Khảo sát khả năng hấp thu Thủy ngân, Cadimi, Đồng và Kẽm trong nước bằng chitosan

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (3), Tr. 285 - 288, 2004<br /> <br /> <br /> Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp thu thñy ng©n, cadimi, ®ång<br /> vµ kÏm trong n íc b»ng chitosan<br /> §Õn Tßa so¹n 28-7-2003<br /> NguyÔn ThÞ Nh Mai1, Lª ThÞ H¶i1, Hå ThÞ BÝch Ngäc1, Vâ TÊn ThiÖn2,<br /> NguyÔn V¨n Søc2, NguyÔn Méng Sinh2<br /> 1<br /> Khoa Hãa häc, §¹i häc §" L¹t<br /> 2<br /> ViÖn N¨ng l+îng nguyªn tö ViÖt Nam<br /> <br /> <br /> Summary<br /> Chitosan was used as a carrier for extraction and accumulation of heavy metals in water. The<br /> sorption of Hg, Cd, Cu and Zn on chitosan in water obtained maximum values after stirring at 90<br /> minutes. The sorption percent of chitosan reached 90%, 41%, 38% and 20% for Hg, Cd, Cu and<br /> Zn, respectively. The optimum pH for sorption is from 4 to 6. Ammonium sulfate 0.02 M was used<br /> as an activation agent to increase the sorption. The sorption efficiency was determined is about<br /> 98%.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu víi c¸c ion kim lo¹i nÆng trong m«i tr êng n íc<br /> [1 - 5].<br /> C¸c cë së c«ng nghiÖp v khai kho¸ng t¹i Trong c«ng tr×nh n y chitosan ® îc kh¶o s¸t<br /> c¸c ®Þa ph ¬ng ë n íc ta, theo ®¸nh gi¸ cña c¸c nh vËy liÖu ®Ó t¸ch v l m gi u thñy ng©n,<br /> nh m«i tr êng phÇn lín cßn dïng c«ng nghÖ cadimi, ®ång v kÏm trong n íc phôc vô cho<br /> l¹c hËu v ch a quan t©m nhiÒu ®Õn c«ng nghÖ nhu cÇu ph©n tÝch vÕt kim lo¹i v xö lý m«i<br /> xö lý th¶i. H¬n n÷a, c¸c nguån n íc th¶i th êng tr êng n íc.<br /> kh«ng ® îc tËp trung m ph©n t¸n nªn viÖc qu¶n<br /> lý v kiÓm tra møc ®é « nhiÔm kim lo¹i nÆng rÊt II - Nguyªn liÖu v, ph ¬ng ph¸p<br /> khã kh¨n. Do vËy, viÖc nghiªn cøu ®¸nh gi¸ mét nghiªn cøu<br /> c¸ch tæng thÓ v cã hÖ thèng møc ®é « nhiÔm<br /> kim lo¹i nÆng v ®éc trong c¸c nguån n íc v Chitosan d¹ng bét mÞn cña C«ng ty<br /> t×m c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt ®Ó xö lý l mét c«ng Katokichi, NhËt B¶n ký hiÖu 10B, cã møc ®é<br /> viÖc cÊp b¸ch hiÖn nay. deaxetyl hãa t ¬ng øng l 99 mol%, khèi l îng<br /> Trong ®a sè tr êng hîp, khi ph©n tÝch l îng ph©n tö trung b×nh tõ 5.105 - 7.105 Dalton.<br /> vÕt c¸c kim lo¹i nÆng trong mÉu n íc ®Òu ph¶i C¸c lo¹i muèi v dung dÞch chuÈn cña Hg2+,<br /> qua giai ®o¹n t¸ch v l m gi u. Qu¸ tr×nh n y sÏ Cd , Cu2+ v Zn2+ ®Òu ë d¹ng tinh khiÕt ph©n<br /> 2+<br /> <br /> n©ng cao ®é nh¹y, ®é chÝnh x¸c cña ph ¬ng tÝch, Merck (§øc).