Thạc Sĩ Nghiên cứu tổng hợp một số oxit hỗn hợp kích thước nanomet hệ đất hiếm-mangan và khảo sát khả năng h

MỞ ĐẦU
Hiện nay, vật liệu nano được biết đến với các ứng dụng như: cung cấp
năng lượng sạch, truyền tải điện năng hiệu suất cao, sử dụng vật liệu nano cho
các hệ thống lọc nước sạch Một số nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Nhật
Bản, các nước châu Âu đã nhìn nhận công nghệ nano như một trong những lĩnh
vực triển vọng nhất của thế kỷ 21 và đã có các dự án đầu tư tương đối lớn cho
lĩnh vực này. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển thì công nghệ nano chưa
được phát triển và vẫn còn rất mới. Việt Nam cũng nằm trong nhóm các nước
này.
Trong vài thập kỷ vừa qua, ở Việt Nam, sự phát triển khoa học và công
nghệ và sự đô thị hoá làm tăng ô nhiễm môi trường do nguồn khí thải, nước thải
và chất thải rắn không được sử lý một cách triệt để. Một trong các vấn đề được
quan tâm đó là nước sinh hoạt đang ngày càng cạn kiệt và ô nhiễm ngày càng
tăng.
Hiện nay, ở nước ta nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu là nguồn
nước ngầm. Nhưng nguồn nước này ở một số khu vực bị ô nhiễm, chứa các
chất có hại cho sức khoẻ con người như các kim loại nặng, các hợp chất lưu
huỳnh, các hợp chất nitơ, các hợp chất halogen và các hợp chất hữu cơ Vấn đề
mà người dân ở các tỉnh, thành phố như: Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Vĩnh
Phúc, Nghệ An, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Hà Tĩnh, đặc biệt quan tâm đó
là sự ô nhiễm asen, amoni trong nguồn nước sinh hoạt. Đây là các hợp chất có
hại cho sức khoẻ con người, gây bệnh hiểm nghèo như ung thư, suy giảm hoạt
động hệ tiêu hoá và tiết liệu.
Các phương pháp hóa học, hóa-lí để xử lý nước như: kết tủa, hấp thụ, hấp
phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, thẩm thấu ngược ., tùy theo yêu cầu cụ
thể mà chọn phương pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp. Phương pháp hấp phụ là biện
pháp phổ biến và có hiệu quả để loại bỏ asen, nhất là việc sử dụng vật liệu nano. 2

Việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các vật liệu nano oxit kim loại để hấp phụ
asen được nhiều nhà khoa học quan tâm do những đặc tính ưu việt của chúng.
Tuy nhiên, các nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực này chưa được hệ thống và
hiệu quả ứng dụng thực tiễn chưa cao. Đặc biệt nghiên cứu khả năng hấp phụ
asen, amoni trên vật liệu nano oxit hỗn hợp hệ đất hiếm – mangan còn rất hạn
chế. Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu tổng hợp một số oxit hỗn
hợp kích thước nanomet hệ đất hiếm-mangan và khảo sát khả năng hấp phụ
đối với amoni, asen, sắt, mangan trong nước sinh hoạt” với các nội dung
chính cũng là các điểm mới của luận án: Tổng hợp oxit hỗn hợp CeO2-MnOx,
các perovskit LaMnO3, NdMnO3, PrMnO3 kích thước nanomet bằng phương
pháp đốt cháy gel polyvinylancol (PVA) và lần đầu tiên nghiên cứu khả năng
hấp phụ của các vật liệu này đối với amoni, asen trong nước sinh hoạt.













3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Tổng quan tình hình ô nhiễm asen, sắt, mangan, amoni trong nước ngầm
ở Việt Nam
Nhu cầu của nước sinh hoạt và công nghiệp tồn tại song song với sự phát
triển của con người, ở đâu có nước thì ở đó mới có sự sống. Đối với các hệ
thống cấp nước công đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được quan
tâm, bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phụ
thuộc vào sự biến động theo mùa. Ngoài ra, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh
hưởng bởi tác động của con người. Chất lượng nước ngầm tốt hơn chất lượng
nước mặt rất nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay hạt lơ
lửng, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh thấp. Thành phần đáng quan tâm trong
nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện hạ tầng, thời tiết,
nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có
điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng
nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu
ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm còn bị nhiễm bẩn do
tác động của con người như các chất thải của con người, động vật, các chất thải
sinh hoạt, chất thải hoá học, việc sử dụng phân bón hoá học Tất cả những loại
chất thải đó theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm
nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người
đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, do các vi khuẩn gây bệnh,
nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và
không loại trừ cả các chất phóng xạ.
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng
và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm ở Việt Nam nói chung có hàm lượng muối
cao, hàm lượng Fe, Mn, Mg cũng cao hơn so với thế giới [1, 2]. Việc chọn
nguồn nước là quá trình rất phức tạp, ngoài vấn đề kinh tế thì việc đánh giá chất
lượng nước luôn được xem là quan trọng. Việc đánh giá thường được thực hiện 4

