Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu hạn chế quá trình lan truyền của hóa chất bảo vệ thực vật từ đất mặt ra môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ xúc tác trên cơ sở zno

Nghiên cứu hạn chế lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật từ đất ra nước bằng vật liệu hấp phụ xúc tác ZnO, góp phần bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Trần Duy Đoàn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Phương
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
• Đề tài: Nghiên cứu hạn chế quá trình lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật từ đất mặt ra môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ - xúc tác trên cơ sở ZnO
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật
• 1.2. Khái niệm và phân loại
• 1.3. Ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV
• 1.4. Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam và trên thế giới
• 1.5. Hiện trạng ô nhiễm môi trường
• 1.6. Quá trình vận chuyển và tồn lưu hóa chất BVTV
• 1.7. Độc tính của thuốc BVTV
• 1.8. Tổng quan về Diazinon
• 1.9. Các giải pháp giảm thiểu quá trình lan truyền hóa chất BVTV từ môi trường đất ra nước
• 1.10. Tổng quan vật liệu nano ZnO. Đặc trưng cấu trúc, tính chất của ZnO
• 1.11. Hoạt tính xúc tác của ZnO
• 1.12. Vật liệu nano composit ZnO/Bentonit
• 1.13. Khoáng sét tự nhiên Bentonit
• 1.14. Mục đích sử dụng vật liệu nano composit ZnO/Bentonit. Tổng hợp vật liệu nano ZnO/Bentonit bằng phương pháp sol - gel
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.5. Dụng cụ và thiết bị
• 2.6. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.7. Tổng hợp vật liệu N-ZnO
• 2.8. Biến tính Bentonit-Fe
• 2.9. Tổng hợp vật liệu N-ZnO/Bent-Fe
• 2.10. Một số phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X - Rays Diffraction - XRD)
• 2.11. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM)
• 2.12. Khảo sát hoạt tính xúc tác
• 2.13. Xác định dung lượng hấp phụ Diazinon của vật liệu
• 2.14. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu đối với Diazinon
• 2.15. Khảo sát khả năng hạn chế quá trình lan truyền của Diazinon từ đất ra nước
• 2.16. Phương pháp xác định Diazinon
• 2.17. Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu N-ZnO/Bent-Fe
• 3.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.3. Đặc trưng hình thái bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.4. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ - xúc tác phân huỷ Diazinon của vật liệu
• 3.5. Dung lượng hấp phụ Diazinon của vật liệu
• 3.6. Khảo sát hoạt tính xúc tác với Diazinon
• 3.7. Nghiên cứu khả năng hạn chế sự lan truyền của hóa chất bảo vệ thực vật từ môi trường đất ra môi trường nước của vật liệu
• 3.8. Khảo sát khả năng hấp phụ Diazinon của đất đã trộn với N-ZnO/Bent-Fe
• 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu tẩm trên đất tới quá trình rửa trôi của Diazinon trong đất
• 3.10. Ảnh hưởng của lượng mưa tới quá trình rửa trôi của Diazinon trong đất
• 3.11. Nghiên cứu khả năng thúc đẩy tốc độ phân hủy Diazinon trong môi trường đất mặt
• 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu tới khả năng phân huỷ
• 3.13. Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng tới khả năng phân huỷ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hạn chế lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật

Nghiên cứu về việc hạn chế lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật từ đất ra nước là một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, nhưng việc sử dụng không hợp lý đã dẫn đến ô nhiễm đất và nước. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động của hóa chất này là cần thiết. Vật liệu ZnO đã được nghiên cứu như một phương pháp tiềm năng để hấp phụ và phân hủy các hợp chất độc hại trong môi trường.