<br /> ph¸p ph©n tÝch. §Ó t¸ch v l m gi u c¸c ion kim lo¹i trªn<br /> C¸c polysaccarit tù nhiªn m ®iÓn h×nh l chitosan, dung dÞch mÉu ph©n tÝch thªm amoni<br /> chitsan cã cÊu tróc lç xèp víi c¸c nhãm amin sulfat ®Õn nång ®é 0,01 M, ®iÒu chØnh pH = 4 -<br /> trong m¹ng l íi ph©n tö nªn cã kh¶ n¨ng ph©n 5, cho chitosan v o dung dÞch víi l îng thÝch<br /> tö nªn cã kh¶ n¨ng hÊp thu qua viÖc t¹o phøc hîp, khuÊy trong thêi gian 90 phót. Sau ®ã läc<br /> <br /> 285<br /> röa, t¸ch phÇn chitosan v ®Ó kh« tù nhiªn. MÉu thêi gian ®o 30 phót, ® îc x¸c ®Þnh theo ®Ønh<br /> sau ®ã ® îc ®ãng gãi trong bao b× PE s¹ch, h n 1115,5 keV cña 65Zn [6].<br /> kÝn v tiÕn h nh c¸c b íc chiÕu x¹ trªn lß ph¶n MÉu Cu2+/chitosan ® îc ®ùng trong c¸c<br /> øng § L¹t ®Ó x¸c ®Þnh h m l îng b»ng ph ¬ng contain¬ b»ng nhùa PE, ® êng kÝnh 1,5 cm,<br /> ph¸p kÝch ho¹t n¬tron. Dung dÞch n íc cßn l¹i chiÒu cao 10 cm. § îc chiÕu trªn kªnh 7/1, thêi<br /> sau khi t¸ch còng ® îc ph©n tÝch kiÓm tra h m gian chiÕu 2 - 5 phót, thêi gian ®Ó nguéi 2 - 5<br /> l îng c¸c kim lo¹i ®o t¸ch. phót, thêi gian ®o 100 gi©y, ® îc x¸c ®Þnh theo<br /> §Ó kÝch ho¹t n¬tron mÉu Hg2+, Cd2+, ®Ønh 1039,4 keV cña 66Cu.<br /> 2+<br /> Zn /chitosan (trong bao b× PE) ® îc ®ùng trong<br /> c¸c contain¬ b»ng nh«m tinh khiÕt, h×nh trô, III - KÕt qu¶ v, th¶o luËn<br /> ® êng kÝnh 2 cm, chiÒu cao 15 cm, bÒ d y líp<br /> nh«m d = 1,5 mm. § îc chiÕu trªn m©m quay, KÕt qu¶ kiÓm tra ®é hÊp thu cña thñy ng©n<br /> trong 20 giê. Cd2+ ® îc ®Ó nguéi 3 ng y, thêi trªn chitosan ® îc tr×nh b y trªn h×nh 1 v tèc<br /> gian ®o 30 phót, ® îc x¸c ®Þnh theo ®Ønh 336,3 ®é hÊp thu cña Hg2+, Cd2+, Cu2+ v Zn2+ trªn<br /> keV cña 115Cd. Hg2+ ® îc ®Ó nguéi 10 - 20 ng y, chitosan ® îc tr×nh b y trªn h×nh 2.<br /> % hÊp thu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100 % hÊp thu 100<br /> <br /> <br /> 75 75<br /> <br /> <br /> 50 50<br /> <br /> <br /> 25 25<br /> <br /> <br /> 0 0<br /> 10 30 60 90 120 150 10 30 60 80 120<br /> Thêi gian, phót Thêi gian, phót<br /> H×nh 1: Tèc ®é hÊp thu cña thñy ng©n trªn H×nh 2: Tèc ®é hÊp thu cña Hg , Cd2+, Cu2+ v<br /> 2+<br /> <br /> chitosan Zn2+ trªn chitosan<br /> ( )HgCl2, ( )Hg(NO3)2, ( )HgSO4 ( )Hg2+, ( )Cd2+, ( )Cu2+, ( )Zn2+<br /> <br /> Tõ h×nh 1 v 2 cho thÊy tèc ®é hÊp thu cùc chitosan [7].<br /> ®¹i cña c¸c ion kim lo¹i trªn chitosan ®¹t boo Møc ®é hÊp thu trªn chitosan cña c¸c ion<br /> hßa sau khi dung dÞch ® îc khuÊy trªn 90 phót.