Đề tài Từ nhôm phế liệu điều chế phèn chua và từ phèn chua pha chế một số dược phẩm dùng ngoài da

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC BỘ MÔN HÓA HỌC ------oOo------ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỪ NHÔM PHẾ LIỆU ĐIỀU CHẾ PHÈN CHUA VÀ TỪ PHÈN CHUA PHA CHẾ MỘT SỐ DƯỢC PHẨM DÙNG NGOÀI DA Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths. Võ Hồng Thái Nguyễn Thị Hải Yến MSSV: 2033487 Lớp: Cử Nhân Hóa K29 CẦN THƠ - 06/2007 Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da i LỜI CẢM ƠN Để em có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình trong bốn năm học và trong việc thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn: - Thầy Võ Hồng Thái đã hướng dẫn đề tài luận văn. - Các Thầy, Cô trong phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt bài luận văn của mình. - Và tất cả các Thầy, Cô khác đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học. - Cuối cùng em cũng xin cám ơn gia đình và bạn bè đã động viên em trong suốt quá trình học tập vừa qua. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da ii LỜI NÓI ĐẦU Gần đây chúng ta ngày càng hiểu rõ hơn vai trò của các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong mọi lãnh vực. Chúng tác động trực tiếp lên đời sống hàng ngày của con người và ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn, bởi nhiều tri thức thuộc các lĩnh vực khoa học khác nhau đã được áp dụng nhằm mục đích cải thiện đời sống và nâng cao sức khỏe của con người. Nhiều thành tựu của hóa học cũng đã liên tục xuất hiện trong những năm gần đây. Chính những thành tựu này nó đã thể hiện sự tận tụy lao động sáng tạo của các nhà hóa học lỗi lạc trên nhiều lĩnh vực như nguyên, nhiên liệu cho hỏa tiễn, từ việc điều chế thuốc kháng sinh, thuốc dùng trong nông nghiệp như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, kí sinh trùng đã có nhiều thành công đến việc sản xuất quần áo, tơ sợi tổng hợp, nhựa hóa học với nhiều tính chất rất khác nhau cũng xuất hiện ngày càng nhiều. Sự phát triển của công nghiệp chất dẻo và luyện kim đã tác động rất lớn đến lĩnh vực chế biến và bao bì thực phẩm, cũng như việc xây nhà, sản xuất ô tô, và chế tạo vật dụng gia đình…Ở mọi nơi hóa học đều có vai trò hết sức quan trọng nên các nhà hóa học đã không ngừng cố gắng để đạt được nhiều thành tựu hơn nữa. Không có ngành công nghiệp nào phát triển nhanh như ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm. Chính hóa học đã trao cho y dược những loại thuốc rất công hiệu, nó đã tích cực tham gia vào công cuộc đấu tranh chống bệnh tật. Bên cạnh những tiến bộ vượt bậc ấy, ta cũng không thể quên có một loại sản phẩm khá quen thuộc có vai trò quan trọng đời sống của con người, cũng như trong lĩnh vực y dược cách đây khá lâu, đó là Phèn chua. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da iii TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Để có thể tận dụng được nguồn phế liệu từ Nhôm và giới thiệu lại một số vị thuốc quen thuộc, đơn giản và rẻ tiền từ Phèn chua. Nên em đã thực hiện đề tài này với nội dung chính là : - Giới thiệu tổng quát một số loại Phèn và tính chất của Phèn chua. - Một số ứng dụng của Phèn, trong đó có ứng dụng làm trong nước và làm dược phẩm là hai ứng dụng chinh mà em quan tâm. - Một số phương pháp điều chế Phèn chua từ các nguyên liệu khác nhau. - Thực nghiệm kiểm tra một số tính chất của Phèn chua. - Tiến hành pha chế một số dược phẩm từ Phèn chua. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da iv MỤC LỤC Trang PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………………………….. 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHÈN CHUA…………………… 1 1. Khái quát về Phèn………………………………………………….. 1 2. Một số loại Phèn phổ biến…………………………………………..1 2.1. Phèn Natri…………………………………………………………1 2.2. Phèn Nhôm……………………………………………………… 2 2.3. Phèn Aminonium………………………………………………… 2 2.4. Phèn Kali………………………………………………………… 2 3. Một số tính chất của Phèn chua…………………………………… 3 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ ƯU ĐIỂM CỦA PHÈN CHUA…………………… 5 1. Trong công nghiệp…………………………………………………. 5 1.1. Trong công nghiệp làm giấy……………………………………... 5 1.2. Trong công nghiệp nhuộm vải…………………………………… 7 2. Trong đời sống sinh hoạt hằng ngày của người dân………………7 2.1. Giới thiệu chung về nguồn tài nguyên nước……………………... 7 2.2. Các cách xử lý nước………………………………………………10 2.2.1. Giới thiệu chung…………………………………………………..10 2.2.2. Một số quá trình xử lý nước………………………………………11 3. Trong lĩnh vực y dược và sức khỏe………………………………. 29 3.1. Làm thuôc khử mùi…………………………………………………. 29 3.2. Trị lang ben…………………………………………………………. 37 3.3. Trị bệnh nước ăn kẽ tay, kẽ chân…………………………………….38 3.4. Trị nấm mốc…………………………………………………………38 3.5. Làm thuốc sát trùng vết thương……………………………………...39 3.6. Làm thuốc dùng ngoài, se da, và niêm mạc……………………… 40 3.7. Chữa các bệnh về tai……………………………………………... 41 3.8. Chữa các bệnh về răng…………………………………………… 41 Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da v 3.9. Làm thuốc cầm máu và đánh mắt hột……………………………. 42 3.10. Một số bệnh khác có sử dụng phèn chua để trị………………… 43 CHƯƠNG 3: QUI TRÌNH SẢN XUẤT PHÈN CHUA………………… 45 1. Trong phòng thí nghiệm…………………………………………… 45 2. Trong công nghiệp…………………………………………………. 46 2.1. Từ quặng Bauxite………………………………………………….47 2.2. Từ đất sét và mỏ Alunit (Alunite)………………………………... 47 PHẦN II: THỰC NGHIỆM………………………………………………… 49 CHƯƠNG 1: SẢN XUẤT PHÈN CHUA………………………………… 49 1. Phương tiện………………………………………………………… 49 1.1. Dụng cụ…………………………………………………………... 49 1.2. Hóa chất………………………………………………………….. 49 2. Tiến hành diều chế Phèn chua……………………………………...49 2.1. Pha chế hóa chất…………………………………………………..49 2.1.1. Pha 100ml dung dịch H2SO4 9M từ H2SO4 98%............................49 2.1.2. Pha 100ml dung dịch KOH 1M từ KOH khan……………………50 2.2. Tiến hành thí nghiệm điều chế Phèn chua…………...…………... 51 2.2.1. Sản xuất Phèn chua từ bột Nhôm…………...…………………….51 2.2.2. Sản xuất Phèn chua từ vỏ lon bia, lon nước ngọt…………………55 2.2.3. Sản xuất Phèn chua từ Nhôm vụn………………………………...57 2.2.4. Sản phẩm Phèn chua trên thị trường……………………………...58 2.3. Thử nghiệm một số tính chất của Phèn chua…………………... 