1.1. Khái niệm về hóa chất bảo vệ thực vật và tác động của chúng

Hóa chất bảo vệ thực vật là những hợp chất hóa học được sử dụng để bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh. Tuy nhiên, chúng có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được sử dụng đúng cách. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hóa chất BVTV có thể tồn lưu trong đất và nước, gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

1.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV

Ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam. Theo thống kê, có hàng nghìn điểm tồn lưu hóa chất BVTV trên toàn quốc, gây ra ô nhiễm đất và nước. Việc sử dụng hóa chất này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn đến sức khỏe cộng đồng.

II. Vấn đề lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật từ đất ra nước

Quá trình lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật từ đất ra nước diễn ra qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm rửa trôi, bay hơi và thẩm thấu. Những yếu tố như lượng mưa, cấu trúc đất và tính chất hóa học của hóa chất đều ảnh hưởng đến mức độ lan truyền. Việc hiểu rõ các cơ chế này là rất quan trọng để phát triển các biện pháp hạn chế hiệu quả.

2.1. Cơ chế lan truyền hóa chất từ đất ra nước

Hóa chất BVTV có thể di chuyển từ đất vào nước thông qua quá trình rửa trôi, đặc biệt trong mùa mưa. Khi mưa xuống, nước sẽ hòa tan các hóa chất và cuốn chúng vào các nguồn nước gần đó. Điều này không chỉ làm ô nhiễm nguồn nước mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền hóa chất BVTV, bao gồm độ ẩm của đất, cấu trúc đất, và tính chất hóa học của hóa chất. Các nghiên cứu cho thấy rằng đất có hàm lượng chất hữu cơ cao có khả năng hấp phụ tốt hơn, từ đó giảm thiểu sự lan truyền hóa chất vào nước.

III. Phương pháp sử dụng vật liệu ZnO trong nghiên cứu

Vật liệu ZnO đã được chứng minh là có khả năng hấp phụ và phân hủy các hợp chất độc hại trong môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu nano ZnO/Bentonit để hạn chế lan truyền hóa chất BVTV từ đất ra nước. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

3.1. Tổng hợp vật liệu nano ZnO Bentonit

Vật liệu nano ZnO/Bentonit được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, một phương pháp đơn giản và hiệu quả. Phương pháp này cho phép tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều, tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu.

3.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu

Hoạt tính xúc tác của vật liệu nano ZnO/Bentonit được khảo sát thông qua các thí nghiệm phân hủy Diazinon, một loại hóa chất BVTV phổ biến. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng phân hủy Diazinon hiệu quả, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nano ZnO/Bentonit có khả năng hấp phụ và phân hủy Diazinon hiệu quả. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ giúp hạn chế lan truyền hóa chất BVTV từ đất ra nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này có thể được áp dụng trong nông nghiệp bền vững.

4.1. Khả năng hấp phụ Diazinon của vật liệu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu nano ZnO/Bentonit có khả năng hấp phụ Diazinon cao, giúp giảm thiểu nồng độ hóa chất này trong đất. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

4.2. Ứng dụng trong nông nghiệp bền vững

Việc áp dụng vật liệu nano ZnO/Bentonit trong nông nghiệp có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Đây là một giải pháp tiềm năng cho vấn đề ô nhiễm hóa chất BVTV hiện nay.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về việc hạn chế lan truyền hóa chất bảo vệ thực vật từ đất ra nước bằng vật liệu ZnO đã mở ra hướng đi mới trong việc bảo vệ môi trường. Các kết quả đạt được cho thấy tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện và mở rộng ứng dụng của vật liệu này.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu nano ZnO/Bentonit có khả năng hấp phụ và phân hủy Diazinon hiệu quả. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong việc hạn chế ô nhiễm môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Trong tương lai, cần nghiên cứu thêm về khả năng hấp phụ của các loại hóa chất BVTV khác và tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu để nâng cao hiệu quả ứng dụng trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tại Việt Nam, khối lượng hóa chất bảo vệ thực vật nhập khẩu và sử dụng đã gia tăng nhanh chóng từ mức khoảng 6.000 tấn trước năm 1985 lên hơn 70.000 tấn mỗi năm trong các giai đoạn gần đây. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, toàn quốc hiện có 1.562 điểm tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật phân bố tại 46 tỉnh, thành phố. Thực trạng này tạo ra nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng đối với hệ sinh thái đất và nguồn nước sinh hoạt. Hoạt chất Diazinon là loại thuốc trừ sâu lân hữu cơ phổ biến có công thức C12H21N2O3PS, độ tan trong nước đạt khoảng 40 mg/L ở 25 độ C và thời gian bán hủy kéo dài tới 185 ngày trong môi trường nước trung tính. Khi gặp mưa lũ, lượng hóa chất tồn lưu trong đất mặt dễ dàng bị rửa trôi, phát tán rộng vào các thủy vực tự nhiên.

