Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại Viện Kĩ thuật Nhiệt đới Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc em xin gửi lời
Thank đến ThS. Trần Quang Thiện đã định hướng và hướng dẫn em tận tình
trong suốt thời gian em làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lê Xuân Quế và các
Thầy Cô làm việc tại Viện kĩ thuật Nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ để em được nghiên cứu, học
tập và hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành gửi lời Thank đến ban lãnh đạo trường Đại học Sư
phạm Hà Nội 2, ban chủ nhiệm khoa cùng toàn thể các Thầy Cô trong Khoa
Hóa học đã hết lòng quan tâm, dìu dắt và giúp đỡ em trong suốt quá trình học
tập tại trường và hoàn thiện khóa luận này.
Em xin chân thành Thank gia đình, người thân, bạn bè đã luôn tạo
điều kiện động viên, khích lệ giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khóa
luận tốt nghiệp cuả mình.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Vũ Thị Yến
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu, số liệu được trình bày trong
khóa luận: “Ảnh hưởng của một số thông số vật lý và hóa lý đến động học
quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn” dưới sự hướng dẫn của ThS.
Trần Quang Thiện là hoàn toàn trung thực và không trùng với kết quả của
tác giả khác.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Vũ Thị Yến
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DDT
: Dichloro – trichloroethane Diphenyl
BVTV
: Bảo vệ thực vật
POP
: Persistent Organic Pollutans (hợp chất hữu cơ khó phân hủy)
PCB
: Polychlorinated Biphenyls
HCB
: Hexachlorobenzen
DDE
: 1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etylen
DDD
: 1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etan
GC-MS : Sắc kí khối phổ
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2
4. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 2
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 3
1.1. Tổng quan về POP .................................................................................. 3
1.1.1. Khái quát ........................................................................................... 3
1.1.2. Các phương pháp xử lý POP ............................................................ 9
1.2. DDT....................................................................................................... 10
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT ...................................................................... 10
1.2.2. Độc tích của DDT ........................................................................... 11
1.3. Các phương pháp phân hủy DDT ......................................................... 12
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới............................... 12
1.3.2. Phương pháp phân hủy DDT ở Việt Nam ...................................... 15
1.4. Sắt nano ................................................................................................. 17
1.4.1. Đặc điểm cấu tạo của Fe(0) ............................................................ 17
1.4.2. Các phương pháp chế tạo Fe(0) ...................................................... 18
1.4.3. Ưu điểm của Fe(0) trong xử lý môi trường .................................... 18
1.5. Động học của phản ứng ........................................................................ 20
1.5.1. Động học của phản ứng đơn giản ................................................... 20
1.5.2. Động học phản ứng xúc tác dị thể .................................................. 22
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 24
2.1. Thực nghiệm ......................................................................................... 24
2.1.1. Hóa chất, công cụ ........................................................................... 24
2.1.2. Tiến hành thực nghiệm ................................................................... 25
2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 26
2.2.1. Phương pháp phân tích DDT .......................................................... 26
2.1.2. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................. 28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 30
3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến động học phản ứng phân hủy DDT ........... 30
3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến động học phản ứng phân hủy DDT .... 35
3.3. Nghiên cứu năng lượng cho quá trình phân hủy DDT ......................... 36
3.3.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 36
3.3.2. Sự hình thành các gốc tự do từ DDT (tác động của gốc OH)....... 37
3.3.3. Các phản ứng tiếp theo (tác động của các tác nhân đến con
đường phản ứng) ....................................................................................... 38
3.3.4. Sự hình thành các sản phẩm trung gian từ quá trình phân hủy
DDD và DDE ............................................................................................ 39
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các quy luật động học đơn giản ..................................................... 21
Hình 1.1: Cấu tạo phân tử của DDT ............................................................... 11
Hình 1.2. Vai trò của sắt hóa trị không trong phản ứng khử các hợp chất hữu
cơ clo................................................................................................... 19
Hình 2.1. Thiết bị GC – MS tại viện Công nghệ Môi trường. ........................ 26
Hình 3.1: Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau ................................ 31
Hình 3.2: Hàm lượng DDT tổng và hiệu suất xử lý tại các thời điểm khác
nhau..................................................................................................... 31
Hình 3.3: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian ....................................... 32
Hình 3.4. Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau khi thay đổi hàm
lượng sắt ............................................................................................. 34
Hình 3.5: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian khi thay đổi hàm lượng
sắt ........................................................................................................ 34
Hình 3.7: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian. ...................................... 36
Hình 3.8. Sự hình thành các gốc từ phân tử DDT với các biến thiên giá trị
năng lượng (Kcal/mol) ....................................................................... 38
Hình 3.9: Sự biến đổi năng lượng của quá trình hình thành các sản phẩm trung
gian của quá trình phân hủy DDT ( đơn vị năng lượng Kcal/mol) .... 39
Hình 3.10: Sự hình thành các sản phẩm trung gian từ DDT, DDD, DDE...... 39
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Thuốc bảo vệ thực vật đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất nông
nghiệp ở nước ta và các nước trên thế giới, nhất là trong trồng cây lương thực,
rau màu… để phòng trừ các loại sâu bệnh, chuột, cỏ dại… nhằm nâng cao
hiệu quả kinh tế góp phần tăng năng suất, tăng mùa vụ, thay đổi cơ cấu cây
trồng…
Tuy nhiên, nếu con người thiếu những hiểu biết về việc sử dụng thuốc
bảo vệ thực vật thì nó sẽ để lại tác dụng phụ ảnh hưởng đến môi trường sinh
thái, sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe
con người.Sự tồn dư gây ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại, bền khó
phân hủy, được kí hiệu là POP (Persistent Organic Pollutant), là một vấn đề
bức xúc, tồn tại hàng chục năm ở trên 1000 điểm nóng, với hàng loạt hệ lụy,
gây nhiễm độc, ung thư.
DDT (Dichloro – trichloroethane Diphenyl) là một trong những thuốc
trừ sâu tổng hợp được biết đến nhiều nhất. DDT được sử dụng với lượng lớn
để kiểm soát muỗi truyền bệnh sốt rét, bệnh sốt phát ban, và các bệnh côn
trùng khác cả trong quân đội lẫn dân cư. DDT trở thành loại thuốc trừ sâu phổ
biến sử dụng trong nông nghiệp. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi, trong không
khí, đất, nước do một lượng lớn đã giải phóng ra khi phun trên các cánh đồng
và rừng để diệt muỗi và côn trùng.
Ngày nay DDT đã bị cấm sử dụng do tính độc của nó như có khả năng
gây ung thư tiềm tàng, gây đột biến và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Trên thế giới cũng như Việt Nam đã có rất nhiều phương pháp xử lý ô
nhiễm hóa chất BVTV, trong đó công nghệ sử dụng kim loại được nghiên cứu
là cho hiệu quả cao. Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về quá trình xử lý DDT
bằng kim loại sắt nhưng chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của các
thông số vật lý và hóa lý đến động học của quá trình phân hủy DDT.
