang Driehaus, 2000. Asenic removal from drinking water: the GEHr process. GEH Wasserchemie GmbH & Co. KG. [4] Nguyễn Khắc Hải, 2007. Ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nguồn nước sinh hoạt đến sức khỏe con người. Viện Y học Lao động Môi trường. http:// www.nea.gov.vn. [5] M. Namdeo, S.K. Bajpai, 2004. Chitosan–magnetite nanocomposites (CMNs) as magnetic carrier particles for removal of Fe(III) from aqueous solutions. [6] Trịnh Quyết Thắng, 2010. Tổng hợp, nghiên cứu và ứng dụng hoạt tính xúc tác của hạt nano chitosan-oxit sắt từ trong xử lí asen. Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hóa học. Trường Đại học sư phạm Hà Nội. [7] Pham Hung Viet, Tran Hong Con, Cao The Ha, Hoang Van Ha, M.berg, W.Giger, R.Schertenleib, 2003. Investgitation of asenic removal technologies for drinking water in Vietnam, in “Arsenic Exposure and Health Effects V”, Published by Elsevier Science, Chapter 35, pp. 459-469. [8] Đặc điểm của chitin - chitosan. Hoahocvietnam.com. [9] Nghiên cứu tổng hợp oxit sắt từ kích thước nanomet và khả năng tách asen của chúng, 27/10/2008. www.irv.moi.gov.vn. ABSTRACT Synthesis and study of application of magnetic iron oxide nanoparticles coated with chitosan to remove arsenic from water Magnetic iron oxide nanoparticles coated with chitosan were synthesised using the method of partial reduction of Fe3+ in the presence of chitosan. The structure of the synthesised product as well as morphology of the product were examined referring to XRD spectrum and SEM photos. The obtained magnetic iron oxide nanoparticles coated with chitosan were used to remove arsenic from water. The study results showed that the synthesised product can be used to efficiently eliminate arsenic from ground water