<br /> Møc ®é hÊp thu cña ion thñy ng©n l cao nhÊt d¹ng muèi sulfat cao h¬n h¼n c¸c ion ë d¹ng<br /> (90%), thÊp dÇn ®Õn cadimi (41%) ®ång (38%) muèi nitrat v clorua. Sù hÊp thu cña c¸c ion<br /> v kÏm (20%). Kh¶ n¨ng hÊp thu phô thuéc v o kim lo¹i trªn chitosan phô thuéc v o anion ®èi<br /> b¶n chÊt cña ion. §èi víi c¸c ion cïng hãa trÞ, cã mÆt trong dung dÞch, ®èi víi c¸c anion ®a<br /> ion n o cã b¸n kÝnh lín sÏ cã kh¶ n¨ng hÊp thu hãa trÞ nh sulfat ngo i viÖc t¹o phøc cßn cã liªn<br /> cao, c¸c ion cã b¸n kÝnh lín th× ®é ph©n cùc lín kÕt m¹ch qua cÇu nèi sulfat t¹o sù ¸n ng÷ kh«ng<br /> dÔ tiÕn gÇn bÒ mÆt vËt r¾n h¬n, thÕ ion hãa thø gian l m t¨ng kh¶ n¨ng hÊp thu [8].<br /> hai còng cã ¶nh h ëng ®Õn kh¶ n¨ng hÊp thu ®èi<br /> víi c¸c ion kim lo¹i cã b¸n kÝnh gÇn b»ng nhau. ¶nh h ëng cña pH v ¶nh h ëng cña nång<br /> Sù hÊp thu x¶y ra do ph¶n øng t¹o phøc gi÷a c¸c ®é ®Õn kh¶ n¨ng hÊp thu cña chitosan ® îc tr×nh<br /> ion kim lo¹i víi nit¬ cña nhãm amin trong m¹ch b y trªn h×nh 3 v h×nh 4.<br /> <br /> 286<br />  100 100<br /> <br /> 80 80<br /> % hÊp thu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> % hÊp thu<br /> 60 60<br /> 40 40<br /> 20<br /> 20<br /> 0<br /> 0<br /> 1 2 3 4 5 6<br /> 0 1 2 3 4<br /> pH<br /> -lgC<br /> Thêi gian, phót Thêi gian, phót<br /> H×nh 3: ¶nh h ëng cña pH lªn kh¶ n¨ng hÊp thu H×nh 4: ¶nh h ëng cña nång ®é amoni sulfat lªn<br /> cña chitosan kh¶ n¨ng hÊp thu cña chitosan<br /> ( )Hg2+, ( )Cd2+, ( )Cu2+, ( )Zn2+ ( )Hg2+, ( )Cd2+, ( )Cu2+, ( )Zn2+<br /> <br /> Tõ h×nh 3 cho thÊy kh¶ n¨ng hÊp thu cña ion MÉu chuÈn cña c¸c ion kim lo¹i thñy ng©n,<br /> kim lo¹i thñy ng©n, cadimi, ®ång v kÏm lªn cadimi, ®ång v kÏm víi h m l îng 20 µg trong<br /> chitosan t ¬ng ®èi æn ®Þnh ë pH tõ 4 - 6. Møc n íc ® îc hÊp thu bëi chitosan theo c¸c ®iÒu<br /> ®é hÊp thu cña chóng trªn chitosan gi¶m ë pH < kiÖn ®o kh¶o s¸t. L îng hÊp thu trªn chitosan<br /> 4 v× lóc n y chitosan bÞ tr ¬ng v cã ¸i lùc m¹nh ® îc x¸c ®Þnh b»ng ph ¬ng ph¸p kÝch ho¹t<br /> víi n íc, ë pH > 6 c¸c ion kim lo¹i bÞ thñy n¬tron trªn lß ph¶n øng § L¹t.<br /> ph©n. Sù hÊp thu c ng lín ®èi víi c¸c ion kim Tõ c¸c kÕt qu¶ thu ® îc trªn b¶ng 1, nhËn<br /> lo¹i cã mËt ®é ph©n bè trªn chitosan c ng cao thÊy hiÖu suÊt hÊp thu (t¸ch-l m gi u) cña<br /> [9]. chitosan víi c¸c ion kim lo¹i thñy ng©n, cadimi,<br /> Tõ h×nh 4 cã thÓ thÊy khi t¨ng nång ®é cña ®ång v kÏm ®¹t kh¸ cao. Nh vËy, cã thÓ xem<br /> amoni sulfat th× kh¶ n¨ng hÊp thu c ng t¨ng v nh chitonsan ®o hÊp thu gÇn nh ho n to n c¸c<br /> ®¹t møc ®é boo hßa ë nång ®é tõ 0,02 M cho tÊt ion kim lo¹i trªn trong n íc ë c¸c ®iÒu kiÖn<br /> c¶ c¸c