1
Do đó, chúng tui lựa chọn đề tài “Ảnh hưởng của một số thông số vật
lý và hóa lý đến động học quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm điều kiện tối ưu của nhiệt độ và tốc độ khuấy đến quá trình phân
hủy DDT.
- Tìm phương trình động học, cơ chế của quá trình phân hủy DDT trong
điều kiện tối ưu.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tình hình ô nhiễm thuốc BVTV hiện nay.
- Nghiên cứu phương pháp phâp hủy DDT.
- Nghiên cứu phương trình động học của phản ứng phân hủy DDT.
- Nghiên cứu cơ chế phân hủy DDT bằng một số phần mềm lượng tử.
- Phân tích và xử lý số liệu.
4. Đối tượng nghiên cứu
- Các hợp chất của POP nói chung: DDT và sắt siêu mịn
5. Phương pháp nghiên cứu
- Đọc và tìm hiểu tài liệu.
- Nghiên cứu phần mềm lượng tử.
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu phân tích hàm lượng POP (GC/MS).
- Đánh giá, phân tích số liệu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Làm giảm lượng DDT dư thừa trong đất, góp phần tăng chất lượng cho
cây trồng, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao đời sống cho con người.
2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về POP
1.1.1. Khái quát
Chất ô nhiễm hữu cơ bền (POP - Persistent Organic Pollutans) là những
hợp chất hóa học có nguồn gốc từ cacbon, sản sinh ra do các hoạt động công
nghiệp của con người. POP bền vững trong môi trường có khả năng tích tụ
sinh học qua các chuỗi thức ăn lưu trữ trong thời gian dài, có khả năng phát
tán từ xa các nguồn phát thải và tác động xấu đến sức khỏe con người và hệ
sinh thái.
Vật lý: Chứa nhóm halogen, tan trong mỡ, tan ít trong nước, bền với
nhiệt, ánh sáng, phân hủy sinh học, hóa học, dễ bay hơi và phát tán xa.
Dạng tồn tại: rắn (BVTV), lỏng (PCPs), khí (sản phẩm cháy).
Hóa học: Có khả năng phân hủy trong axit và kiềm, khẳ năng tích lũy
sinh học, phóng đại sinh học.
1.1.1.1. Độc tính của các hợp chất POP [6,30]
Trong tất cả các chất gây ô nhiễm do hoạt động của con người thải vào
môi trường thì các hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) nằm
trong số những chất nguy hiểm nhất. Những hóa chất này rất độc hại, gây ảnh
hưởng đến quá trình phát triển, thần kinh, miễn dịch và ung thư… gây tử
vong ở người và độc vật. Các chất POP cũng rất khó xử lý do tính bền vững
cao đối với quá trình phân hủy tự nhiên.
Chúng có khả năng di chuyển và phát tán qua những quãng đường dài
kể từ nguồn phát sinh ban đầu theo gió, nước hay nhờ các loài di cư. POP có
thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ trong cơ thể của các sinh
vật sống thông qua chuỗi thức ăn và trong cơ thể con người.
3
Các chất thải hữu cơ bền (POP) luôn tiềm tàng trong không khí, thức ăn
nước uống sinh hoạt hàng ngày và có thể gây nhiều bệnh. Tuy nhiên người
dân vẫn chưa có ý thức tự bảo vệ mình, bảo vệ môi trường.
thông báo của Chương trình môi Liên Hiệp quốc, qua nhiều công trình
nghiên cứu cho thấy, POP vô cùng bền vững tồn tại lâu dài trong môi trường,
có khả năng tích lũy sinh học nông sản, thực phẩm và trong các nguồn nước
gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm đối với con người, đặc biệt là bệnh ung thư.
Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng minh rằng POP có thể phát tán đi rất xa,
tồn lưu và tích tụ trong chuỗi thực phẩm cũng như trong các mô tế bào của
thực vật.
Đặc tính của POP là không màu, không mùi nên khó nhận biết bằng cá
giác quan; nặng hơn nước nên thường hay lắng đọng dưới đáy sông ngòi,
kênh rạch; bền nên không cháy hết khi đốt mà chuyển sang dạng khí với tầm
phát tán rộng và nguy hiểm hơn.
Các chất này lan rộng thông qua nước, không khí và lưu nhiễm vào thực
vật, hậu quả là nhiễm vào cơ thể con người. Đó là những hóa chất thường dùng
để pha chế các loại thuốc bảo vệ thực vật có tác dụng mạnh và sử dụng trong
công nghiệp với nhiều mục đích khác nhau. Một số chất POP cò được sản sinh
ra một cách không chủ định trong quá trình sản xuất công nghiệp một số chất
diệt cỏ như 2,4,5T hay trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn của một số
nguyên liệu như gỗ, giấy, luyện kim … Mức độ nguy hiểm, độc hại của từng
chất POP là khác nhau, nhưng đều có một số đặc điểm chung:
Có độc tính tính cao.
Khó phân hủy, có thể tồn tại nhiều năm thậm chí hàng chục năm.
trước khi phân hủy thành dạng ít độc hại hơn.
Có thể bay hơi và phát tán đi xa theo không khí hay nước.
Tích lỹ trong các mô mỡ động vật.
4
Vì những tính chất nguy hại cho con người, sinh vật nói chung và môi
trường sinh thái, có tác động quy mô toàn cầu, nên việc quản lý và ngăn chặn
tác hại của POP được cả thế giới quan tâm, thiết lập Công ước quốc tế các
nước phải tuân theo.
1.1.1.2. POP theo công ước Stockhom [29]
- Là những hợp chất có tính độc hại, tồn tại bền trong môi trường, phát
tán rộng và tích lũy trong hệ sinh thái, gây hại cho sức khỏe con người.
- Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc quản lý an toàn, giảm phát
thải và tiến tới tiêu huỷ hoàn toàn 12 nhóm chất POP bao gồm Aldrin, Chlordan,
Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexaclo benzen, Mirex, Toxaphen và
Polychlorinated Biphenyls (PCB); DDT [1,l,l-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl)
ethan]; Dioxin (polychlorinated dibenzo-p-dioxin), Furans (Polychlorinated
dibenzofurans), Polychlorinated Biphenyls (PCB), và Hexachlorobenzen
(HCB).
- Năm 2009, Hội nghị các bên lần thứ tư của Công ước Stockholm đã
Quyết định bổ sung chín (09) nhóm chất POP mới vào các Phụ lục A, B, C của
công ước, bao gồm: Các hóa chất trong phụ lục A nhóm hóa chất bảo vệ thực
vật: Lindan, Alpha-HCH, Beta-HCH, Chlordecon, nhóm hóa chất công nghiệp:
Hexabromobiphenyl, Pentachlorobenzen, Tetra BDE, Penta BDE, Hepta và
Octa BDE; Các hóa chất trong Phụ lục B: Hóa chất công nghiệp PFOS, các
muối và PFOS-F; Các hóa chất trong Phụ lục C: Pentachlorobenzen.
- Năm 2011, Hội nghị các Bên lần thứ năm (COP 05) Công ước
Stockholm đã bổ sung thêm Endosulfan và các đồng phân vào phụ lục A của
Công ước. (Các chất POP theo yêu cầu mới của Công ước Stockholm sau đây
được gọi tắt là các chất POP mới).
