CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về các chất PFOS và PFOA 1. Giới thiệu chung về hợp chất PFOS và PFOA PFOS và PFOA (PFOX, X: S hoặc A) là 2 chất thuộc nhóm hợp chất PFCs (Perflourinated Chemicals). PFCs là nhóm các chất hữu cơ được thay thế các nguyên tử hydro bằng các nguyên tử fluoro [4].
Cấu tạo chung của PFCs là chuỗi đầy đủ fluoro alkyl với độ dài khác nhau, thường từ C4 đến C16, và một nhóm chức cuối ưa nước với công thức phân tử tổng quát [6, 21]. Công thức tổng quát của các hợp chất PFCs Trong đó : R là số nhóm chức ưa nước ( nhóm chức ưa nước điển hình là acid carboxylic hoặc sulfonate).1 đưa ra danh sách các hợp chất, tên viết tắt và công thức phân tử của 17 hợp chất PFCs được quan tâm trong nghiên cứu này. Danh sách các hợp chất PFCs được quan tâm trong thực tế STT Tên hợp chất Tên viết tắt Công thức phân tử 1 Perfluorobutanoic acid PFBA C4F7COOH 2 Perfluoropentanoic acid PFPeA C5F9COOH 3 Perfluorohexanoic acid PFHxA C6F11COOH 4 Perfluoroheptanoic acid PFHpA C7F13COOH 5 Perfluorooctanoic acid PFOA C8F15COOH 6 Perfluorononanoic acid PFNA C9F17COOH 7 Perfluorodecanoic acid PFDA C10F19COOH 8 Perfluoroundecanoic acid PFUdA C11F21COOH 3 9 Perfluorododecanoic acid PFDoA C12F23COOH 10 Perfluorotridecanoic acid PFTrDA C13F25COOH 11 Perfluorotetradecanoic acid PFTeDA C14F27COOH 12 Perfluorohexadecanoic acid PFHxDA C16F31COOH 13 Perflooctadecanoic acid PFODA C18F35COOH 14 Perfluorobutane sunfonate PFBS C4F9SO3- 15 Perfluorohexane sunfonate PFHxS C6F13SO3 - 16 Perfluorooctane sulfonate PFOS C8F17SO3 - 17 Perfluorodecane sulfonate PFDS C10F21SO3- Trên thực tế Perfluorooctansunfonate (PFOS), perfluorooctanoic acid (PFOA) là 2 hợp chất được quan tâm nhiều, do sự có mặt của chúng ở trong các nền mẫu môi trường, thực phẩm. PFOS và PFOA đã được rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu [19].
Công thức cấu tạo của PFOS và PFOA được thể hiện trong Hình 1. PFOA PFOS Hình 1. Công thức cấu tạo PFOS và PFOA 1. Tính chất lý hóa và ứng dụng của PFOS và PFOA PFOX đều tồn tại ở dạng rắn màu trắng ở nhiệt độ phòng, có khả năng hòa tan trong nước.
PFOS là một acid mạnh, ở pH trung hòa trong nước PFOS sẽ tách hoàn toàn thành các dạng ion. Do đó, anion PFOS có thể hình thành các cặp ion mạnh với nhiều cation, kết quả trong nước tự nhiên chứa một lượng PFOS hòa tan tương đối lớn [17]. Do áp suất hơi thấp nên hai hợp chất PFOS và PFOA có khả năng bay hơi kém. Các tính chất vật lý của các hợp chất fluoro hữu cơ khác nhau phụ thuộc vào chiều dài của mạch carbon.
Khi tăng chiều dài chuỗi carbon thì tính tan trong nước 4 và áp suất hơi của các perfluorocarboxylic acid giảm. Cụ thể các tính chất vật lý của PFOS, PFOA được trình bày trong Bảng 1. Tính chất vật lý của PFOS và PFOA Tính chất vật lý PFOA PFOS Dạng tồn tại ở nhiệt độ Chất rắn dạng sáp màu trắng Bột trắng thường Khối lượng phân tử 414,1 g/mol 538,0 g/mol 0,1 kPa (20 ℃) Áp suất hơi 4,2 Pa (25 ℃) 3,31 × 10-4 Pa(20 ℃) 3,4 g/L 0,52 g/L (20 ± 0,5 ℃) Độ tan trong nước 4,1 g/L (22 ℃) 0,68 mg/L (24-25 ℃) 9,5 g/L (25 ℃) Nhiệt độ nóng chảy 45-50 ℃ > 400 ℃ Điểm sôi 189-192 ℃ (736 mmHg) Không đo được Log Kow Không đo được Không đo được Hằng số Henry 3,05×10-9 atm m3/mol nước Không được ước tính tinh khiết pKa 2,5 -3,3 (giá trị tính cho acid) PFOX có khả năng tích lũy sinh học và đào thải của chúng ra khỏi con người là 5,4 và 3,8 năm, không có ghi nhận nào về sự khác biệt giữa các giới tính. Thời gian đào thải tương đối dài làm tăng thêm lo ngại về nguy cơ gây ảnh hưởng sức khỏe ở người.