Nghiên cứu được triển khai với mục tiêu tổng hợp vật liệu nano composite N-ZnO/Fe-Bentonit nhằm hạn chế sự lan truyền và thúc đẩy tốc độ phân hủy quang hóa của Diazinon ngay tại môi trường đất mặt. Đề tài khai thác nguồn khoáng sét bentonit tự nhiên tại Thanh Hóa kết hợp cùng oxit kẽm biến tính có kích thước hạt tinh thể 50,64 nm. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm mô phỏng quá trình rửa trôi dưới 3 cấp độ mưa từ 2 mm/ngày đến 8 mm/ngày trong chu kỳ 5 ngày tại Hà Nội. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc giảm thiểu hơn 75% lượng hoạt chất độc hại phát tán vào dòng nước rỉ, cung cấp giải pháp xử lý môi trường tại chỗ hiệu quả và thân thiện với hệ sinh thái nông nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Lý thuyết quang xúc tác bán dẫn là nền tảng cốt lõi giải thích cơ chế phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại. Oxit kẽm (ZnO) cấu trúc tinh thể wurtzite có năng lượng vùng cấm khoảng 3,3 eV, chỉ hấp thụ được bức xạ tử ngoại có bước sóng dưới 390 nm. Kỹ thuật biến tính pha tạp nitơ (N-doping) với tỷ lệ khối lượng N/Zn đạt 30% được ứng dụng để thu hẹp vùng cấm, mở rộng khả năng hoạt hóa sang vùng ánh sáng khả kiến từ 400 nm đến 600 nm. Dưới tác động của photon ánh sáng, các cặp electron (e-) và lỗ trống (h+) quang sinh phản ứng với nước và oxy hòa tan để tạo thành các gốc tự do có hoạt tính oxy hóa cực mạnh như hydroxyl (*OH) và superoxide (*O2-).

Lý thuyết hấp phụ bề mặt được đánh giá thông qua mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình đẳng nhiệt Freundlich. Khoáng sét bentonit với thành phần chính là khoáng montmorillonit cấu trúc lớp 2:1 sở hữu dung lượng trao đổi cation đạt 100 meq/100g. Cấu trúc xốp này đóng vai trò pha nền lý tưởng giúp hấp phụ và cố định các phân tử Diazinon cồng kềnh có khối lượng phân tử 340,35 g/mol, tạo điều kiện thuận lợi cho các tâm xúc tác nano ZnO phân hủy triệt để chất ô nhiễm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình tổng hợp sol-gel vật liệu N-ZnO/Fe-Bentonit theo tỷ lệ khối lượng 1:1, nung ở nhiệt độ 400 độ C trong 5 giờ. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các mẻ đất 30 gam được tẩm Diazinon nồng độ 10 mg/L và phối trộn vật liệu xúc tác theo 3 tỷ lệ: 0%, 1% và 2% khối lượng. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc phối trộn đồng nhất và dàn trải đều trên phễu Buchner đường kính 10 cm (diện tích bề mặt 3,14x10^-3 m2) tạo lớp đất dày 0,5 cm.