5
Danh mục các chất POP theo COP 05 Công ước Stockholm
Đioxin – hóa chất này được tạo ra một cách vô tình do sự đốt cháy
không hoàn toàn, cũng như trong quá trình sản xuất một số loại thuốc trừ sâu
và các hóa chất khác. Ngoài ra, một số kiểu tái chế kim loại, nghiền và tẩy
trắng giấy cũng có thể sản sinh ra đioxin. Đioxin còn có trong khí thải động
cơ, khói thuốc lá và khói than gỗ.
Endrin – đây là loại thuốc trừ các loại gặm nhấm, trừ sâu được phun
trên những cánh đồng bông và ngũ cốc. Chất này còn được sử dụng để diệt
các loại chuột nhà, chuột đồng...
Furan – các chất này được sản sinh không chú ý từ cùng những quá
trình phát thải đioxin, đồng thời còn có trong các hợp chất PCB dành cho
thương mại.
Heptachlor – được dùng chủ yếu để diệt các loài côn trùng và mối
trong đất, đồng thời còn được dùng để diệt các loài côn trùng hại bông, châu
chấu, các loài gây hại cho nông nghiệp khác và muỗi truyền bệnh sốt rét.
Hexachlorobenzen (HCB) – được sử dụng để diệt nấm hại cây lương
thực. Đây cũng là một phụ phẩm trong việc sản xuất một số loại hóa chất nhất
định và là kết quả của những quá trình phát thải ra đioxin và furan.
Mirex – một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa và các
loại kiến và mối khác. Mirex còn được dùng làm chất làm chậm lửa trong chất
dẻo, cao su và đồ điện.
Polychlorinated Biphenyl (PCB) – hợp chất này được dùng trong công
nghiệp làm chất lưu chuyển nhiệt, trong các máy biến thế điện và tụ điện, làm
chất phụ gia trong sơn, giấy copy không cacbon, chất bịt kín và chất dẻo.
Toxaphene – còn được gọi là camphechlor, một loại thuốc trừ sâu
dùng trong ngành trồng bông, ngũ cốc , hoa quả, hạt và rau xanh. Chất này
còn được dùng để diệt các loại ve, chấy kí sinh vật nuôi.
6
1.1.1.3. Phân loại POP
a. Phân loại theo mục đích sử dụng [27]
- Nhóm các chất trừ sâu, trừ nhện, trừ côn trùng gây hại:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các hợp chất cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa.
+ Nhóm các hợp chất sinh học: Pyrethroid, Permetrin..
- Nhóm các chất trừ nấm, trừ bệnh, trừ vi sinh vật gây hại:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.
+ Một số loại khác.
Nhóm các chất trừ cỏ dại, làm rụng lá, kích thích sinh trưởng:
+ Các hợp chất chứa Phenol (2,4 - D).
+ Các hợp chất của axit propyonic (Dalapon).
+ Các dẫn xuất của cacbamat (ordram).
+ Triazin.
Nhóm các chất diệt chuột và động vật gặm nhấm: Photphua kẽm và
Warfarin.
b. Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học [27,28]
Thuốc BVTV có nguồn gốc hữu cơ:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các hợp chất cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa
+ Các chất trừ sâu thuỷ ngân hữu cơ.
7
+ Các dẫn xuất của hợp chất nitro.
+ Các dẫn xuất của urê.
+ Các dẫn xuất của axit propionic.
+ Các dẫn xuất của axit xyanhydric.
Các chất trừ sâu vô cơ:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.
+ Một số loại khác.
+ Các chất trừ sâu có nguồn gốc thực vật là ancaloid, thực vật có chứa
nicotin, anabazin, pyrethroid.
c. Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế thế giới (TCYTTG) [11,27]
Các chuyên gia về độc học đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất độc lên
cơ thể động vật ở cạn (chuột nhà), và đã đưa ra 5 nhóm độc theo tác động của
độc tố tới cơ thể qua miệng và da như sau: Độc mạnh, độc, độc trung bình,
độc ít, độc rất nhẹ.
d. Phân loại theo độ bền khó phân hủy[27,28]
Các hoá chất bảo vệ thực vật (BVTV) có độ bền khó phân hủy rất khác
nhau, nhiều chất có thể lưu đọng trong môi trường đất, nước, không khí và
trong cơ thể động, thực vật. Do vậy các hoá chất BVTV có thể gây những tác
động trực tiếp hay gián tiếp đến sức khoẻ con người. Dựa vào độ bền khó
phân hủy của chúng, có thể sắp xếp chúng vào các nhóm sau:
- Nhóm chất không bền: Nhóm này gồm các hợp chất phốt pho hữu cơ,
cacbamat. Các hợp chất nằm trong nhóm này có độ bền kéo dài trong vòng từ
1- 12 tuần.
8
- Nhóm chất bền trung bình: Các hợp chất nhóm này có độ bền vững từ
1- 18 tháng, hay một vài năm trong điều kiện tự nhiên. Điển hình là thuốc diệt
cỏ 2,4-D (thuộc loại hợp chất có chứa Clo).
- Nhóm chất bền khó phân hủy: Các hợp chất nhóm này có độ bền từ 25 năm, thậm chí hàng chục năm trong đất, nguồn nước. Thuộc nhóm này là
các loại thuốc trừ sâu đã bị cấm sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam là DDT,
666 (HCH),.. Đó là các hợp chất Clo bền vững.
- Nhóm chất rất bền khó phân hủy: Đó là các hợp chất kim loại hữu cơ,
loại chất này có chứa các kim loại nặng như Thuỷ ngân (Hg), Asen (As)...
Các kim loại nặng Hg và As không bị phân huỷ theo thời gian, chúng đã bị
cấm sử dụng ở Việt Nam.
1.1.2. Các phương pháp xử lý POP[17]
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã có nhiều biện pháp khác nhau
được nghiên cứu và sử dụng để xử lý POP cũng như tiêu hủy chúng và những
biện pháp được sử dụng chủ yếu là:
- Phá hủy bằng tia cực tím (hay bằng ánh sáng mặt trời).
- Phá hủy bằng vi sóng Plasma.
- Oxy hóa bằng không khí ướt.
- Oxy hóa ở nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy).
- Phân hủy bằng công nghệ sinh học.
- Khử bằng hóa chất pha hơi.
- Khử có chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian.
- Oxy hóa muối nóng chảy.
- Oxy hóa siêu tới hạn và plasma.
- Sử dụng lò đốt đặc chủng.
- Lò đốt xi măng.
9
Cho đến nay, nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dư
thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy và vẫn sử dụng các công
nghệ: sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi
trường – Bộ tư lệnh Hóa học), sử dụng lò đốt xi măng nhiệt độ cao (Công ty
Holchim thí điểm tại Hòn Chông), sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh
cưỡng bức (Công ty Môi Trường Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp) và
Công nghệ phân hủy sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số đơn
vị khác thực hiện). Tuy nhiên các phương pháp trên có nhiều hạn chế:
+ Phải đào xúc vận chuyển khối lượng lớn đất tồn dư.
+ Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn.
+ Việc nung đốt trong lò xi măng chưa khẳng định đã phân hủy hoàn
toàn chất độc hại mà không phát sinh dioxin thải ra môi trường.
+ Chi phí đốt quá lớn.
Yêu cầu công nghệ phù hợp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam
vừa có thể triển khai rộng, phù hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trình độ
kỹ thuật và quản lý ở trong nước, mà vẫn giữ được yêu cầu tối quan trọng là
không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp như dioxin,
furan hay các chất độc hại khác, ra môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay chưa
có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu cầu thực tế.
1.2. DDT
DDT là một trong những chất nguy hại nhất trong số các chất POP,
nhưng lại được sử dụng khá phổ biến đến nay, do đó tác động gây hại của nó
càng lớn – rộng.
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT [1,4]
DDT là loại thuốc trừ sâu đã được sử dụng trong nhiều năm qua. Công thức
hóa học của loại thuốc này là C14H9Cl5 tên khoa học là diclodiphenyltricloetan hay
(1,1,1 – trichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etan) và gọi tắt là DDT được sử
10
dụng một cách hiệu quả giúp quân đội và dân thường trong việc kiểm soát sự lan
truyền của dịch sốt rét và các bệnh dịch khác phát sinh từ côn trùng.
DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p’- DDT (85%), o,p’- DDT (15%) và
o,o’- DDT (lượng vết). Tất cả ba dạng trên đều là chất bột vô định hình. DDT
cũng có thể chứa DDE (1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etylen) và
DDD (1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etan) là những chất nhiễm
bẩn trong quá trình sản xuất. DDD cũng có thể được sử dụng để diệt trừ sâu hại,
nhưng hiệu quả kém hơn nhiều so với DDT, một dạng của DDD (o,p’-DDD) đã
được sử dụng để điều trị bệnh ung thư tuyến thượng thận. Cả DDD và DDE đều
là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất DDT.
- Công thức hóa học của DDT: C14H9Cl5
- Cấu tạo phân tử DDT:
Hình 1.1: Cấu tạo phân tử của DDT
1.2.2. Độc tính của DDT [1]
- Độc tính:
DDT là loại thuốc trừ sâu có độ bền vững có độc tính cao. Sự gây hại
của DDT đối với môi trường là do hai thuộc tính của nó là sự tồn tại lâu trong
môi trường và sự hòa tan trong lipit.Vì DDTkhông hòa tan trong nước nên rất
khó bị rửa trôi trong môi trường.
DDT hòa tan tốt chất béo vì vậy khi động vật ăn thức ăn có chứa DDT
thì DDT sẽ kết hợp với chất béo trong cơ thể và tích lũy ở đó. Một khi DDT
xâm nhập được vào cơ thể nó sẽ có xu hướng kết hợp tích lũy lại ở các mô
11
mỡ. Sự tích lũy DDT có sự tăng lên qua các bậc dinh dưỡng gọi là sự phóng
đại sinh học, nó xảy ra trong các chuỗi thức ăn.
Điều này có nghĩa là trong chuỗi thức ăn càng ở những động vật bậc cao
trên đầu chuỗi thức ăn thì càng tích lũy nhiều DDT. Và con người luôn luôn là
sinh vật ở bậc cuối cùng của mọi chuỗi thức ăn. DDT có tác dụng lên hệ thần
kinh của động vật, đặc biệt là hệ thần kinh ngoại biên,gây rối loạn thần kinh và
ức chế enzim chắc năng đòi hỏi sự dịch chuyển các ion dẫn đến tê liệt. DDT
thuộc nhóm độc II, LD50 per os:113-118 mg/kg; LD50 dermal: 2150 mg/kg.
Tuy nhiên DDT lại là hóa chất duy nhất cho đến nay được cho phép sử
dụng diệt muỗi – cung quăng nhằm hạn chế lây lan bệnh sốt rét.
1.3. Các phương pháp phân hủy DDT
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới
1.3.1.1. Phương pháp chôn lấp, cô lập[1]
Với cấu trúc vòng thơm, DDT rất khó phân hủy trong tự nhiên nên biện
pháp chôn lấp chất thải nguy hại được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế
giới. Một số nước sử dụng biện pháp cô lập và xi măng hóa chất thải có độc
tính cao ở dạng lỏng hay rắn. Phương pháp này đòi hỏi phải chuẩn bị hố
chôn lấp đảm bảo kỹ thuật, không bị rò rỉ, bền vững với thời gian dài, địa
điểm chôn lấp phải xa khu dân cư, không gần mạch nước ngầm.
1.3.1.2. Phương pháp đốt có xúc tác[1]
Đây là phương pháp vô cơ chuyển hóa clo hữu cơ thành CO2 , H2O và
Cl . Clo hữu cơ tiếp xúc với kim loại đồng nung đỏ đều bị lấy mất clo (tạo
thành CuCl2) và chúng bị phân hủy tiếp thành CO2 và H2O cùng với các dẫn
xuất khác không độc hay ít độc hơn.
2
DDT
CO2 H 2O
Cu /600700o C ,O khongkhi
12
Công nghệ thiêu đốt có xúc tác đã được sử dụng trên thế giới, phương
pháp này tương đối triệt để song giá thành lại cao và có khả năng gây ô nhiễm
thứ cấp bởi các sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình vận hành.
1.3.1.3. Giải pháp phân hủy hóa chất DDT bằng tia cực tím (UV) hoặc
bằng ánh sáng mặt trời
Các bức xạ cực tím có năng lượng lớn hơn, do đó nó có tác dụng phá
hủy lớn. Các phản ứng phân hủy bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt
trời thường làm gãy mạch vòng hay gãy các mối liên kết giữa clo với cacbon
hay nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ với cacbon và sau
đó thay thế nhóm đó bằng phenyl hay nhóm hiddroxyl và làm giảm độ độc
của chất độc.
Ưu điểm: Hiệu suất xử lí cao, chi phí cho xử lí thấp, rác thải an toàn ra
môi trường.
Nhược điểm: Không thể áp dụng để xử lí chất ô nhiễm chảy tràn và
chất thải rửa có nồng độ đậm đặc. Có thể áp dụng phương pháp này để xử lí
đất, tuy nhiên khi có lớp đất trực tiếp được tia cực tím chiếu không dày hơn
5mm. Do đó, khi cần xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn
5mm thì phương pháp này ít được sử dụng và đặc biệt trong công nghệxử lí
hiện trường.
1.3.1.4. Phương pháp hấp phụ[1]
Đây là phương pháp thu gom và giữ hóa chất DDT trên bề mặt của các
chất hấp phụ. Có thể sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (than
bùn, các chất khoáng, các chất mùn….), các chất hấp phụ tổng hợp (gồm hoạt
hóa, các nhựa trao đổi ion….), than hoạt tính….