Sự tồn tại và tích lũy sinh học của PFOX có thể được giải thích bởi khả năng chống lại quá trình thủy phân, quang phân, phân hủy sinh học và trao đổi chất của chúng [20]. Khả năng tích lũy sinh học và tính tan tốt trong nước là minh chứng cho độ phân cực của hai chất PFOS và PFOA. Do năng lượng carbon-fluoro (C-F) khá bền vững, cùng với sự hiện diện của 3 cặp electron tự do quanh mỗi nguyên tử fluoro dẫn đến sự che chắn hiệu quả của các nguyên tử carbon bởi các nguyên tử fluoro. Vì thế PFOS và PFOA có đặc tính ổn 5 định nhiệt và chống lại các phản ứng hóa học diễn ra xung quanh [16].
Các tính chất lý hóa độc đáo làm cho PFOS và PFOA có hàng loạt các ứng dụng trong công nghiệp và tiêu dùng. PFOS và PFOA đã được sử dụng như chất nhũ hoá, chất bôi trơn, bọt chữa cháy, chống nước, chống dầu mỡ, là lớp phủ vật liệu trong ngành công nghiệp dệt (ví dụ như vải bọc ghế, thảm, bảo vệ da ), điện tử, ngành công nghiệp nhiếp ảnh. PFOS và PFOA có trong thành phần của thuốc trừ sâu, là chất phụ gia trong bao bì thực phẩm, dụng cụ nấu ăn và các sản phẩm vệ sinh cá nhân [21, 30]. Độc tính của PFOS và PFOA Đầu những năm 1960, các nghiên cứu đã chỉ ra sự có mặt của các hợp chất perfluoro trong mẫu máu người.
Tuy nhiên, do thiếu kiến thức về độc tính của PFOS và PFOA, kết quả nghiên cứu này đã không được áp dụng để thực hiện các quy định cuả chính phủ. Cho đến những năm 2000, PFOS và PFOA tiếp tục được phát hiện trong các mẫu máu thu thập được người và động vật hoang dã [19] mới làm tăng nhận thức về độc tính của PFOS và PFOA, là hợp chất tiềm tàng gây hại đến con người và ô nhiễm môi trường [18, 15]. PFOS và PFOA làm giảm miễn dịch và có thể gây ung thư. Đối với các loài gặm nhấm, PFOA có liên quan tới tăng tỷ lệ u gan, u tuyến tụy và u tinh hoàn cũng như giảm cân, sưng gan và những thay đổi trong chuyển hóa lipit [11, 30].
PFOA và PFOS có nguy cơ gây độc dẫn đến ung thư gan [15], làm xáo trộn hệ thống miễn dịch của những sinh vật sống. PFOA và PFOS trong môi trường như nước, không khí và đất gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người [22]. PFOS và PFOA gây tác động xấu tới sức khỏe sinh sản. Các nghiên cứu khác đã nêu bật nguy cơ ảnh hưởng tới sự tăng trưởng.
Ví dụ mối tương quan giữa phơi nhiễm PFOS và PFOA trước khi sinh và sự giảm tăng trưởng của thai nhi [34], mối tương quan giữa nồng độ PFOS và PFOA trong huyết thanh và sự giảm trọng lượng và kích thước khi sinh [7]. Khi PFOS hoặc PFOA được dùng cho chuột mang thai, có hiện tượng tử vong ở chuột sơ sinh và giảm tăng trưởng đối với chuột con còn sống sót. Kết quả nghiên cứu cho thấy những phụ nữ có hàm lượng perfluorooctanoic acid (PFOA) và perfluorooctansunfonate (PFOS) cao trong máu thì thường chậm có 6 thai hơn so với những người có mức thấp [12]. PFOS gây ra hội chứng rối loạn tăng động giảm chú ý.