59 CHƯƠNG 2: TỪ PHÈN NHÔM ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ DƯỢC PHẨM DÙNG NGOÀI DA……………………………………………... 61 1. Điều chế một số bài thuôc khử mùi từ Phèn chua……….…….…. 61 2. Điều chế bài thuốc trị bệnh lang ben từ Phèn chua…………….……..61 3. Trị nấm mốc………………………………………………….……….62 4. Làm thuốc sát trùng vết thương………………………………………62 5. Làm thuốc dùng ngoài, se da và niêm mạc…………………………...63 6. Chữa đau nhức răng……………………………………………......…63 PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………….….…...64 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………...65 Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da vi BẢNG PHỤ LỤC DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1. Độ tan của một số loại Phèn trong 100 phần nước ………………...…3 Bảng 2. Hiệu suất của quá trình điều chế Phèn chua từ bột Nhôm ………….54 Bảng 3. Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm Phèn chua thu được từ bột Nhôm .......................................................................54 Bảng 4. Nhiệt độ sôi của các sản phẩm Phèn chua thu được từ bột Nhôm ……...........................................................….54 Bảng 5. Hiệu suất của quá trình điều chế Phèn chua từ lon bia, lon nước ngọt ...............................................................….56 Bảng 6. Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm Phèn chua thu được từ lon bia, lon nước ngọt …………………..……………...56 Bảng 7. Nhiệt độ sôi của các sản phẩm Phèn chua thu được từ lon bia, lon nước ngọt …………….............……………56 Bảng 8. pH của các sản phẩm Phèn chua thu được từ lon bia, lon nước ngọt …….............................................56 Bảng 9. Hiệu suất của quá trình điều chế Phèn chua từ Nhôm vụn ……….…58 Bảng 10. Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm Phèn chua thu được từ Nhôm vụn .......................................................................58 Bảng 11. Nhiệt độ sôi của các sản phẩm Phèn chua thu được từ Nhôm vụn …............................................................…..58 Bảng 12. pH của các sản phẩm Phèn chua thu được từ Nhôm vụn ………...............................................………58 Bảng 13. Nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm Phèn chua bán ở thị trường ………….........................................................……58 Bảng 14. Nhiệt độ sôi của sản phẩm Phèn chua bán ở thị trường ……...…....59 Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da vii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1. Mối liên kết giữa Rosin và Cellulose………………………………... 6 Hình 2. Mối liên kết giữa acid beta keto và Cellulose ………………………...7 Hình 3. Bể điều lưu………………………………………………………...... 14 Hình 4. Bể trung hòa nước thải có tính acid ……………………………...….15 Hình 5. Tạo bông cặn …………………………………………………......…16 Hình 6. Bể tuyển nổi kết hợp với cô đặc bùn ………………………..…..…..17 Hình 7. Cho thấy hiệu ứng Tymdall….....………………………………....…25 Hình 8. Các hạt silica gel và các túi hút ẩm chứa silicagel………………..... 29 Hình 9. Minh họa khi gặp người có mùi hôi nách……………………....…..29 Hình 10. Một khối khoáng Talc...........................................…………….….. 32 Hình 11. Bệnh lang ben ở sau lưng của một người...........................................37 Hình 12. Minh họa bệnh chàm..........................................................................40 Hình 13. Men răng bị hủy hoại.........................................................................42 Hình 14. Vỏ lon bia, lon nước ngọt bằng nhôm................................................55 Hình 15. Tinh thể phèn chua ............................................................................60 Hình 16. Nước trước và sau khi xử lý với phèn ...............................................60 Hình 17. Phèn phi............................................................................................. 61 Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 1 Phần I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHÈN CHUA 1. Khái quát về phèn: [3],[5] Phèn là loại hợp chất có cấu tạo tinh thể thường là tám mặt đều (bát diện đều), có màu hoặc không màu. Có công thức chung là: MI2SO4.M III 2(SO4)3.24H2O Hoặc: MIMIII(SO4)2.12H2O Trong đó: MI: là ion kim loại của kim loại kiềm hoặc NH4+ MIII: là ion kim loại của kim loại hóa trị 3 như: Al, Cr, Fe, Mn, Co, Ti… Hầu hết các loại phèn dễ tan trong nước nhưng lại khó tan trong cồn. 2. Một số loại phèn phổ biến: [25] - Phèn Natri - Phèn Crom - Phèn Ammonium - Phèn Kali Ngoài ra còn có: - Phèn giả: MIIAl2(SO4)4.24H2O Trong đó: MII là ion kim loại của kim loại hóa trị 2 như: Fe2+, Zn2+, Cu2+. Phèn đen: là hỗn hợp của nhôm Sulfat và than hoạt tính để xử lý nước. 2.1. Phèn Natri Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 2 - Công thức phân tử : Na2SO4.Al2(SO4)3.24H2O - Ở dạng tinh thể thăng hoa, tan trong nước - Trong tự nhiên nó được tìm thấy trong khoáng vật Mendozite. Phèn natri hòa tan rất tốt trong nước nhưng lại khó để có thể điều chế được nó một cách tinh khiết. - Trong 100 phần khối lượng nước có thể hòa tan 110 phần khối lượng phèn natri ở 0oC và khi ở 16oC có thể hòa tan 51 phần khối lượng phèn. - Sử dụng trong nhuộm làm chất rắn màu. 2.2. Phèn Crom - Công thức phân tử: K2SO4.Cr2(SO4)3.12H2O - Nó xuất hiện trong Alizarin. - Dưới 60oC nó tan trong nước tạo thành dung dịch màu đỏ tía, nhưng nếu trên 60oC nó cho dung dịch màu xanh lá cây. 2.3. Phèn Ammonium - Công thức phân tử: NH4Al(SO4)2.12H2O - Nó tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng, với 2 nhóm Sulfat. - Nó được sử dụng trong chế phẩm của Al2O3, trong y học và để làm trong nước, làm keo thực vật, và cũng là một chất khử mùi. Tuy nhiên hợp chất quan trọng hơn vẫn là phèn Kali. 2.4. Phèn Kali: còn được gọi là Phèn chua, Phèn nhôm… - Thu được từ Alunit (Alunite) tự nhiên (Phèn đá) - Nó thường tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng hoặc dạng bột trắng, khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch không màu. - Phèn là một hợp chất ion, với