Ưu điểm: Phương pháp hấp phụ là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng,
chi phí ban đầu cho xử lí thấp.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại Viện Kĩ thuật Nhiệt đới Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc em xin gửi lời
Thank đến ThS. Trần Quang Thiện đã định hướng và hướng dẫn em tận tình
trong suốt thời gian em làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lê Xuân Quế và các
Thầy Cô làm việc tại Viện kĩ thuật Nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ để em được nghiên cứu, học
tập và hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành gửi lời Thank đến ban lãnh đạo trường Đại học Sư
phạm Hà Nội 2, ban chủ nhiệm khoa cùng toàn thể các Thầy Cô trong Khoa
Hóa học đã hết lòng quan tâm, dìu dắt và giúp đỡ em trong suốt quá trình học
tập tại trường và hoàn thiện khóa luận này.
Em xin chân thành Thank gia đình, người thân, bạn bè đã luôn tạo
điều kiện động viên, khích lệ giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khóa
luận tốt nghiệp cuả mình.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Vũ Thị Yến
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu, số liệu được trình bày trong
khóa luận: “Ảnh hưởng của một số thông số vật lý và hóa lý đến động học
quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn” dưới sự hướng dẫn của ThS.
Trần Quang Thiện là hoàn toàn trung thực và không trùng với kết quả của
tác giả khác.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Vũ Thị Yến
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DDT
: Dichloro – trichloroethane Diphenyl
BVTV
: Bảo vệ thực vật
POP
: Persistent Organic Pollutans (hợp chất hữu cơ khó phân hủy)
PCB
: Polychlorinated Biphenyls
HCB
: Hexachlorobenzen
DDE
: 1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etylen
DDD
: 1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etan
GC-MS : Sắc kí khối phổ
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2
4. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 2
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 3
1.1. Tổng quan về POP .................................................................................. 3
1.1.1. Khái quát ........................................................................................... 3
1.1.2. Các phương pháp xử lý POP ............................................................ 9
1.2. DDT....................................................................................................... 10
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT ...................................................................... 10
1.2.2. Độc tích của DDT ........................................................................... 11
1.3. Các phương pháp phân hủy DDT ......................................................... 12
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới............................... 12
1.3.2. Phương pháp phân hủy DDT ở Việt Nam ...................................... 15
1.4. Sắt nano ................................................................................................. 17
1.4.1. Đặc điểm cấu tạo của Fe(0) ............................................................ 17
1.4.2. Các phương pháp chế tạo Fe(0) ...................................................... 18
1.4.3. Ưu điểm của Fe(0) trong xử lý môi trường .................................... 18
1.5. Động học của phản ứng ........................................................................ 20
1.5.1. Động học của phản ứng đơn giản ................................................... 20
1.5.2. Động học phản ứng xúc tác dị thể .................................................. 22
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 24
2.1. Thực nghiệm ......................................................................................... 24
2.1.1. Hóa chất, công cụ ........................................................................... 24
2.1.2. Tiến hành thực nghiệm ................................................................... 25
2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 26
2.2.1. Phương pháp phân tích DDT .......................................................... 26
2.1.2. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................. 28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 30
3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến động học phản ứng phân hủy DDT ........... 30
3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến động học phản ứng phân hủy DDT .... 35
3.3. Nghiên cứu năng lượng cho quá trình phân hủy DDT ......................... 36
3.3.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 36
3.3.2. Sự hình thành các gốc tự do từ DDT (tác động của gốc OH)....... 37
3.3.3. Các phản ứng tiếp theo (tác động của các tác nhân đến con
đường phản ứng) ....................................................................................... 38
3.3.4. Sự hình thành các sản phẩm trung gian từ quá trình phân hủy
DDD và DDE ............................................................................................ 39
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các quy luật động học đơn giản ..................................................... 21
Hình 1.1: Cấu tạo phân tử của DDT ............................................................... 11
Hình 1.2. Vai trò của sắt hóa trị không trong phản ứng khử các hợp chất hữu
cơ clo................................................................................................... 19
Hình 2.1. Thiết bị GC – MS tại viện Công nghệ Môi trường. ........................ 26
Hình 3.1: Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau ................................ 31
Hình 3.2: Hàm lượng DDT tổng và hiệu suất xử lý tại các thời điểm khác
nhau..................................................................................................... 31
Hình 3.3: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian ....................................... 32
Hình 3.4. Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau khi thay đổi hàm
lượng sắt ............................................................................................. 34
Hình 3.5: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian khi thay đổi hàm lượng
sắt ........................................................................................................ 34
Hình 3.7: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian. ...................................... 36
Hình 3.8. Sự hình thành các gốc từ phân tử DDT với các biến thiên giá trị
năng lượng (Kcal/mol) ....................................................................... 38
Hình 3.9: Sự biến đổi năng lượng của quá trình hình thành các sản phẩm trung
gian của quá trình phân hủy DDT ( đơn vị năng lượng Kcal/mol) .... 39
Hình 3.10: Sự hình thành các sản phẩm trung gian từ DDT, DDD, DDE...... 39
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Thuốc bảo vệ thực vật đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất nông
nghiệp ở nước ta và các nước trên thế giới, nhất là trong trồng cây lương thực,
rau màu… để phòng trừ các loại sâu bệnh, chuột, cỏ dại… nhằm nâng cao
hiệu quả kinh tế góp phần tăng năng suất, tăng mùa vụ, thay đổi cơ cấu cây
trồng…
Tuy nhiên, nếu con người thiếu những hiểu biết về việc sử dụng thuốc
bảo vệ thực vật thì nó sẽ để lại tác dụng phụ ảnh hưởng đến môi trường sinh
thái, sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe
con người.Sự tồn dư gây ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại, bền khó
phân hủy, được kí hiệu là POP (Persistent Organic Pollutant), là một vấn đề
bức xúc, tồn tại hàng chục năm ở trên 1000 điểm nóng, với hàng loạt hệ lụy,
gây nhiễm độc, ung thư.
DDT (Dichloro – trichloroethane Diphenyl) là một trong những thuốc
trừ sâu tổng hợp được biết đến nhiều nhất. DDT được sử dụng với lượng lớn
để kiểm soát muỗi truyền bệnh sốt rét, bệnh sốt phát ban, và các bệnh côn
trùng khác cả trong quân đội lẫn dân cư. DDT trở thành loại thuốc trừ sâu phổ
biến sử dụng trong nông nghiệp. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi, trong không
khí, đất, nước do một lượng lớn đã giải phóng ra khi phun trên các cánh đồng
và rừng để diệt muỗi và côn trùng.
Ngày nay DDT đã bị cấm sử dụng do tính độc của nó như có khả năng
gây ung thư tiềm tàng, gây đột biến và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Trên thế giới cũng như Việt Nam đã có rất nhiều phương pháp xử lý ô
nhiễm hóa chất BVTV, trong đó công nghệ sử dụng kim loại được nghiên cứu
là cho hiệu quả cao. Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về quá trình xử lý DDT
bằng kim loại sắt nhưng chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của các
thông số vật lý và hóa lý đến động học của quá trình phân hủy DDT.