Về phương pháp phân tích, nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt. Nồng độ Diazinon trong dịch rỉ nước và dịch chiết đất được định lượng bằng hệ thống sắc ký khí GC-Shimadzu kết hợp chiết siêu âm bằng dung môi n-hexan. Phương pháp sắc ký khí được lựa chọn nhờ độ nhạy vượt trội, độ chọn lọc cao với đường chuẩn đạt hệ số tin cậy R2 = 0,9975 trên dải nồng độ 20 ppb đến 1000 ppb. Quá trình rửa trôi được theo dõi liên tục trong timeline 5 ngày với 3 mức tưới mô phỏng lượng mưa tháng (60 mm, 120 mm và 240 mm).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD) xác nhận vật liệu N-ZnO/Fe-Bentonit giữ nguyên pha wurtzite đặc trưng của ZnO với các đỉnh nhiễu xạ sắc nét tại góc 2-theta bằng 31,76; 34,38; 36,28 và 47,44 độ. Kích thước tinh thể nano trung bình tính theo công thức Scherrer đạt 50,64 nm. Ảnh chụp SEM cho thấy các hạt nano ZnO phân bố đồng đều trên các phiến sét bentonit, tạo nên bề mặt vật liệu có độ xốp cao.

Dung lượng hấp phụ Diazinon của vật liệu tuân theo quy luật đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, chứng minh khả năng lưu giữ chất ô nhiễm vượt trội. Thí nghiệm rửa trôi cho thấy sự hiện diện của 2% vật liệu N-ZnO/Fe-Bentonit trong đất giúp giảm hàm lượng Diazinon phát tán ra dịch rỉ nước tới 75% ở chế độ mưa nhỏ (2 mm/ngày) và giảm 65% ở chế độ mưa to (8 mm/ngày) so với mẫu đối chứng 0% vật liệu.

Tốc độ quang phân hủy Diazinon trong tầng đất mặt tăng nhanh rõ rệt. Dưới nguồn sáng đèn compact 30W và ánh sáng tự nhiên sau 5 ngày, hiệu suất phân hủy Diazinon trong mẫu đất chứa 2% xúc tác đạt trên 80%, cao gấp 3,2 lần so với mẫu đất không bổ sung vật liệu.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả ngăn chặn lan truyền chất ô nhiễm đạt được nhờ cơ chế tác động kép giữa pha nền bentonit và tâm quang xúc tác N-ZnO. Khoáng sét bentonit giữ vai trò bẫy hấp phụ, cố định phân tử Diazinon và ngăn dòng nước rửa trôi mang chất độc đi xa. Đồng thời, các ion Fe3+ biến tính cùng phân tử N pha tạp giúp kéo dài tuổi thọ của các cặp electron và lỗ trống quang sinh, tạo mật độ gốc *OH đậm đặc để bẻ gãy mạch vòng pyrimidin của Diazinon.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ cột thể hiện sự suy giảm nồng độ Diazinon trong nước rỉ theo 3 mức lượng mưa và bảng so sánh dung lượng hấp phụ cực đại giữa các tỷ lệ xúc tác 0%, 1% và 2%. So với các chất xúc tác thương mại đơn thuần như TiO2, vật liệu tổ hợp N-ZnO/Fe-Bentonit tận dụng tốt nguồn ánh sáng khả kiến ngoài trời và không gây phá vỡ kết cấu thổ nhưỡng tự nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Ứng dụng mô hình rào cản hấp phụ - xúc tác tại các vùng đất nông nghiệp chuyên canh có nguy cơ xói mòn cao nhằm cắt giảm 80% dư lượng Diazinon và hóa chất lân hữu cơ phát tán ra hệ thống kênh mương thủy lợi trong giai đoạn 2026 - 2027, do Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ Thực vật chủ trì thực hiện.