thông qua các số chỉ tiêu của nước, qua đó có thể xác định công nghệ xử lý
thích hợp tuỳ theo những khu vực nhất định có những điều kiện cụ thể mà cần
đánh giá khảo sát cho phù hợp.
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước con người không ngừng khai thác xử
lý nguồn nước. Phần lớn nước khai thác và sử dụng trong sinh hoạt và công
nghiệp hiện nay là nước ngầm. Vì vậy, ô nhiễm và sụt giảm nguồn nước ngầm
ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng môi trường và cuộc sống của người dân.
Theo số liệu thống kê đến năm 2006 của Bộ Y tế thì chỉ có 60% dân số
Việt Nam được tiếp cận với nước sạch hợp vệ sinh. Trong chiến lược quốc gia
mà Việt Nam đề ra thì đến năm 2020 sẽ đạt con số 100% người dân được tiếp
cận với nước sạch hợp vệ sinh. Để đạt được mục tiêu đề ra, Việt Nam cần phải
giải quyết vấn đề xử lý nước ngầm ô nhiễm, mà điều này còn gặp nhiều khó
khăn.
1.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm
Vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20 và cho đến thế kỷ 21 vấn đề
ô nhiễm asen trong nước sinh hoạt là mối quan tâm đặc biệt trên toàn thế giới,
khi thảm hoạ nhiễm độc asen được phát hiện trên diện rộng ở Bangladesh, Mỹ,
Trung Quốc, Chi Lê, Đài Loan, Mehico, Archentina, Hà Lan, Canada, Hungari,
Nhật Bản và Ấn Độ [3]. Ở Việt Nam, một số khảo sát đã phát hiện thấy nước
ngầm ở nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng bị nhiễm asen nặng với nồng độ
cao rất nhiều so với giới hạn an toàn cho sức khoẻ con người (Tiêu chuẩn bộ Y
tế Việt Nam QĐ 1329/2002-BYT nồng độ asen trong nước sinh hoạt dưới
0,01mgAs/l) [4].
Theo tác giả Phạm Hùng Việt và các cộng sự, hàm lượng asen trong
nước ngầm vùng đồng bằng sông Hồng dao động trong khoảng 1-3050 µg/l
(trung bình là 159 µg/l) [5]. Cũng theo tác giả Phạm Hùng Việt và các cộng sự
công bố ở công trình [6] hàm lượng asen trong rất nhiều mẫu nước ngầm Hà 5

Nội cao hơn 550µg/l và dạng tồn tại chủ yếu là As(III). Theo nghiên cứu của tác
giả Tetsuro Agusa và các cộng sự ở thời điểm năm 2001, khi nghiên cứu các
mẫu nước ngầm ở khu vực huyện Gia Lâm và Thanh Trì, thành phố Hà Nội
hàm lượng asen trong nước ngầm trong khoảng 0,1 đến 330 µg/l, với 40% mẫu
vượt quá tiêu chuẩn cho phép về nước uống của WHO là 10µg/l [7].
Nghiên cứu của Nguyễn Vân Anh và các cộng sự khảo sát sự ô nhiễm
asen tại ba làng Vĩnh Trù, Bồ Đề, Hoà Hậu của tỉnh Hà Nam, nguồn nước người
dân ở các làng này sử dụng chủ yếu là nước ngầm, nồng độ asen trong các mẫu
nước ngầm tại các khu vực này trung bình là 348, 211 và 325 µg/l vượt quá tiêu
chuẩn cho phép (10 µg/l) [8].
Theo nghiên cứu của Hoàng Thị Hạnh và các cộng sự vào năm 2007-
2008 [9] ở các tỉnh vùng đồng bằng sông Mê Kông như An Giang, Đồng Tháp,
Kiên Giang và Long An hàm nước asen trong các mẫu nước ngầm được đưa ra
trong bảng sau.