“Nghiên cứu tổng hợp xúc tác iron tungstate để hoạt hóa sulfite ứng dụng oxi hóa arsenite” là đề tài nghiên cứu của nhóm nhà khoa học do TS Nguyễn Quốc Khương Anh - Trường Đại học Nguyễn Tất Thành (TPHCM) làm chủ nhiệm.
Oxy hóa asen trong nước ngầm
TS Nguyễn Quốc Khương Anh cho biết, arsenic, còn được viết là asen (As) là nguyên tố rất độc hại, có mặt ở khắp mọi nơi trong môi trường đất, nước và khí.
Đặc biệt, sự ô nhiễm As trong nước ngầm luôn là vấn đề được đặc biệt quan tâm trên toàn thế giới. Tại Việt Nam, nguồn nước ngầm ở nhiều tỉnh thành được phát hiện chứa hàm lượng As rất cao.
Trên thị trường hiện có nhiều công nghệ và giải pháp xử lý Asen, nhưng thường phức tạp, cần hoá chất (phương pháp keo tụ, kết tủa) hoặc đắt tiền và phải dùng năng lượng (phương pháp lọc màng, RO) và cần bảo trì thường xuyên.
Để khử asen, còn có phương pháp hấp thụ như dùng vật liệu nhôm hoạt hoá hoặc oxit nhôm hoạt hoá. Phương pháp này tương đối thuận lợi, song tuỳ thuộc vào chất lượng nước và hàm lượng sắt trong nước nguồn, đồng thời phải nhập từ nước ngoài.
Quá trình oxi hóa nâng cao sử dụng sulfite có nhiều ưu điểm như sử dụng hóa chất ít độc hại và giá thành thấp (là sulfite), có khả năng tạo ra các gốc tự do sulfate và hydroxyl có tính oxi hóa mạnh.
Để chuyển hóa sulfite thành các gốc tự do thì đòi hỏi sự tham gia của các tác nhân hoạt hóa như năng lượng, xúc tác đồng thể, dị thể. Trong đó, xúc tác dị thể được xem là một giải pháp có lợi về kinh tế để hoạt hóa sulfite vì có thể được tái sử dụng và không đòi hỏi những chi phí về năng lượng.
Dựa trên ưu điểm này, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp vật liệu nano phèn sắt FeWO4 bằng phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng làm xúc tác cho quá trình oxi hóa As(III) bằng sulfite.
Vật liệu FeWO4 được lựa chọn vì có từ tính, rẻ tiền, độ bền hóa học cao, sở hữu tâm xúc tác Fe3+/Fe2+ phù hợp cho quá trình hoạt hóa sulfite và có thể thu hồi và tái sử dụng.
Nhóm thực hiện sử dụng vật liệu FeWO4 làm xúc tác cho quá trình oxi hóa As(III) bằng sulfite. Trong đó, xúc tác FeWO4_300 cho hiệu quả oxi hóa As(III) cao nhất.
Ảnh hưởng của nồng độ sulfite, liều lượng xúc tác và pH của dung dịch đến hiệu quả oxi hóa As(III) trong hệ FeWO4_300/sulfite cũng được nghiên cứu chi tiết. Kết quả cho thấy quá trình oxi hóa As(III) (20 µM) đạt hiệu quả cao nhất bằng 50,6% trong sự hiện diện của sulfite (2 mM) và FeWO4 (0,5 g/L) tại pH 3.
Ngoài ra, xúc tác dị thể FeWO4_300 duy trì độ bền qua 5 lần tái sử dụng với hiệu quả oxi hóa As(III) chỉ giảm khoảng 6% so với lần xử lí đầu tiên.
Cấu trúc pha của FeWO4_300 hoàn toàn không thay đổi sau khi sử dụng và nồng độ kim loại bị rửa lũa vào trong dung dịch là không đáng kể, chứng tỏ độ bền cao của vật liệu FeWO4_300, phù hợp với các ứng dụng xử lý nước thải.
Mở rộng nghiên cứu để ứng dụng
TS Khương Anh cho biết, kết quả của nhiệm vụ được kỳ vọng sẽ là giải pháp mới góp phần xử lý ô nhiễm As trong môi trường nước ngầm, cũng như khả năng ứng dụng mới của vật liệu FeWO4.
TS Nguyễn Quốc Khương Anh cho biết, mặc dù kết quả nhiệm vụ cho thấy khả năng ứng dụng của vật liệu FeWO4, cũng như khả năng xúc tác của loại vật liệu này cho quá trình oxi hóa As(III) bằng sulfite, tuy nhiên vẫn còn nhiều điểm cần được mở rộng nghiên cứu như: Nghiên cứu cơ chế hoạt hóa sulfite bằng xúc tác FeWO4 trong quá trình oxi hóa As(III); ảnh hưởng của các thành phần thường hiện diện trong nước thực như các anion vô cơ và humic acid đến hiệu quả oxi hóa As(III) trong hệ sulfite/ FeWO4_300.
Ở Việt Nam, một số khảo sát gần đây đã phát hiện thấy nước ngầm ở nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng bị nhiễm asen nặng với nồng độ cao gấp nhiều lần so với giới hạn an toàn cho sức khỏe con người.
Với sự ô nhiễm ngày càng tăng của các nguồn nước mặt, nước ngầm đang được khai thác rộng rãi ở Hà Nội và nhiều tỉnh thành khác để làm nước ăn uống. Hơn nữa, phần lớn dân số ở nông thôn đang sử dụng trực tiếp nước giếng khoan mà không qua xử lý hoặc chỉ qua xử lý đơn giản để loại bỏ sắt và mangan nếu có.
Asen được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) xếp vào nhóm độc loại A. Việc sử dụng nguồn nước nhiễm Asen sẽ gây ra rất nhiều bệnh cấp tính, mãn tính, biến đổi nhiễm sắc thể, chậm phát triển thể chất và trí tuệ ở trẻ em.
Đặc biệt nhiễm độc asen do dùng nước lâu năm là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây nên các bệnh ung thư (ung thư da, ung thư phổi, ung thư bàng quang), mặc dù hàm lượng Asen rất nhỏ diện diện trong nước ăn uống. Ảnh hưởng của nhiễm asen sẽ rất nghiêm trọng đến sức khoẻ và tính mạng con người, tạo ra gánh nặng cho xã hội.
Vì vậy, việc phát triển các công nghệ khả thi xử lý asen trong nước sinh hoạt ở qui mô xử lý tập trung cũng như qui mô hộ gia đình là một yêu cầu cấp bách ở nước ta hiện nay.
Để phù hợp với điều kiện kinh tế – xã hội nước ta, một nước đang phát triển, các công nghệ xử lý này cần đơn giản, đầu tư thấp, giá thành rẻ, an toàn, dễ vận hành và bảo dưỡng nhưng cần đảm bảo được hiệu quả xử lý.