Theo Hoffman, tỷ lệ tăng lên của chứng rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD) cũng được quan sát thấy ở trẻ em có nồng độ PFOS và các chất liên quan cao [20]. Tình hình sản xuất, sử dụng và thải bỏ PFOS và PFOA Các hợp chất PFOS và PFOA đã được sản xuất với số lượng tương đối lớn kể từ những năm 1950 cho nhiều ứng dụng khác nhau như lớp phủ thảm, bao bì thực phẩm, dầu gội, giấy, bọt chống cháy và bao bì đóng gói thực phẩm [16, 25, 27] Nghiên cứu sử dụng toàn cầu của PFOS và các chất liên quan được mô tả trong Bảng 1.3 dựa trên công bố của Công ty 3M [13]. Ước tính lượng sử dụng toàn cầu PFOS và các chất liên quan Lượng sử dụng Mục tiêu Môi trường Ứng dụng trên toàn cầu chính (tấn) - Các nhà máy công nghiệp dệt may, thuộc da, sản xuất - Công nghiệp thành phẩm, sản xuất sợi, Xử lý bề các nhà sản xuất thảm 2.160 mặt - Chất bôi thông - Đồ thêu và hàng da, vải dụng và chuyên bọc, thảm, nội thất ôtô nghiệp Loại tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm (đĩa, hộp đựng thức ăn, túi, giấy gói); loại Bảo quản Các nhà máy giấy không tiếp xúc với thực 1.490 giấy phẩm (hộp gấp, thùng chứa, khuôn không chứa cacbon, nắp đậy) Các ứng dụng công - Bọt chữa cháy 151 Hóa chất nghiệp, thương mại - Chất hoạt động bề mặt 680 7 và tiêu dùng trong khai thác mỏ và dầu khí, thuốc ức chế dạng sương của acid trong mạ kim loại, bồn khắc điện tử, in ảnh litô, hóa chất cho công nghiệp điện tử, phụ gia dầu thủy lực, chất tẩy rửa có tính kiềm, chất đánh bóng sàn, phim ảnh, chất tẩy rửa răng giả, dầu gội đầu, chất hóa học trung gian, phụ gia sơn, chất tẩy rửa thảm, thuốc diệt côn trùng Lịch sử sản xuất, sử dụng và thải bỏ các hợp chất PFOS và PFOA được tóm tắt trong Bảng 1. Tình hình sản xuất, sử dụng và thải bỏ PFOS và PFOA Năm Sự kiện 1938 PTFE được khám phá bởi Tiến sĩ Plunket.
1949 DuPont giới thiệu thương hiệu Teflon. 1956 Công ty 3M bắt đầu bán sản phẩm bảo vệ đồ dùng thương hiệu Scotchguard. 1962 FDA chấp nhận thuong hiệu PTFE Teflon dùng trong dụng cụ nhà bếp. 1967 FDA chấp nhận sản phẩm Zonyl dùng trong bao bì thực phẩm.
1968 Taves phát hiện ra fluoro hữu cơ trong mẫu huyết tương. 1976 Taves và cộng sự đã phát hiện PFOA trong mẫu máu. 8 1978 Công ty 3M báo cáo PFOA được tìm thấy trong mẫu máu của công nhân. 1984 PFOA được tìm thấy trong nước uống gần nhà máy Washington.
1998 Công ty 3M báo cáo với EPA sự phân bố rộng rãi của hóa chất chứa fluoro trong mẫu máu người. 2000 Công ty 3M thông báo loại bỏ hoá chất chứa C8. 2002 EPA bắt đầu đánh giá dữ liệu liên kết C8 với vấn đề sức khỏe đồng thời công bố quy tắc sử dụng quan trọng mới (SNUR). 2003 EPA bắt đầu quá trình thỏa thuận với các nhà sản xuất.
2006 EPA và 8 công ty chính khởi động chương trình quản lý PFOA 2010/2015. 2009 PFOS và các hợp chất có liên quan được liệt kê vào phụ lục B của Công Ước Stockholm về các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. 2010 Mục tiêu giảm 95 % lượng phát thải và sản xuất. 2015 Hướng đến loại bỏ các hợp chất PFOS và PFOA mạch dài trong sản xuất và phát thải.
Các quy định hiện có về PFOS và PFOA Ngày 16/5/2000, công ty 3M tuyên bố sẽ ngừng sử dụng PFOS vào năm 2001. Ngay sau đó, một số nước OECD tiến hành đánh giá mối nguy của PFOS, xác định một loạt các vấn đề sức khỏe và môi trường đang được quan tâm [8].