1
Do đó, chúng tui lựa chọn đề tài “Ảnh hưởng của một số thông số vật
lý và hóa lý đến động học quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm điều kiện tối ưu của nhiệt độ và tốc độ khuấy đến quá trình phân
hủy DDT.
- Tìm phương trình động học, cơ chế của quá trình phân hủy DDT trong
điều kiện tối ưu.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tình hình ô nhiễm thuốc BVTV hiện nay.
- Nghiên cứu phương pháp phâp hủy DDT.
- Nghiên cứu phương trình động học của phản ứng phân hủy DDT.
- Nghiên cứu cơ chế phân hủy DDT bằng một số phần mềm lượng tử.
- Phân tích và xử lý số liệu.
4. Đối tượng nghiên cứu
- Các hợp chất của POP nói chung: DDT và sắt siêu mịn
5. Phương pháp nghiên cứu
- Đọc và tìm hiểu tài liệu.
- Nghiên cứu phần mềm lượng tử.
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu phân tích hàm lượng POP (GC/MS).
- Đánh giá, phân tích số liệu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Làm giảm lượng DDT dư thừa trong đất, góp phần tăng chất lượng cho
cây trồng, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao đời sống cho con người.
2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về POP
1.1.1. Khái quát
Chất ô nhiễm hữu cơ bền (POP - Persistent Organic Pollutans) là những
hợp chất hóa học có nguồn gốc từ cacbon, sản sinh ra do các hoạt động công
nghiệp của con người. POP bền vững trong môi trường có khả năng tích tụ
sinh học qua các chuỗi thức ăn lưu trữ trong thời gian dài, có khả năng phát
tán từ xa các nguồn phát thải và tác động xấu đến sức khỏe con người và hệ
sinh thái.
Vật lý: Chứa nhóm halogen, tan trong mỡ, tan ít trong nước, bền với
nhiệt, ánh sáng, phân hủy sinh học, hóa học, dễ bay hơi và phát tán xa.
Dạng tồn tại: rắn (BVTV), lỏng (PCPs), khí (sản phẩm cháy).
Hóa học: Có khả năng phân hủy trong axit và kiềm, khẳ năng tích lũy
sinh học, phóng đại sinh học.
1.1.1.1. Độc tính của các hợp chất POP [6,30]
Trong tất cả các chất gây ô nhiễm do hoạt động của con người thải vào
môi trường thì các hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) nằm
trong số những chất nguy hiểm nhất. Những hóa chất này rất độc hại, gây ảnh
hưởng đến quá trình phát triển, thần kinh, miễn dịch và ung thư… gây tử
vong ở người và độc vật. Các chất POP cũng rất khó xử lý do tính bền vững
cao đối với quá trình phân hủy tự nhiên.
Chúng có khả năng di chuyển và phát tán qua những quãng đường dài
kể từ nguồn phát sinh ban đầu theo gió, nước hay nhờ các loài di cư. POP có
thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ trong cơ thể của các sinh
vật sống thông qua chuỗi thức ăn và trong cơ thể con người.
3
Các chất thải hữu cơ bền (POP) luôn tiềm tàng trong không khí, thức ăn
nước uống sinh hoạt hàng ngày và có thể gây nhiều bệnh. Tuy nhiên người
dân vẫn chưa có ý thức tự bảo vệ mình, bảo vệ môi trường.
thông báo của Chương trình môi Liên Hiệp quốc, qua nhiều công trình
nghiên cứu cho thấy, POP vô cùng bền vững tồn tại lâu dài trong môi trường,
có khả năng tích lũy sinh học nông sản, thực phẩm và trong các nguồn nước
gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm đối với con người, đặc biệt là bệnh ung thư.
Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng minh rằng POP có thể phát tán đi rất xa,
tồn lưu và tích tụ trong chuỗi thực phẩm cũng như trong các mô tế bào của
thực vật.
Đặc tính của POP là không màu, không mùi nên khó nhận biết bằng cá
giác quan; nặng hơn nước nên thường hay lắng đọng dưới đáy sông ngòi,
kênh rạch; bền nên không cháy hết khi đốt mà chuyển sang dạng khí với tầm
phát tán rộng và nguy hiểm hơn.
Các chất này lan rộng thông qua nước, không khí và lưu nhiễm vào thực
vật, hậu quả là nhiễm vào cơ thể con người. Đó là những hóa chất thường dùng
để pha chế các loại thuốc bảo vệ thực vật có tác dụng mạnh và sử dụng trong
công nghiệp với nhiều mục đích khác nhau. Một số chất POP cò được sản sinh
ra một cách không chủ định trong quá trình sản xuất công nghiệp một số chất
diệt cỏ như 2,4,5T hay trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn của một số
nguyên liệu như gỗ, giấy, luyện kim … Mức độ nguy hiểm, độc hại của từng
chất POP là khác nhau, nhưng đều có một số đặc điểm chung:
Có độc tính tính cao.
Khó phân hủy, có thể tồn tại nhiều năm thậm chí hàng chục năm.
trước khi phân hủy thành dạng ít độc hại hơn.
Có thể bay hơi và phát tán đi xa theo không khí hay nước.
Tích lỹ trong các mô mỡ động vật.
4
Vì những tính chất nguy hại cho con người, sinh vật nói chung và môi
trường sinh thái, có tác động quy mô toàn cầu, nên việc quản lý và ngăn chặn
tác hại của POP được cả thế giới quan tâm, thiết lập Công ước quốc tế các
nước phải tuân theo.
1.1.1.2. POP theo công ước Stockhom [29]
- Là những hợp chất có tính độc hại, tồn tại bền trong môi trường, phát
tán rộng và tích lũy trong hệ sinh thái, gây hại cho sức khỏe con người.
- Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc quản lý an toàn, giảm phát
thải và tiến tới tiêu huỷ hoàn toàn 12 nhóm chất POP bao gồm Aldrin, Chlordan,
Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexaclo benzen, Mirex, Toxaphen và
Polychlorinated Biphenyls (PCB); DDT [1,l,l-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl)
ethan]; Dioxin (polychlorinated dibenzo-p-dioxin), Furans (Polychlorinated
dibenzofurans), Polychlorinated Biphenyls (PCB), và Hexachlorobenzen
(HCB).
- Năm 2009, Hội nghị các bên lần thứ tư của Công ước Stockholm đã
Quyết định bổ sung chín (09) nhóm chất POP mới vào các Phụ lục A, B, C của
công ước, bao gồm: Các hóa chất trong phụ lục A nhóm hóa chất bảo vệ thực
vật: Lindan, Alpha-HCH, Beta-HCH, Chlordecon, nhóm hóa chất công nghiệp:
Hexabromobiphenyl, Pentachlorobenzen, Tetra BDE, Penta BDE, Hepta và
Octa BDE; Các hóa chất trong Phụ lục B: Hóa chất công nghiệp PFOS, các
muối và PFOS-F; Các hóa chất trong Phụ lục C: Pentachlorobenzen.
- Năm 2011, Hội nghị các Bên lần thứ năm (COP 05) Công ước
Stockholm đã bổ sung thêm Endosulfan và các đồng phân vào phụ lục A của
Công ước. (Các chất POP theo yêu cầu mới của Công ước Stockholm sau đây
được gọi tắt là các chất POP mới).