hai cation khác nhau là K+ và Al3+, còn anion là các gốc Sulfat. - Công thức phân tử: K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 3 Độ tan của một số Phèn thông dụng Khả năng hòa tan của các loại phèn trong nước là rất khác nhau. Ví dụ như: phèn natri rất dễ tan trong nước nhưng trong khi đó phèn cesium (Cs) và phèn rubidium (Rb) lại chỉ hòa tan một ít. Sự khác nhau đó được chỉ ra trong bảng sau. Bảng 1: Độ tan của một số loại Phèn trong 100 phần nước (khối lượng) Nhiệt độ(oC) PhènAmmonium Phèn Cesium Phèn Kali Phèn Rubidium 0 2,62 0,19 3,90 0,71 10 4,50 0,29 9,52 1,09 50 15,9 1,235 44,11 4,98 80 35,20 5,29 134,47 21,60 100 70,83 357,48 3. Một số tính chất của Phèn chua: [9], [10], [11], [12] - Đúng theo tên gọi của nó, phèn chua là hợp chất không độc, có vị chát và chua, làm se lưỡi. - Ít tan trong nước lạnh nhưng lại tan rất nhiều trong nước nóng nên phèn rất dễ tinh chế bằng cách cho kết tinh lại trong nước. Khi tan vào nước, nó thu nhiệt. - Khối lượng phân tử: 474,37 đvC (u, amu) - Nhiệt độ nóng chảy: 92- 93oC - Nhiệt độ sôi: 200oC - Phèn chua có một đặc điểm là khi đốt nóng tới 92oC thì chảy trong nước kết tinh, để nguội sẽ đông đặc thành một khối vô định hình và trong suốt. Đốt nóng tới 100oC thì mất 5 phân tử nước kết tinh, tới 120oC mất thêm 4 phân tử Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 4 nước kết tinh nữa, rồi tới 200oC thì chuyển thành muối hoàn toàn khan, phồng lên như một cái nấm trắng và xốp. Đó là phèn phi. - Khối lượng riêng: 1,757g/ml - Khi hòa tan vào nước tạo môi trường acid có pH khoảng 3-3,5 (đối với dung dịch 10%). - Điểm bốc cháy: không dễ bốc cháy. - Tính ổn định: ổn định ở điều kiện bình thường. - Không tan trong Cồn tuyệt đối (C2H5OH tinh khiết). Khi hòa tan vào nước, một phần cho phản ứng thủy phân tạo kết tủa keo Al(OH)3. Chính kết tủa này giúp cho phèn có nhiều ứng dụng trong thực tế. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 5 Chương 2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PHÈN CHUA Phèn chua là một loại hóa chất khá quen thuộc với đời sống của người dân, nhất là đối với những người dân ở Đồng bằng sông Cửu Long, là nơi mà người dân thường lấy nước sông rồi dùng phèn chua để làm trong nước mà dùng trong nấu nướng. Phèn chua có khá nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế với nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ sản xuất trong công nghiệp như công nghiệp làm giấy, thuốc nhuộm, thuộc da, nhuộm vải, làm sơn…cho đến sinh hoạt hàng ngày làm trong nước đục và cả trong lĩnh vực y dược…Những công dụng này đều xuất phát từ chỗ muối nhôm thủy phân khá mạnh trong nước tạo thành nhôm hidroxid và từ đặc tính se da của nó. 1. Trong công nghiệp: [26] Phèn chua là một loại hóa chất được dùng từ rất lâu trong công nghiệp làm giấy, làm chất cắn màu nhuộm vải, làm sơn… 1.1. Trong công nghiệp làm giấy Từ thế kỉ 19, phèn chua đã trở thành một thành phần quan trọng đối với chất lượng của giấy. Vì phèn chua có tác dụng gắn chặt các phân tử cellulose nên giúp cho giấy dai, chắc và bền hơn, giấy sẽ lâu bị mục rã và sẽ không làm nhòe mực khi viết. Cách sử dụng Phèn chua trong sản xuất giấy Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 6  Cách 1: Trong quá trình sản xuất, giấy được nhúng vào trong thùng chứa dung dịch phèn (khoảng 27%), sau đó giấy được làm khô, rồi nén ép và cắt theo kích thước cần sử dụng.  Cách 2: Phèn được cho vào bột giấy cùng với muối ăn. Nhôm clorua (Clorur nhôm, AlCl3) được tạo ra do phản ứng trao đổi, bị thủy phân mạnh hơn tạo nên các hidroxid, các hidroxid này sẽ kết dính những sợi cellulose với nhau làm cho giấy không bị nhòe mực khi viết. Nhờ dung dịch phèn mà trong quá trình bảo quản giấy lâu bị mục rã hơn. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến độ sáng của giấy, vì vậy phèn dùng cho công nghiệp làm giấy phải tinh khiết. Cơ chế hoạt động của phèn chua trong việc làm giấy Các sự liên kết đều thông qua cầu nối của nhôm hidroxid. Ví dụ 1: Liên kết giữa rosin (Colophan, một loại nhựa thông) và các sợi cellulose trong giấy. Hình 1: Mối liên kết giữa rosin và cellulose nhờ phèn chua (qua cầu Al(OH)3) Ví dụ 2: Liên kết giữa Acid beta – keto với cellulose. Trong quá trình tạo liên kết Alkyl ketene dimmer. Nhôm tạo phức trong Acid beta- keto, sau đó nó sẽ kết dính với cellulose theo hình. Hình 2: Mối liên kết giữa Acid beta keto và cellulose Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 7 Theo một sự tính toán trước đây, chỉ cần khoảng 5 pound (cân Anh, 1 pound = 450g) được thêm vào thì có thể sản xuất được một tấn giấy. 1.2. Trong công nghiệp nhuộm vải Khi nhuộm vải, các hidroxid đó được sợi vải hấp phụ và giữ chặt trên sợi sẽ kết hợp với phẩm nhuộm tạo thành màu bền, nên có tác dụng là chất cắn màu. Nó có tác dụng giúp cho vải lâu bị bạc màu. 2. Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của người dân Ngày nay, cùng với việc dân số đang trong giai đoạn tăng nhanh thì nhu cầu sử dụng nước trong sinh hoạt và trong sản xuất của con người cũng ngày càng bức thiết hơn. Trong khi đó thì nguồn nước của ta cũng ngày càng trở nên khan hiếm hơn. 2.1. Giới thiệu chung về nguồn tài nguyên nước a/ Các nguồn nước trong tự nhiên: sông, hồ, biển, nước trên bề mặt, nguồn nước ngầm… - Trên trái đất có những lượng nước khổng lồ. Khả năng con người sử dụng nước đó vào một mục đích nhất định có thể bị hạn chế bởi hai lý do chính sau: - Nước được phân bố trên trái đất không đều nên có nơi lượng nước thừa dùng và có nơi lại thiếu. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 8 - Chất lượng nước phụ thuộc lượng và bản chất các chất tan hoặc lơ lững trong nước nên có thể không thỏa mãn được mục đích sử dụng nào đó. b/ Thành phần chung của nước thiên nhiên chủ yếu nhất bao gồm: - Các ion : Na+, K+, Ca2+, Mg2+, H+, Cl-, SO4 2-, HCO3 -…. - Các khí hòa tan: O2, CO2, H2S…. - Các thành phần vi lượng khác: Br -, I-, F-, HPO42-, H2PO4-, SiO32-, HS-, HSiO3 -, CH4, N2…. - Các hợp chất hữu cơ: + Loại 1: Là các chất đã cấu tạo nên cơ thể các sinh vật sống trong nước như: động vật, thực vật sống trong nước. + Loại 2: Do sinh vật thải ra trong quá trình sống của chúng hoặc trong quá trình phân giải các chất hữu cơ từ cơ thể các sinh vật sau khi chết. * Thành phần của các chất hữu cơ: - Thành phần chính: C, H,O. - Thành phần phụ: N, P, S, K, Ca, Fe, Na… - Các chất lơ lững trong nước: thường là các hạt bùn, cát, phù sa,… c/ Ảnh hưởng của hoạt động con người đến chất lượng nước Ngày nay chất lượng nước chịu ảnh hưởng bởi các hoạt động của con người, đồng thời nó cũng bị ảnh hưởng bởi các tạp chất trong thiên nhiên. Ví dụ: Việc tưới ruộng thường làm tăng hàm lượng muối của nguồn nước vì nước tưới đã mang theo muối, khi nó ngấm qua đất để trở về sông hồ. * Những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước do hoạt động của con người - Nước cống thải ra - Phân bón ( như các Phosphat và Nitrat) Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 9 - Các chất phế thải chứa các hợp chất kim loại nặng như Hg, Ag, Zn, Pb,…từ các cơ sở công nghiệp - Dầu thô và sản phẩm dầu mỏ tràn ra * Công dụng của nước: Nước rất cần thiết cho đời sống của chúng ta. - Trong dân dụng: Nước được dùng để ăn, uống, tắm, giặt, tưới, rửa và làm cảnh (bể cá, vòi phun…). - Trong công nghiệp: Nước làm chất phản ứng, chất tẩy rửa, chất làm sạch, dung môi, chất tạo năng lượng (hơi nước, thác nước…). Nước biển còn là nguồn để khai thác muối NaCl, Mg, Br2. Từ NaCl điều chế được xút, khí clor (Cl2), là các chất rất thông dụng trong công nghiệp. - Trong nông nghiệp: Nước được dùng để sản xuất trong nông nghiệp như tưới tiêu, làm dung môi cho các thuốc trừ sâu, diệt cỏ…và để chăn nuôi gia súc (cho ăn, uống, tắm, rửa). - Trong việc nuôi trồng thủy hải sản: Nước là điều kiện đầu tiên cần để nuôi trồng các thủy hải sản, cá và nhiều động thực vật sống ở sông, ngòi và đại dương là nguồn cung cấp thực phẩm quan trọng và là nguồn lợi về kinh tế rất lớn.. - Trong giải trí: Các hoạt động bơi lội, chèo thuyền, lướt ván, câu cá… đều không thể thực hiện nếu không có nước. Chính vì thế người ta thường phải xử lý nước để tăng chất lượng dù phải tốn kém nhiều. Có nhiều cách để xử lý nước nhằm làm giảm nồng độ của một số hoặc toàn bộ tạp chất nhưng cách này có thể rất đắt. Tuy nhiên trong nhiều lĩnh vực ta không cần đến nước thật sạch. Việc chọn cách xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng nguồn nước và mục đích sử dụng. Ví dụ, nước cần cho công nghiệp làm giấy, dệt vải, cho nông nghiệp hay cho thủy sản, hoặc cho đời sống sinh hoạt mà nó có những yêu cầu xử lý khác nhau. Riêng đối với nước dùng cho đời sống thì nước phải không có thành phần độc hại, độ khoáng của nước phải thấp, tính chất vật lý của nước phải tốt. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 10 2.2. Các cách xử lý nước 2.2.1. Giới thiệu chung - Cách xử lý nước truyền thống vẫn thường gặp ở các vùng nông thôn sâu là người dân chỉ cần dùng phèn chua đánh vào nước được lấy lên từ các sông, hồ… thì nước trở nên trong và có thể dùng cho các sinh hoạt hàng ngày như: nấu ăn, tắm, giặt,… Cơ chế làm trong nước của phèn chua: rất đơn giản. Khi cho phèn chua (Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O) hòa tan vào nước, thì nó tách thành các muối K2SO4 và Al2(SO4)3. K2SO4 là muối của acid mạnh (H2SO4) và bazơ mạnh (KOH) nên không bị thủy phân. Còn muối Al2(SO4)3 là muối của bazơ yếu (Al(OH)3) và acid mạnh (H2SO4) nên nó bị thủy phân Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2SO4 Sự thủy trên không nhiều, nhưng thường trong nước tự nhiên có hiện diện nhiều muối carbonat acid, nên H+ tạo ra do sự thủy phân trên sẽ kết hợp với HCO3 - tạo H2CO3 ít điện ly, làm giảm nồng độ ion H+ trong dung dịch, nên theo nguyên lý dịch chuyển cân bằng Le Châterlier, sự thủy phân Al2(SO3)3 sẽ nhiều hơn (thiên về chiều tạo Al(OH)3). 3H2SO4 + 3Ca(HCO3)2 3CaSO4 + 6H2CO3 (6CO2 + 6H2O) Kết hợp hai phản ứng trên ta có: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 Keo Al(OH)3 mang điện tích dương đông tụ dần, lắng xuống kéo theo các hạt đất và các chất hữu cơ làm cho nước trong. - Bên cạnh cách xử lý nước vô cùng đơn giản và quen thuộc theo truyền thống của người dân thì do nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm, vì vậy mà người ta cần Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 11 có những qui trình xử lý nước một cách kỷ lưỡng và khoa học hơn. Như thế nguồn nước sau khi xử lý mới đảm bảo chất lượng tốt hơn. Tuy nhiên, không vì thế mà vai trò của phèn chua bị lãng quên, trái lại nó vẫn giữ một vai trò quan trọng trong các quá trình xử lý nước. 2.2.2. Một số qui trình xử lý nước a/ Qui trình thứ nhất bao gồm - Thông khí - Loại chất hữu cơ tan - Dùng hóa chất thích hợp - Loại huyền phù - Khử trùng Tuy nhiên để thực hiện các quá trình trên sẽ khá phức tạp và tốn kém để cho ra nguồn nước có chất lượng thật sự. Nguyên tắc của quá trình lóng trong nước từ Phèn chua Thông khí Trong khâu này nước được phun lên không khí vì những lý do: - Để nồng độ khí oxi trong nước tăng lên, tạo cho nước có cảm giác dễ chịu khi uống. - Để oxi hóa dihidrosulfur (H2S, gây mùi khó chịu) tạo thành sulfat. Đồng thời để khí đó bay khỏi nước. Các khí khác và các chất dễ bay hơi khác có mùi hoặc vị khó chịu cũng sẽ bị phát tán đi trong quá trình thông khí này. - Muối sắt tan sẽ tạo oxid không tan và sẽ được tách ra. Loại (Khử) huyền phù Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 12 - Các hạt sét làm đục nước có thể rất bé và phải cần hàng tuần mới có thể lắng xuống. Nguyên nhân chính là các hạt sét thường có bề mặt tích điện âm và lực đẩy giữa các điện tích sẽ ngăn không cho các hạt đó tiến lại gần nhau thành những hạt lớn nặng hơn có thể lắng xuống nhanh được. Cách xử lý thông thường để loại huyền phù này là thêm phèn vào. Phản ứng giữa các ion Al3+ và nước (muối nhôm bị thủy phân) sẽ tạo kết tủa Al(OH)3 lắng xuống. Al3+(aq) + 3H2O(l) Al(OH)3(r) + 3H + (aq) - Trong nước sẽ có môi trường acid, và các ion hidro bị hút lên bề mặt kết tủa làm cho các hạt kết tủa tích điện dương. Như vậy kết tủa sẽ hút các hạt sét về phía mình khi nó kết tủa. - Ngoài các hạt sét, những phân tử của một số chất có màu, các oxid sắt kết tủa và cả một số vi khuẩn nữa cũng sẽ dính vào kết tủa nhôm hidroxid và lắng xuống. - Khi phần lớn kết tủa đã lắng ta lấy phần nước trong ở trên ra. Thông thường thì 95% tạp chất lơ lửng đã bị loại. Phần còn lại sẽ bị khử tiếp khi cho nước chảy qua những cột lọc chứa vật liệu dạng hạt như cát chẳng hạn. Nhiều vi khuẩn có hại đều bị loại khỏi nước trong khi lọc. Loại (Khử) hợp chất hữu cơ tan Một số chất hữu cơ làm nước có màu, mùi hoặc vị đã không bị loại trong quá trình kết tủa và lọc ở trên. Trong một số trường hợp ta có thể loại các chất này bằng cách cho nước chảy qua một lớp than hoạt tính để tạp chất dính vào than. Khử trùng - Có thể cho khí clor (Cl2) sục vào nước để giết chết các vi khuẩn gây bệnh. Hiệu lực của cách xử lý này do acid hipoclorous (axit Hipoclorơ, HClO) được tạo ra trong phản ứng giữa clor với nước quyết định. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 13 - Ngoài việc giết chết vi khuẩn, acid hipoclorous còn khống chế được sự sinh trưởng của tảo trong các xí nghiệp xử lí nước và các thùng chứa nước. - Trong những năm gần đây, các nhà hóa học đã nêu lên một số vấn đề về khả năng tạo các hợp chất clor gây ung thư. Chẳng hạn như: Cloroform (CHCl3), khi acid hipoclorous oxi hóa các hợp chất của hidrocacbon. Vì thế, có thể thay thế acid hipoclorous để khử trùng bằng cách: + Thêm Ozon (O3) + Thêm Hidro peroxid (H2O2) + Chiếu tia tử ngoại  Thêm hóa chất Những hóa chất thường được thêm vào nước trước khi phân phối cho người tiêu dùng có thể là: - Một baz (bazơ, base), chẳng hạn như Soda (xôđa, Na2CO3) nung hoặc vôi. Vì trong quá trình xử lý nước thường đã được acid hóa nhẹ để tăng hiệu lực loại huyền phù và khử trùng bằng Clor hóa. Vì vậy thêm một baz vào là để trung hòa tính acid của nước. - Các ion fluorur (Florua, Fluoride, F-). Nồng độ nhỏ của ion F- trong nước uống giúp bảo vệ răng tốt. Người ta đưa F- vào nước với mức độ khoảng 1mg/L bằng cách thêm acid fluorosilicic (axit Flosilic, H2SiF6) hoặc natri fluorosilicat (Na2SiF6). SiF6 2- (aq) + 4H2O(l) 6F - (aq) + Si(OH)4(aq) + 4H + (aq) b/ Qui trình thứ hai xử lý nước thải - Nước thải từ các hoạt động khác nhau của con người (sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp) không còn được thải thẳng ra môi trường mà phải qua xử lý. Việc xử lý bao gồm một chuỗi các quá trình lý học, hóa học và sinh học. Các quá trình này nhằm thúc đẩy việc xử lý, cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 14 để có thể sử dụng lại chúng hoặc thải ra môi trường với các ảnh hưởng tiêu cực nhỏ nhất. - Việc xử lý được tiến hành qua các công đoạn sau:  Điều lưu và trung hòa  Keo tụ, tạo bông cặn và kết tủa  Tuyển nổi  Xử lý sinh học hiếu khí  Lắng  Xử lý cấp ba (Lọc, hấp phụ, trao đổi ion) Điều lưu Hình 3. Bể điều lưu - Điều lưu là quá trình giảm thiểu hoặc kiểm soát các biến động về đặc tính của nước thải nhằm tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình xử lý kế tiếp. Quá trình điều lưu được tiến hành bằng cách trữ nước thải lại trong một bể lớn, sau đó bơm định lượng chúng vào các bể xử lý kế tiếp. *Quá trình điều lưu được sử dụng để:  Điều chỉnh sự biến thiên về lưu lượng của nước thải theo từng giờ trong ngày.  Tránh sự biến động về hàm lượng chất hữu cơ, làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn trong các bể xử lý sinh học.  Kiểm soát pH của nước thải để tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình sinh học, hóa học sau đó. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 15 - Khả năng chứa của bể điều lưu cũng góp phần giảm thiểu các tác động đến môi trường do lưu lượng thải được duy trì ở một mức độ ổn định. Bể điều lưu còn là nơi cố định các độc chất đối với quá trình xử lý sinh học làm cho hiệu suất của quá trình này tốt hơn. Trung hoà Hình 4. Bể trung hòa nước thải có tính acid Nước thải thường có pH không thích hợp cho các quá trình xử lý sinh học hoặc thải ra môi trường, do đó nó cần phải được trung hòa. Có nhiều cách để tiến hành quá trình trung hòa:  Trộn lẫn nước thải có pH acid và nước thải có pH bazơ. Bằng cách trộn lẫn hai loại nước thải có pH khác nhau, chúng ta có thể đạt được mục đích trung hòa. Quá trình này đòi hỏi bể điều lưu đủ lớn để chứa nước thải.  Trung hòa nước thải acid: người ta thường cho nước thải có pH acid chảy qua một lớp đá vôi để trung hòa; Hoặc cho dung dịch nước vôi vào nước thải, sau đó vôi được tách ra bằng quá trình lắng.  Trung hòa nước thải kiềm: bằng các acid mạnh (lưu ý đến tính kinh tế). Khí CO2 cũng có thể dùng để trung hòa nước thải kiềm. Sục CO2 vào nước thải, nó là một oxid acid nên sẽ trung hòa được nước thải có tính bazơ. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 16 Keo tụ và tạo bông cặn Hình 5. Tạo bông cặn - Hai quá trình hóa học này kết tụ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo để tạo nên những hạt có kích thước lớn hơn. Nước thải có chứa các hạt keo có mang điện tích (thường là điện tích âm). Chính điện tích của nó ngăn cản không cho nó va chạm và kết hợp lại với nhau làm cho dung dịch được giữ ở trạng thái ổn định. Việc cho thêm vào nước thải một số hóa chất (phèn, FeCl2,...) làm cho dung dịch mất tính ổn định và gia tăng sự kết hợp giữa các hạt để tạo thành những bông cặn đủ lớn để có thể loại bỏ bằng quá trình lọc hay lắng cặn. - Các chất keo tụ thường được sử dụng là muối sắt hay nhôm có hóa trị 3. - Các chất tạo bông cặn thường được sử dụng là các chất hữu cơ cao phân tử như polyacrilamid. Việc kết hợp sử dụng các chất hữu cơ cao phân tử với các muối vô cơ cải thiện đáng kể khả năng tạo bông cặn. Kết tủa Kết tủa là phương pháp thông dụng nhất để loại bỏ các kim loại nặng ra khỏi nước thải. Thường các kim loại nặng được kết tủa dưới dạng hidroxid không tan. Do đó, để hoàn thành quá trình này người ta thường cho thêm các bazơ vào nước thải để cho nước thải đạt đến pH thích hợp mà các ion kim loại Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 17 nặng cần phải loại bỏ có khả năng hòa tan thấp nhất (tạo môi trường kiềm, cung cấp ion OH- để ion này kết