Mở rộng quy mô công nghệ chế tạo vật liệu nano composite N-ZnO/Fe-Bentonit từ quy mô phòng thí nghiệm lên quy mô bán công nghiệp, phấn đấu hạ giá thành sản xuất dưới 50.000 đồng/kg và đạt sản lượng 10 tấn/năm từ nguồn khoáng bentonit nội địa trong vòng 18 tháng tới, do các Viện nghiên cứu Hóa học và doanh nghiệp công nghệ môi trường đảm nhiệm.

Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật rải phủ và tích hợp hạt vật liệu vào lớp đất mặt độ sâu từ 0 đến 5 cm, duy trì tỷ lệ phối trộn tối ưu từ 1% đến 2% khối lượng đất canh tác cho 100% hộ nông dân tham gia mô hình thử nghiệm định kỳ 3 tháng trước mỗi mùa vụ gieo trồng, do Trung tâm Khuyến nông Quốc gia và cán bộ nông nghiệp địa phương hướng dẫn.

Thiết lập hệ thống trạm quan trắc tự động và xử lý dứt điểm 1.562 điểm tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật lịch sử trên phạm vi toàn quốc, kiểm soát nồng độ hóa chất độc hại trong đất tại các khu vực chôn lấp về dưới ngưỡng 1,0 ppm trong lộ trình 2026 - 2030, do Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Sở Tài nguyên và Môi trường các địa phương quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Các nhà khoa học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa Môi trường, Khoa học Vật liệu có thể tiếp cận phương pháp tổng hợp sol-gel vật liệu nano composite và cơ chế phân hủy quang hóa các hợp chất lân hữu cơ bền vững.

Cán bộ quản lý môi trường tại các cơ quan quản lý nhà nước có thêm cơ sở khoa học và dữ liệu thực chứng để xây dựng các phương án cô lập, xử lý tại chỗ 1.562 điểm ô nhiễm tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật tại 46 tỉnh thành.

Kỹ sư nông nghiệp và doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học có thể ứng dụng tỷ lệ phối trộn vật liệu 1% đến 2% để phát triển các dòng sản phẩm cải tạo đất, hạn chế hiện tượng rửa trôi phân bón và hóa chất khi xuất hiện lượng mưa lớn từ 60 mm đến 240 mm mỗi tháng.

Học viên cao học và sinh viên đại học ngành Tài nguyên và Môi trường có thể tham khảo quy trình xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich cùng kỹ thuật sắc ký khí GC đạt độ chuẩn xác cao với hệ số R2 = 0,9975 trong phân tích dư lượng hóa chất.

Câu hỏi thường gặp

Vật liệu N-ZnO/Fe-Bentonit ngăn chặn sự lan truyền Diazinon theo cơ chế nào? Vật liệu kết hợp khả năng hấp phụ giữ chất của khoáng sét bentonit và hoạt tính quang hóa của nano ZnO kích thước 50,64 nm. Bentonit cố định phân tử Diazinon, sau đó các gốc tự do *OH sinh ra dưới ánh sáng sẽ phân hủy hoạt chất, giúp giảm hơn 75% lượng hóa chất bị rửa trôi.

Vì sao nghiên cứu lại chọn Diazinon làm chất ô nhiễm mô hình? Diazinon là thuốc trừ sâu lân hữu cơ phổ biến có độ tan 40 mg/L và thời gian bán hủy tới 185 ngày trong nước trung tính. Hoạt chất này ức chế trên 70% men AChE gây độc cho sinh vật thủy sinh và có ngưỡng ăn vào an toàn ở người rất thấp chỉ 0,0005 mg/kg thể trọng.

Việc bổ sung vật liệu nano composite có làm chai cứng hoặc suy thoái đất không? Hoàn toàn không gây hại cho đất. Khoáng sét bentonit tự nhiên có dung lượng trao đổi cation 100 meq/100g giúp duy trì cấu trúc đất ổn định. Với hàm lượng phối trộn nhỏ chỉ 1% đến 2%, vật liệu còn tăng cường độ xốp và khả năng giữ nước cho tầng đất canh tác.