ion kim lo¹i ®ang kh¶o s¸t. Amoni sulfat kh¶o s¸t. Chitosan ®o chøng tá nh l mét t¸c<br /> ® îc dïng nh mét trong nh÷ng t¸c nh©n ho¹t nh©n hÊp thu ®Ó t¸ch v l m gi u ion kim lo¹i<br /> hãa. Møc ®é hÊp thu cùc ®¹i cña c¸c ion kim trong n íc cã hiÖu qu¶, hiÖu suÊt hÊp thu 4 ion<br /> lo¹i ë d¹ng muèi Cl- v NO3- trªn chitosan khi kim lo¹i Hg, Cd, Cu v Zn cña chitosan ®¹t<br /> thªm amoni sulfat ho¹t hãa còng t ¬ng ® ¬ng ® îc kho¶ng 98%.<br /> so víi kh¶ n¨ng hÊp thu cña c¸c ion ë d¹ng<br /> muèi sulfat khi cã sù c©n b»ng nång ®é sulfat.<br /> IV - KÕt luËn<br /> B¶ng 1: HiÖu suÊt hÊp thu cña chitosan<br /> Nh÷ng kh¶o s¸t trong c«ng tr×nh n y ®o l m<br /> Nguyªn L îng L îng hÊp HiÖu râ thªm kh¶ n¨ng hÊp thu cña chitosan víi tõng<br /> tè chuÈn, µg thu, µg suÊt, % ion kim lo¹i l kh¸c nhau. Qu¸ tr×nh hÊp thu cã<br /> chän läc cña chitosan cho thÊy mét kh¶ n¨ng sö<br /> Hg 20 19,64 98,20 dông nã nh mét t¸c nh©n t¸ch v l m gi u,<br /> Cd 20 19,70 98,50 phôc vô cho nhu cÇu ph©n tÝch c¸c kim lo¹i<br /> Cu 20 19,60 98,00 nÆng-®éc trong m«i tr êng n íc. Trong ph©n<br /> tÝch kÝch ho¹t n¬tron viÖc t¸ch v l m gi u tr íc<br /> Zn 20 19,62 98,10 khi chiÕu x¹ cã ý nghÜa quan träng v h¹n<br /> <br /> 287<br /> chÕ qu¸ tr×nh tiÕp xóc v l m viÖc víi phãng x¹ 4. Hao Jiang et al. Macromol. Chem. Phys.,<br /> §o kh¶o s¸t tèc ®é hÊp thu, ¶nh h ëng cña pH, Vol. 198, P. 1561 - 1578 (1997).<br /> ¶nh h ëng cña ®iÒu kiÖn v chÊt ho¹t hãa lªn 5. C. L. Lasko and M. P. Hurst. Environmental<br /> møc ®é hÊp thu cña Hg, Cd, Cu v Zn trªn Sci. Tech., Vol. 33, No. 20, P. 3622 - 3626,<br /> chitosan ®¹t 98%. (1999).<br /> 6. D. D. Soete, R. Gijbels and J. Hoste.<br /> T,i liÖu tham kh¶o Neutron activation analysis. Willey Inter-<br /> science, London-NewYork-Sydney-Toronto,<br /> 1. K. Ohga, Y. Kurauchi and H. Hiroshi. Bull. (1972).<br /> Chem. Soc. Japan, Vol. 60, P. 444 - 446<br /> 7. Riccardo. A. A. Muzzarelli. Chitin.<br /> (1987).<br /> Pergamon Press (1977).<br /> 2. C. P. Covas, L. W. Alvarez and W. A. 8. B. L. Averbach. Proceedings of the second<br /> Monal. J. Appl. Polym. Sci., Vol. 46, P. international conference on Chitin and<br /> 1147 - 1150 (1992). Chitosan, Sapporo-japan, P. 248 - 250<br /> 3. K. R. Nair and P. Madhavan. Proceedings of (1982).<br /> the second International Conference on 9. R. Maruca, B. Suder and J. P. Wightman; J.<br /> Chitin and Chitosan, Sapporo-Japan, P. 187 Appl. Polym. Sci., Vol. 27, P. 4827 - 4837<br /> - 190 (1982). (1982).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 288<br />