hợp với ion kim loại nhằm tạo ra các hidroxid kim loại không tan, được tách ra khỏi nước). Thường trước quá trình kết tủa, người ta cần loại bỏ các chất ô nhiễm khác có khả năng làm cản trở quá trình kết tủa. Quá trình kết tủa cũng được dùng để khử Phosphat (PO43-) trong nước thải. Tuyển nỗi Hình 6. Bể tuyển nỗi Quá trình này dùng để loại bỏ các chất có khả năng nổi trên mặt nước thải như dầu, mỡ, chất rắn lơ lửng. Trong bể tuyển nổi người ta còn kết hợp để cô đặc và loại bỏ bùn. Đầu tiên nước thải, hay một phần của nước thải được tạo áp suất với sự hiện diện của một lượng không khí đủ lớn. Khi nước thải này được trả về áp suất tự nhiên của khí quyển, nó sẽ tạo nên những bọt khí. Các hạt dầu, mỡ và các chất rắn lơ lửng sẽ kết dính với các bọt khí với nhau để nổi lên trên và bị một thanh gạt tách chúng ra khỏi nước thải. Lắng: Quá trình lắng áp dụng dựa vào sự khác nhau về tỉ trọng của nước, chất rắn lơ lửng và các chất ô nhiễm khác trong nước thải để loại chúng ra khỏi nước thải. Đây là một phương pháp quan trọng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng. Bể lắng thường có dạng chữ nhật hoặc hình tròn. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 18 Đối với dạng bể lắng hình chữ nhật ở đáy bể có thiết kế thanh gạt bùn theo chiều ngang của bể, thanh gạt này chuyển động về phía đầu vào của nước thải và gom bùn về một hố nhỏ ở đây, sau đó bùn được thải ra ngoài. *Có hai loại bể lắng hình tròn:  Loại 1: nước thải được đưa vào bể ở tâm của bể và lấy ra ở thành bể  Loại 2: nước thải được đưa vào ở thành bể và lấy ra ở tâm bể Loại bể lắng hình tròn có hiệu suất cao hơn loại bể lắng hình chữ nhật. Quá trình lắng còn có thể kết hợp với quá trình tạo bông cặn hay đưa thêm vào một số hóa chất để cải thiện rõ nét hiệu suất lắng. Xử lý sinh học hiếu khí: - Phần lớn các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy bởi quá trình sinh học. Trong quá trình xử lý sinh học, các vi sinh vật sẽ sử dụng oxi (O2) để phân hủy chất hữu cơ và quá trình sinh trưởng của chúng tăng nhanh. Ngoài chất hữu cơ (hiện diện trong nước thải), Oxi (do ta cung cấp) quá trình sinh học còn bị hạn chế bởi một số chất dinh dưỡng khác. Ngoại trừ các hợp chất chứa nitơ (N, Nitrogen) và phosphor (P), các chất khác hiện diện trong chất thải với hàm lượng đủ cho quá trình xử lý sinh học. Nước thải sinh hoạt chứa các chất này với một tỉ lệ thích hợp cho quá trình xử lý sinh học. Một số loại nước thải công nghiệp như nước thải nhà máy giấy có hàm lượng carbon (C) cao nhưng lại thiếu hợp chất chứa phosphor và nitơ, do đó cần bổ sung hai nguồn này để vi khuẩn hoạt động có hiệu quả. Những yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học là nhiệt độ, pH và các độc tố. - Có nhiều thiết kế khác nhau cho bể xử lý sinh học hiếu khí, nhưng loại thường dùng nhất là bể bùn hoạt tính, nguyên tắc của bể này là vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tạo thành các bông cặn đủ lớn để tiến hành quá trình lắng dễ dàng. Sau đó các bông cặn được tách ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng cơ học. Như vậy một hệ thống xử lý bùn hoạt tính bao gồm: một bể bùn hoạt tính và một bể lắng. Sục khí: Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 19 Quá trình sục khí không những cung cấp oxi cho vi khuẩn hoạt động để phân hủy chất hữu cơ, nó còn giúp cho việc việc khử sắt, magnesium, kích thích quá trình oxi hóa hóa học các chất hữu cơ khó phân hủy bằng con đường sinh học và tạo lượng DO đạt yêu cầu để thải ra môi trường. Có nhiều cách để hoàn thành quá trình sục khí: bằng con đường khuếch tán khí hoặc khuấy đảo. Xử lý cấp ba: Lọc: quá trình lọc nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng hoặc các bông cặn (từ quá trình keo tụ hoặc tạo bông cặn), bể lọc còn nhằm mục đích khử bớt nước của bùn lấy ra từ các bể lắng. Quá trình lọc dựa trên nguyên tắc chủ yếu là khi nước thải đi qua một lớp vật liệu có lổ rỗng, các chất rắn có kích thước lớn hơn các lổ rỗng sẽ bị giữ lại. Có nhiều loại bể lọc khác nhau nhưng ít có loại nào sử dụng tốt cho quá trình xử lý nước thải. Hai loại thường sử dụng trong quá trình xử lý nước thải là bể lọc cát và trống quay. Hấp phụ: quá trình hấp phụ thường được dùng để loại bỏ các mảnh hữu cơ nhỏ trong nước thải công nghiệp (loại này rất khó loại bỏ bằng quá trình xử lý sinh học). Nguyên tắc chủ yếu của quá trình là bề mặt của các chất rắn (sử dụng làm chất hấp phụ) khi tiếp xúc với nước thải có khả năng giữ lại các chất hòa tan trong nước thải trên bề mặt của nó do sự khác nhau của sức căng bề mặt. Chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính (dạng hạt). Tùy theo đặc tính của nước thải mà chúng ta chọn loại than hoạt tính tương ứng. Quá trình hấp phụ có hiệu quả trong việc khử COD, chất có màu, phenol... Than hoạt tính sau một thời gian sử dụng sẽ bão hòa và mất khả năng hấp phụ, chúng ta có thể Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 20 tái sinh chúng lại bằng các biện pháp tách các chất bị hấp phụ ra khỏi than hoạt tính thông qua: nhiệt, hơi nước, acid, bazơ, ly trích bằng dung môi hoặc oxi hóa hóa học. Trao đổi ion: Trao đổi ion là quá trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch của chất rắn và chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn. Quá trình này ứng dụng để loại bỏ các cation và anion trong nước thải. Các cation sẽ trao đổi với ion hidro (H+) hay natri (Na+), các anion sẽ trao đổi với ion hidroxid (OH-) của nhựa trao đổi ion. Hầu hết các loại nhựa trao đổi ion là các hợp chất tổng hợp. Nó là các chất hữu cơ hoặc vô cơ cao phân tử đính kết với các nhóm chức. Các nhựa trao đổi ion dùng trong xử lý nước thải là các hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu trúc không gian ba chiều và có lổ rỗng. Các nhóm chức được đính vào cấu trúc cao phân tử bằng cách cho hợp chất này phản ứng với các hóa chất chứa nhóm chức thích hợp. Khả năng trao đổi ion được tính bằng số nhóm chức trên một đơn vị khối lượng nhựa trao đổi ion. Hoạt động và hiệu quả kinh tế của phương pháp này phụ thuộc vào khả năng trao đổi ion và lượng chất tái sinh cần sử dụng. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 21 Nước thải được cho chảy qua nhựa trao đổi ion cho tới khi các chất ion cần loại bỏ biến mất. Khi nhựa trao đổi ion đã hết khả năng trao đổi ion, nó sẽ được tái sinh lại bằng các chất tái sinh thích hợp. Sau quá trình tái sinh các chất tái sinh sẽ được rửa đi bằng nước và bây giờ nhựa trao đổi ion đã sẵn sàng để sử dụng cho chu trình kế tiếp. c/ Qui trình thứ ba: Xử lý nước bị nhiễm Arsen (As) Arsen còn gọi là thạch tín. Đây là một chất cực độc với cơ thể con người. Tại Việt Nam, kết quả khảo sát, đánh giá lớn nhất về nước nhiễm Arsen tại 12 tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng và một số tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long, Huế do Trung Tâm Nước Sinh Hoạt Vệ Sinh Môi Trường, Cục Y Tế Dự Phòng, Viện Y Học Lao Động, Unicef thực hiện cho thấy, nồng độ thạch tín ở hầu hết các mẫu nước giếng khoan, giếng đào đều vượt quá mức cho phép từ 5-6 lần. *Nước nhiễm Arsen ảnh hưởng như thế nào tới sức khỏe? - Người dân sử dụng nước giếng có nồng độ thạch tín vượt quá ngưỡng cho phép sẽ ảnh hưởng lớn tới sức khỏe. Thống kê của Cục Y tế Dự Phòng, thuộc Bộ Y Tế, cho thấy trong số 10 trên 26 bệnh truyền nhiễm gây dịch được giám sát có tỷ lệ mắc trên 100 000 dân, cao nhất là cúm, tiêu chảy, sốt rét, sốt xuất huyết, lỵ trực khuẩn, quai bị, lỵ amip, viêm gan virus, thủy đậu... có liên quan đến nguồn nước bị nhiễm Arsen và nhiều chất hữu cơ khác. - Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy, khi sử dụng nước nhiễm Arsen để ăn uống, con người có thể bị mắc bệnh ung thư, trong đó thường gặp là ung thư da. Ngoài ra, arsen còn đầu độc hệ tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có hàm lượng arssen 0,1mg/l. Vì vậy, cần phải xử lý nước nhiễm arsen trước khi dùng cho sinh hoạt và ăn uống. *Làm thế nào để xử lý Arsen trong nước sinh hoạt? + Hiện nay, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, để loại bỏ arsen ra khỏi nước thường sử dụng ba phương pháp: hấp thụ trên một số vật liệu vô cơ; trao đổi trên nhựa anionit và phương pháp kết tủa. Nhược điểm của các phương pháp Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 22 này là không loại bỏ triệt để được các hợp chất arsen có hóa trị 3 mà chỉ loại bỏ được hợp chất arsen có hóa trị 5. Thực tế, arssen trong nước ngầm thường tồn tại dạng hợp arssen hóa trị 3 là chủ yếu. + Khi sử dụng oxi không khí để oxi hóa As(III) lên As(V), phản ứng xảy ra rất chậm và không hoàn toàn, một phần là do cạnh tranh của sắt (II) và mangan (II). Đây là một trong các nguyên nhân giải thích tại sao nước ngầm ở nhiều nơi sau khi xử lý thành nước sinh hoạt vẫn còn có hàm lượng arsen cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Nếu trong nước chỉ nhiễm riêng hợp chất của arsen thì việc loại bỏ nó rất thuận lợi. Nhưng thực tế cho thấy ngoài ô nhiễm arsen, nước ngầm còn nhiễm nhiều hợp chất của các nguyên tố khác, như: sắt, mangan cũng như các hợp chất nitrit (NO2 -), phosphat (PO4 3-), amonium (NH4 +).... Các tác nhân ô nhiễm khác làm ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp xử lý arsen. Để hạn chế các yếu tố ảnh hưởng, cần lựa chọn các phương pháp xử lý thích hợp. Sau đây xin giới thiệu phương pháp oxi hóa - kết tủa loại bỏ arsen ra khỏi nước gọi là phương pháp oxi hóa kết tủa được thực hiện qua hai bước như sau: Bước 1: Oxi hóa Giai đoạn 1: Sử dụng oxi không khí làm chất oxi hóa (giàn mưa, sục khí, khuấy trộn và xúc tác như phơi nắng, hạt xúc tác Aluwat...) loại bỏ chủ yếu sắt, mangan và một phần arsen. Giai đoạn 2: Bổ sung chất oxi hóa mạnh như Ca(OCl)2 (Calci hipoclorit) hoặc KMnO4 (Kali pemanganat, thuốc tím) để oxi hóa triệt để Arsen (III) lên Arsen (V), thuận lợi cho việc thực hiện bước 2. Bước 2: Kết tủa - Trong nước ngầm luôn có các ion calci, sắt, mangan sẽ kết tủa với arsen (V) ở các dạng muối arsenat ít tan và chìm xuống đáy. Vì lượng này quá nhỏ, khó lắng, ta cần đưa vào một lượng phèn chua (phèn nhôm), khi đó muối arsenat kết Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 23 hợp với hidroxid nhôm, dễ dàng chìm xuống đáy, phần nước trong trên bề mặt có thể sử dụng được ngay. - Để tránh hiện tượng cặn lắng ở đáy bị vẩn đục khi sử dụng, tốt nhất ta nên lọc nước qua cột chứa cát và than hoạt tính, nước khi chảy qua cột lọc sẽ hoàn toàn loại bỏ được arsen. *Quy trình xử lý: Đưa nước nhiễm arsen vào thùng, tùy thuộc vào nồng độ arsen mà ta cho lượng chất oxi hóa calci hipoclorit theo tỷ lệ thích hợp (thường từ 1,5-3g/m3 nước), khuấy đều khoảng 15 phút và giữ nguyên trong 30 phút để phản ứng oxi hóa arsen (III) lên arsen (V) xảy ra hoàn toàn, giúp tạo kết tủa thuận lợi. Thêm từ 3-5 gam phèn nhôm, khuấy đều cho tan, để tủa lắng xuống, tầng nước trong được lọc qua cột, ta sẽ được nước sạch để dùng. Phương pháp oxi hóa - kết tủa xử lý arsen trong nước ngầm như trên giúp ta có nước sạch đạt tiêu chuẩn cho phép của Bộ Y Tế. Ngoài ra, phương pháp này còn loại bỏ được các hợp chất sắt, mangan, nitrit, vi khuẩn trong nước. Về mặt kinh tế, kỹ thuật, phương pháp này đạt được các yêu cầu: rẻ tiền, đơn giản, rất nhanh, dễ áp dụng với nhiều nguồn nước nhiễm arsen ở qui mô các nhà máy nước cũng như hộ gia đình. * Từ các qui trình trên ta thấy dù cho ngày nay với sự tiến bộ của hóa học, chất lượng nước đã được cải thiện tốt hơn rất nhiều nhờ các hệ thống xử lý nước ngày càng hoàn thiện hơn và cũng nhờ vào các loại hóa chất mới thay thế. Tuy nhiên vai trò của phèn vẫn còn rất quan trọng, nhất là đối với các vùng sâu, vùng xa, vùng nông thôn còn kém phát triển, thì ta vẫn thấy sự hiện diện của phèn đối với người dân. Bản chất của quá trình xử lý nước của phèn trong các qui trình trên thực chất là một quá trình hóa lý. Nó áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để đưa vào nước chất phản ứng nào đó nhằm gây tác động đến các tạp chất bẩn làm biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trường. Giai đoạn xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học trong công nghệ xử lý nước hoàn chỉnh. Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 24 Quá trình tạo thành kết tủa và lắng xuống của Hydroxid nhôm cũng có thể được coi là một quá trình keo tụ và hấp phụ. A/ Keo tụ a/ Chất keo *Phân loại Keo ưa lỏng: là keo hấp phụ các phân tử của môi trường. Các hạt keo ưa lỏng được bao bọc bằng lớp vỏ solvat, trong trường hợp môi trường phân tán là nước thì keo gọi là ưa nước. Ví dụ: Albumin (các chất đạm tan được trong nước, như lòng trắng trứng), acid Silicic (H2SiO3), hồ tinh bột… Keo kỵ lỏng: là keo hầu như không hấp phụ các phân tử dạng lỏng của môi trường. Trong trường hợp môi trường phân tán là nước thì gọi là keo kỵ nước (hidrophob, hydrophobe). Ví dụ: các keo kim loại, sulfur kim loại, các muối không tan là những keo kỵ nước. Vậy, keo hidroxid kim loại chiếm vị trí trung gian giữa hai loại keo trên. Ví dụ: Hidroxid nhôm… *Cấu tạo Các hạt riêng biệt của hệ keo có tên là micel (mixen, micelle). Các hạt keo có diện tích bề mặt lớn, do đó về phương diện nhiệt động là không bền. Nhưng trong thực tế dung dịch keo trong những điều kiện xác định có thể tồn tại một thời gian dài mà không dính lại với nhau và lắng xuống thành kết tủa là vì các tiểu phân mang điện cùng dấu, chúng không thể va chạm và đông tụ dễ dàng. *Tính chất của hạt keo Khi chiếu một chùm tia sáng mạnh hình nón qua một bình đựng dung dịch keo đặt trong buồng tối, ta thấy chùm nón sáng trong dung dịch (goi là hiệu ứng Tyndall), hiện tượng tương tự như thế không thể thấy có trong các dung Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 25 dịch phân tử. Hiện tượng này cũng thường thấy khi ánh sáng mặt trời xuyên qua một lỗ thủng nhỏ trên mái nhà khi đang quét nhà (nhiều bụi) hay ánh sáng mặt trời xuyên qua sương mù hay hơi nước vào buổi ban mai. Hiệu ứng Tyndall được giải thích như sau: Khi tia sáng đập vào các hạt keo, thì mỗi hạt keo sẽ khuyếch tán tia sáng đó đi mọi phương, nghĩa là mỗi hạt keo lúc này trở thành một điểm sáng. Chính vì vậy ta có thể quan sát được toàn bộ đường đi của tia sáng. Hình 7. cho thấy hiệu ứng Tymdall (Tyndall effect) (Nguồn: www.chem.latech.edu ; Dung dịch keo cũng gây hiện tượng thẩm thấu, làm giảm áp suất hơi bão hòa, làm tăng nhiệt độ sôi, làm hạ nhiệt độ đông đặc, song mức độ thể hiện yếu hơn dung dịch thật có cùng nồng độ. *Đông tụ keo Bằng cách nào đó, ta trung hòa được điện tích của hạt keo kỵ nước hay làm mất lớp vỏ hidrat của keo ưa nước thì các hạt keo sẽ kết dính nhau và tạo kết tủa. Đó là sự đông tụ keo. Để làm đông tụ keo kỵ nước, ta thêm vào hệ keo một lượng chất điện li, các hạt keo hấp thụ thêm một số ion tích điện ngược dấu với điện tích hạt keo, điện tích hạt keo giảm đi và có sự keo tụ xảy ra. Với keo ưa nước, việc thêm chất điện li cũng có tác dụng tương tự, nhưng số lượng chất điện li phải nhiều hơn mới có thể phá được lớp vỏ hidrat. Khi trộn lẫn hai dung dịch keo tích điện trái dấu thì các hạt keo tích điện trái dấu sẽ trung hòa lẫn nhau và tạo kết tủa. Ví dụ: các hạt keo đất sét trong Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 26 nước tích điện âm, phèn nhôm tan vào nước tạo keo Al(OH)3 tích điện dương, chúng trung hòa nhau và tạo ra kết tủa và lắng xuống. b/ Cơ sở lý thuyết của quá trình keo tụ Các phương pháp keo tụ Trong công nghệ xử lý nước bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng: - Phương pháp keo tụ bằng chất điện ly đơn giản - Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt - Phương pháp keo tụ dùng các polimer (polymer) *Keo tụ bằng chất điện ly đơn giản Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước. Khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng. Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông hidroxid nhôm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng. Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm đông tụ và tăng vận tốc lắng. Cơ chế làm việc của chất keo tụ dựa trên các hiện tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo trên bề mặt hạt keo, tạo thành hệ thống mạng lưới phân tử chất keo tụ. Sự dính lại các hạt keo do lực đẩy Van der Walls. Dưới tác động của chất keo tụ giữa các hạt keo tạo thành cấu trúc ba chiều, có khả năng tách hoàn toàn và nhanh ra khỏi nước. Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất thiên nhiên hay tổng hợp. Chất keo tự nhiên là dioxid silic hoạt tính (xSiO2.y H2O), tinh bột, cellulose, dextrin (C6H10O5)n (dextrin được tạo ra do sự thủy phân nửa chừng của tinh bột, nên nó Từ Phế Liệu Nhôm Điều Chế Phèn Chua Và Từ Phèn Chua Pha Chế Một Một Số Thuốc Dùng Ngoài Da 27 có mạch ngắn hơn so với tinh bột và hòa tan trong nước, trong khi tinh bột không tan trong nước). * Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu - Muối nhôm hoặc sắt hóa trị 3 thường được sử dụng làm chất keo tụ trong các quá trình xử lý nước. Các muối này thường được đưa vào dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các cation và các anion như sau: Al2(SO4)3 2Al 3+ + 3SO4 2- FeCl3 Fe 3+ + 3Cl- - Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng kết hợp với nước tạo thành phức chất hexa [Me(H2O)6]3+ (Me3+ có thể là Al3+ hoặc Fe3+). Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có thể tồn tại ở các điều kiện khác nhau (với Nhôm các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4, với Sắt các phức chất này tồn tại ở pH từ 1 đến 3). - Các hidroxid kim loại tan trong môi trường có pH từ 3 đến 6 tạo dung dịch có chứa các ion kim loại. Các hợp chất này mang điện tích dương mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm tạo thành bông cặn. Các bông cặn này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bã chất hữu cơ, chất mang mùi vị… đang tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. *Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm hay sắt ta thấy có khả năng tạo ra ba loại bông cặn: - Tổ hợp của các loại keo tự nhiên bị phá vỡ thế điện động zeta, loại này chiếm số ít. - Các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hòa về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể. - Hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các chất Từ Phế