Vật liệu có hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên không? Nhờ kỹ thuật pha tạp nitơ với tỷ lệ N/Zn là 30%, năng lượng vùng cấm của ZnO được điều chỉnh để hấp thụ tốt bức xạ vùng khả kiến từ 400 nm đến 600 nm. Thực nghiệm ngoài trời sau 5 ngày cho hiệu suất phân hủy tương đương khi dùng đèn công suất 30W.

Phương pháp nào được dùng để định lượng chính xác dư lượng Diazinon? Nghiên cứu sử dụng hệ thống sắc ký khí GC-Shimadzu kết hợp chiết siêu âm bằng dung môi n-hexan. Phương pháp đạt độ tin cậy cao với hệ số tương quan R2 = 0,9975 trên dải nồng độ từ 20 ppb đến 1000 ppb, đảm bảo phát hiện chính xác hàm lượng vết của Diazinon.

Kết luận

• Tổng hợp thành công vật liệu nano composite N-ZnO/Fe-Bentonit kích thước tinh thể 50,64 nm bằng phương pháp sol-gel từ khoáng sét tự nhiên Thanh Hóa.
• Chứng minh cơ chế tác động kép hấp phụ và quang xúc tác giúp phân hủy trên 80% hoạt chất Diazinon dưới ánh sáng khả kiến trong 5 ngày.
• Xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu 1% đến 2% vật liệu giúp giảm tới 75% lượng Diazinon bị rửa trôi qua các cấp độ mưa mô phỏng từ 2 mm/ngày đến 8 mm/ngày.
• Xây dựng quy trình phân tích sắc ký khí GC định lượng dư lượng hóa chất với độ tin cậy vượt trội đạt R2 = 0,9975 trong dải nồng độ 20 ppb đến 1000 ppb.
• Đề xuất kế hoạch triển khai ứng dụng thực địa trong 12 đến 24 tháng tới nhằm xử lý triệt để 1.562 điểm ô nhiễm tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật trên toàn quốc.

Công trình cung cấp giải pháp công nghệ xanh, chi phí thấp và hiệu quả cao để kiểm soát ô nhiễm nông nghiệp. Các đơn vị nghiên cứu và cơ quan quản lý môi trường hãy chủ động kết nối để đưa giải pháp này vào ứng dụng thực tiễn, góp phần bảo vệ bền vững nguồn tài nguyên đất và nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Việt Nam là một quốc gia phát triển đi lên từ nông nghiệp. Trong suốt chiều dài phát triển của dân tộc, nông nghiệp luôn là ngành có đóng góp tích cực trong phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc. Hoá chất BVTV đóng vai trò quan trọng trong phát triển nông nghiệp đối với nƣớc ta, hóa chất BVTV đƣợc sử dụng trong việc phòng trừ dịch hại bảo vệ cây trồng, phòng chống sốt rét,. Trong những năm của thập kỷ 60 - 90 do sự hiểu biết về hóa chất BVTV còn hạn chế, chỉ coi trọng về mặt tích cực của nó là phòng và diệt dịch hại và xem nhẹ công tác môi trƣờng, công tác quản lý còn lỏng lẻo nên để lại nhiều kho, nền kho, địa điểm lƣu giữ hóa chất BVTV.