5
Danh mục các chất POP theo COP 05 Công ước Stockholm
Đioxin – hóa chất này được tạo ra một cách vô tình do sự đốt cháy
không hoàn toàn, cũng như trong quá trình sản xuất một số loại thuốc trừ sâu
và các hóa chất khác. Ngoài ra, một số kiểu tái chế kim loại, nghiền và tẩy
trắng giấy cũng có thể sản sinh ra đioxin. Đioxin còn có trong khí thải động
cơ, khói thuốc lá và khói than gỗ.
Endrin – đây là loại thuốc trừ các loại gặm nhấm, trừ sâu được phun
trên những cánh đồng bông và ngũ cốc. Chất này còn được sử dụng để diệt
các loại chuột nhà, chuột đồng...
Furan – các chất này được sản sinh không chú ý từ cùng những quá
trình phát thải đioxin, đồng thời còn có trong các hợp chất PCB dành cho
thương mại.
Heptachlor – được dùng chủ yếu để diệt các loài côn trùng và mối
trong đất, đồng thời còn được dùng để diệt các loài côn trùng hại bông, châu
chấu, các loài gây hại cho nông nghiệp khác và muỗi truyền bệnh sốt rét.
Hexachlorobenzen (HCB) – được sử dụng để diệt nấm hại cây lương
thực. Đây cũng là một phụ phẩm trong việc sản xuất một số loại hóa chất nhất
định và là kết quả của những quá trình phát thải ra đioxin và furan.
Mirex – một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa và các
loại kiến và mối khác. Mirex còn được dùng làm chất làm chậm lửa trong chất
dẻo, cao su và đồ điện.
Polychlorinated Biphenyl (PCB) – hợp chất này được dùng trong công
nghiệp làm chất lưu chuyển nhiệt, trong các máy biến thế điện và tụ điện, làm
chất phụ gia trong sơn, giấy copy không cacbon, chất bịt kín và chất dẻo.
Toxaphene – còn được gọi là camphechlor, một loại thuốc trừ sâu
dùng trong ngành trồng bông, ngũ cốc , hoa quả, hạt và rau xanh. Chất này
còn được dùng để diệt các loại ve, chấy kí sinh vật nuôi.
6
1.1.1.3. Phân loại POP
a. Phân loại theo mục đích sử dụng [27]
- Nhóm các chất trừ sâu, trừ nhện, trừ côn trùng gây hại:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các hợp chất cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa.
+ Nhóm các hợp chất sinh học: Pyrethroid, Permetrin..
- Nhóm các chất trừ nấm, trừ bệnh, trừ vi sinh vật gây hại:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.
+ Một số loại khác.
Nhóm các chất trừ cỏ dại, làm rụng lá, kích thích sinh trưởng:
+ Các hợp chất chứa Phenol (2,4 - D).
+ Các hợp chất của axit propyonic (Dalapon).
+ Các dẫn xuất của cacbamat (ordram).
+ Triazin.
Nhóm các chất diệt chuột và động vật gặm nhấm: Photphua kẽm và
Warfarin.
b. Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học [27,28]
Thuốc BVTV có nguồn gốc hữu cơ:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các hợp chất cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa
+ Các chất trừ sâu thuỷ ngân hữu cơ.
7
+ Các dẫn xuất của hợp chất nitro.
+ Các dẫn xuất của urê.
+ Các dẫn xuất của axit propionic.
+ Các dẫn xuất của axit xyanhydric.
Các chất trừ sâu vô cơ:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.
+ Một số loại khác.
+ Các chất trừ sâu có nguồn gốc thực vật là ancaloid, thực vật có chứa
nicotin, anabazin, pyrethroid.
c. Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế thế giới (TCYTTG) [11,27]
Các chuyên gia về độc học đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất độc lên
cơ thể động vật ở cạn (chuột nhà), và đã đưa ra 5 nhóm độc theo tác động của
độc tố tới cơ thể qua miệng và da như sau: Độc mạnh, độc, độc trung bình,
độc ít, độc rất nhẹ.
d. Phân loại theo độ bền khó phân hủy[27,28]
Các hoá chất bảo vệ thực vật (BVTV) có độ bền khó phân hủy rất khác
nhau, nhiều chất có thể lưu đọng trong môi trường đất, nước, không khí và
trong cơ thể động, thực vật. Do vậy các hoá chất BVTV có thể gây những tác
động trực tiếp hay gián tiếp đến sức khoẻ con người. Dựa vào độ bền khó
phân hủy của chúng, có thể sắp xếp chúng vào các nhóm sau:
- Nhóm chất không bền: Nhóm này gồm các hợp chất phốt pho hữu cơ,
cacbamat. Các hợp chất nằm trong nhóm này có độ bền kéo dài trong vòng từ
1- 12 tuần.
8
- Nhóm chất bền trung bình: Các hợp chất nhóm này có độ bền vững từ
1- 18 tháng, hay một vài năm trong điều kiện tự nhiên. Điển hình là thuốc diệt
cỏ 2,4-D (thuộc loại hợp chất có chứa Clo).
- Nhóm chất bền khó phân hủy: Các hợp chất nhóm này có độ bền từ 25 năm, thậm chí hàng chục năm trong đất, nguồn nước. Thuộc nhóm này là
các loại thuốc trừ sâu đã bị cấm sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam là DDT,
666 (HCH),.. Đó là các hợp chất Clo bền vững.
- Nhóm chất rất bền khó phân hủy: Đó là các hợp chất kim loại hữu cơ,
loại chất này có chứa các kim loại nặng như Thuỷ ngân (Hg), Asen (As)...
Các kim loại nặng Hg và As không bị phân huỷ theo thời gian, chúng đã bị
cấm sử dụng ở Việt Nam.
1.1.2. Các phương pháp xử lý POP[17]
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã có nhiều biện pháp khác nhau
được nghiên cứu và sử dụng để xử lý POP cũng như tiêu hủy chúng và những
biện pháp được sử dụng chủ yếu là:
- Phá hủy bằng tia cực tím (hay bằng ánh sáng mặt trời).
- Phá hủy bằng vi sóng Plasma.
- Oxy hóa bằng không khí ướt.
- Oxy hóa ở nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy).
- Phân hủy bằng công nghệ sinh học.
- Khử bằng hóa chất pha hơi.
- Khử có chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian.
- Oxy hóa muối nóng chảy.
- Oxy hóa siêu tới hạn và plasma.
- Sử dụng lò đốt đặc chủng.
- Lò đốt xi măng.
9
Cho đến nay, nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dư
thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy và vẫn sử dụng các công
nghệ: sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi
trường – Bộ tư lệnh Hóa học), sử dụng lò đốt xi măng nhiệt độ cao (Công ty
Holchim thí điểm tại Hòn Chông), sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh
cưỡng bức (Công ty Môi Trường Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp) và
Công nghệ phân hủy sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số đơn
vị khác thực hiện). Tuy nhiên các phương pháp trên có nhiều hạn chế:
+ Phải đào xúc vận chuyển khối lượng lớn đất tồn dư.
+ Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn.
+ Việc nung đốt trong lò xi măng chưa khẳng định đã phân hủy hoàn
toàn chất độc hại mà không phát sinh dioxin thải ra môi trường.
+ Chi phí đốt quá lớn.
Yêu cầu công nghệ phù hợp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam
vừa có thể triển khai rộng, phù hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trình độ
kỹ thuật và quản lý ở trong nước, mà vẫn giữ được yêu cầu tối quan trọng là
không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp như dioxin,
furan hay các chất độc hại khác, ra môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay chưa
có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu cầu thực tế.
1.2. DDT
DDT là một trong những chất nguy hại nhất trong số các chất POP,
nhưng lại được sử dụng khá phổ biến đến nay, do đó tác động gây hại của nó
càng lớn – rộng.
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT [1,4]
DDT là loại thuốc trừ sâu đã được sử dụng trong nhiều năm qua. Công thức
hóa học của loại thuốc này là C14H9Cl5 tên khoa học là diclodiphenyltricloetan hay
(1,1,1 – trichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etan) và gọi tắt là DDT được sử
10
dụng một cách hiệu quả giúp quân đội và dân thường trong việc kiểm soát sự lan
truyền của dịch sốt rét và các bệnh dịch khác phát sinh từ côn trùng.
DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p’- DDT (85%), o,p’- DDT (15%) và
o,o’- DDT (lượng vết). Tất cả ba dạng trên đều là chất bột vô định hình. DDT
cũng có thể chứa DDE (1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etylen) và
DDD (1,1 – dichloro – 2,2-bis (p – chlorophenyl) etan) là những chất nhiễm
bẩn trong quá trình sản xuất. DDD cũng có thể được sử dụng để diệt trừ sâu hại,
nhưng hiệu quả kém hơn nhiều so với DDT, một dạng của DDD (o,p’-DDD) đã
được sử dụng để điều trị bệnh ung thư tuyến thượng thận. Cả DDD và DDE đều
là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất DDT.
- Công thức hóa học của DDT: C14H9Cl5
- Cấu tạo phân tử DDT:
Hình 1.1: Cấu tạo phân tử của DDT
1.2.2. Độc tính của DDT [1]
- Độc tính:
DDT là loại thuốc trừ sâu có độ bền vững có độc tính cao. Sự gây hại
của DDT đối với môi trường là do hai thuộc tính của nó là sự tồn tại lâu trong
môi trường và sự hòa tan trong lipit.Vì DDTkhông hòa tan trong nước nên rất
khó bị rửa trôi trong môi trường.
DDT hòa tan tốt chất béo vì vậy khi động vật ăn thức ăn có chứa DDT
thì DDT sẽ kết hợp với chất béo trong cơ thể và tích lũy ở đó. Một khi DDT
xâm nhập được vào cơ thể nó sẽ có xu hướng kết hợp tích lũy lại ở các mô
11
mỡ. Sự tích lũy DDT có sự tăng lên qua các bậc dinh dưỡng gọi là sự phóng
đại sinh học, nó xảy ra trong các chuỗi thức ăn.
Điều này có nghĩa là trong chuỗi thức ăn càng ở những động vật bậc cao
trên đầu chuỗi thức ăn thì càng tích lũy nhiều DDT. Và con người luôn luôn là
sinh vật ở bậc cuối cùng của mọi chuỗi thức ăn. DDT có tác dụng lên hệ thần
kinh của động vật, đặc biệt là hệ thần kinh ngoại biên,gây rối loạn thần kinh và
ức chế enzim chắc năng đòi hỏi sự dịch chuyển các ion dẫn đến tê liệt. DDT
thuộc nhóm độc II, LD50 per os:113-118 mg/kg; LD50 dermal: 2150 mg/kg.
Tuy nhiên DDT lại là hóa chất duy nhất cho đến nay được cho phép sử
dụng diệt muỗi – cung quăng nhằm hạn chế lây lan bệnh sốt rét.
1.3. Các phương pháp phân hủy DDT
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới
1.3.1.1. Phương pháp chôn lấp, cô lập[1]
Với cấu trúc vòng thơm, DDT rất khó phân hủy trong tự nhiên nên biện
pháp chôn lấp chất thải nguy hại được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế
giới. Một số nước sử dụng biện pháp cô lập và xi măng hóa chất thải có độc
tính cao ở dạng lỏng hay rắn. Phương pháp này đòi hỏi phải chuẩn bị hố
chôn lấp đảm bảo kỹ thuật, không bị rò rỉ, bền vững với thời gian dài, địa
điểm chôn lấp phải xa khu dân cư, không gần mạch nước ngầm.
1.3.1.2. Phương pháp đốt có xúc tác[1]
Đây là phương pháp vô cơ chuyển hóa clo hữu cơ thành CO2 , H2O và
Cl . Clo hữu cơ tiếp xúc với kim loại đồng nung đỏ đều bị lấy mất clo (tạo
thành CuCl2) và chúng bị phân hủy tiếp thành CO2 và H2O cùng với các dẫn
xuất khác không độc hay ít độc hơn.
2
DDT
CO2 H 2O
Cu /600700o C ,O khongkhi
12
Công nghệ thiêu đốt có xúc tác đã được sử dụng trên thế giới, phương
pháp này tương đối triệt để song giá thành lại cao và có khả năng gây ô nhiễm
thứ cấp bởi các sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình vận hành.
1.3.1.3. Giải pháp phân hủy hóa chất DDT bằng tia cực tím (UV) hoặc
bằng ánh sáng mặt trời
Các bức xạ cực tím có năng lượng lớn hơn, do đó nó có tác dụng phá
hủy lớn. Các phản ứng phân hủy bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt
trời thường làm gãy mạch vòng hay gãy các mối liên kết giữa clo với cacbon
hay nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ với cacbon và sau
đó thay thế nhóm đó bằng phenyl hay nhóm hiddroxyl và làm giảm độ độc
của chất độc.
Ưu điểm: Hiệu suất xử lí cao, chi phí cho xử lí thấp, rác thải an toàn ra
môi trường.
Nhược điểm: Không thể áp dụng để xử lí chất ô nhiễm chảy tràn và
chất thải rửa có nồng độ đậm đặc. Có thể áp dụng phương pháp này để xử lí
đất, tuy nhiên khi có lớp đất trực tiếp được tia cực tím chiếu không dày hơn
5mm. Do đó, khi cần xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn
5mm thì phương pháp này ít được sử dụng và đặc biệt trong công nghệxử lí
hiện trường.
1.3.1.4. Phương pháp hấp phụ[1]
Đây là phương pháp thu gom và giữ hóa chất DDT trên bề mặt của các
chất hấp phụ. Có thể sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (than
bùn, các chất khoáng, các chất mùn….), các chất hấp phụ tổng hợp (gồm hoạt
hóa, các nhựa trao đổi ion….), than hoạt tính….
Ưu điểm: Phương pháp hấp phụ là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng,
chi phí ban đầu cho xử lí thấp.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links