Do lâu ngày không đƣợc chú ý đề phòng các bao bì đựng hoá chất BVTV bị vỡ hóa chất BVTV ngấm vào nền kho, ngấm vào đất hoặc do điều kiện mƣa, lụt đã làm phát tán ra môi trƣờng các loại hóa chất BVTV gây ô nhiễm môi trƣờng. Bên cạnh đó, khi một số loại hóa chất BVTV bị cấm sử dụng vào đầu những năm 90, một số nơi đã chôn các loại hóa chất này xuống đất gây ô nhiễm đất, ảnh hƣởng đến nguồn nƣớc và môi trƣờng xung quanh. Trong những năm gần đây, vật liệu quang xúc tác đƣợc quan tâm nghiên cứu nhờ khả năng phân huỷ triệt để các hợp chất độc hại, bền vững với môi trƣờng. Trên thế giới, rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả cao của xúc tác quang hóa trong quá trình phân hủy hoá chất bảo vệ thực vật trong môi trƣờng nƣớc.

Một số chất bán dẫn dạng nano đã đƣợc nghiên cứu sử dụng làm chất xúc tác quang nhƣ nhƣ TiO2, ZnO, CdS, Fe2O3,… Vật liệu bán dẫn cấu trúc nano có khả năng tạo ra các gốc tự do có tính oxy hóa mạnh. Vật liệu ZnO nano hiện nay đang đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm do những đặc tính vật lý mới mà vật liệu khối không có đƣợc, trong đó có đặc tính quang xúc tác. ZnO là chất bán dẫn thuộc loại AIIBVI, có vùng cấm rộng ở nhiệt độ phòng cỡ 3,2 eV, theo một số kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy, so với các chất xúc tác quang khác, ZnO nano thể hiện ƣu điểm vƣợt trội do giá thành thấp, hiệu năng xúc tác quang cao, dễ điều chế và thân thiện với môi trƣờng. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mặc dù vậy, số lƣợng các nghiên cứu xử lý hoá chất bảo vệ thực vật và giảm thiểu quá trình rửa trôi của các chất này từ đất ô nhiễm còn hạn chế.

Việc bổ sung trực tiếp vật liệu xúc tác vào môi trƣờng đất có khả năng gây xáo trộn cấu trúc của đất. Vì vậy, việc chế tạo vật liệu dạng nano composit của xúc tác/sét tự nhiên (một thành phần của đất) là hƣớng đi tiềm năng để tạo ra các vật liệu vừa có hoạt tính xúc tác-hấp phụ cao, vừa thân thiện với môi trƣờng. Bentonit là khoáng sét sẵn có và rẻ tiền ở Việt Nam, có khả năng hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ có kích thƣớc lớn, cồng kềnh. Việc sử dụng Bentonit làm pha nền cho vật liệu nano ZnO có thể tận dụng đƣợc khả năng lƣu giữ tốt các tác nhân ô nhiễm cũng nhƣ tâm hoạt động xúc tác, từ đó giúp nâng cao hiệu quả xúc tác.

Thêm vào đó, Bentonit là một loại khoáng sét tự nhiên, có sẵn trong đất, khi trộn vật liệu vào đất sẽ giảm đƣợc sự xáo trộn cấu trúc đất. Chính vì vậy, trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác của vật liệu nano ZnO/Bentonit để hạn chế quá trình lan truyền Diazinon từ môi trƣờng đất mặt ra môi trƣờng nƣớc. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật 1.

Khái niệm và phân loại * Khái niệm: Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm,…), những chất có nguồn gốc thực vật, động vật, đƣợc sử dụng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hại của những sinh vật gây hại nhƣ côn trùng, nhện, chuột, chim, thú rừng, nấm, vi khuẩn, cỏ dại, … Ngoài ra, các loại thuốc kích thích sinh trƣởng, giúp cây trồng đạt năng suất cao cũng là một dạng của hóa chất BVTV. Hóa chất BVTV là những hóa chất độc, có khả năng phá hủy tế bào, tác động đến cơ chế sinh trƣởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cả cây trồng, vì thế khi các hợp chất này đi vào môi trƣờng, chúng cũng có những tác động nguy hiểm đến môi trƣờng, đến những đối tƣợng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp [3]. Về cơ bản thuốc BVTV đƣợc sản xuất dƣới các dạng sau: Thuốc sữa (EC hay ND); Thuốc bột thấm nƣớc: (WP, BTN); Thuốc phun bột( DP); Thuốc dạng hạt (G hoặc H). * Phân loại hóa chất BVTV: - Phân loại theo gốc hóa học: + Hóa chất BVTV thuộc nhóm hợp chất Clo hữu cơ: Hóa chất BVTV thuộc nhóm hợp chất Clo hữu cơ thuộc nhóm hóa chất BVTV tổng hợp, điển hình của nhóm này là DDT, Lindan, Endosulfan.

Hầu hết các loại hóa chất BVTV thuộc nhóm này đã bị cấm sử dụng vì chúng là các chất hữu cơ khó phân huỷ, tồn lƣu lâu trong môi trƣờng. + Hóa chất BVTV thuộc nhóm Lân hữu cơ: Là các este của axit photphoric. Đây là nhóm hóa chất rất độc với ngƣời và động vật 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] máu nóng, điển hình của nhóm này là Metyl Parathion, Etyl Parathion, Mehtamidophos, Malathion. Hầu hết các loại hóa chất BVTV trong nhóm này cũng đã bị cấm do độc tính của chúng cao.

Theo y văn dấu hiệu và triệu chứng nhiễm độc thuốc bảo vệ thực vật gốc photpho hữu cơ và cacbamat bao gồm: nhức đầu, choáng váng, cảm giác nặng đầu, nhức thái dƣơng, giảm trí nhớ, dễ mệt mỏi, ngủ không ngon giấc, ăn kém ngon, chóng mặt. Ở một số trƣờng hợp, có rối loạn tinh thần và trí tuệ, giật nhãn cầu, run tay và một số triệu chứng rối loạn thần kinh khác + Hóa chất BVTV thuộc nhóm Cacbamat: Là các este của axit Cacbamic có phổ phòng trừ rộng, thời gian cách ly ngắn, điển hình của nhóm này là Bassa, Carbosulfan, Lannate. Cũng nhƣ nhóm lân hữu cơ, các triệu chứng nhiễm độc thuốc BVTV nhóm này là rất khó khăn, phần lớn các dấu hiệu lâm sàng mang tính chủ quan. Các triệu chứng nhiễm độc gồm nhức đầu, choáng váng, dễ mệt mỏi, ngủ không ngon giấc, ăn kém ngon, chóng mặt.

- Phân loại theo công dụng: Thuốc trừ sâu bệnh; Thuốc diệt cỏ Thuốc diệt nấm; Thuốc diệt chuột; Thuốc kích thích. Ô nhiễm môi trƣờng do hóa chất BVTV 1. Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam và trên thế giới * Tình hình sử dụng thuốc BVTV trên thế giới Hoá chất BVTV đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp của tất cả các quốc gia trên thế giới. Các loại hóa chất BVTV đƣợc sử dụng ở các nƣớc là rất lớn.

10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Sử dụng hóa chất BVTV trên thế giới năm 2004 (Nguồn: Pak J., 2007) Nhìn chung, tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trong giai đoạn 1995- 2007 có xu hƣớng giảm trong đó thuốc trừ cỏ có xu hƣớng tăng (EPA, 2012) (Hình 1.2: Tình hình sử dụng hóa chất BVTV trên thế giới (Nguồn: EPA, 2012) * Tình hình sử dụng thuốc BVTV tại Việt Nam Tại Việt Nam, hóa chất BVTV đƣợc sử dụng từ những năm 40 của thế kỷ XX nhằm bảo vệ cây trồng. Đến trƣớc năm 1985 khối lƣợng hóa chất BVTV dùng hàng năm khoảng 6.000 tấn thì trong 03 năm gần đây, hàng năm Việt Nam nhập và 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] sử dụng từ 70.000 tấn, tăng gấp hơn 10 lần. Ngoài mục đích phục vụ hoạt động nông nghiệp nhiều loại thuốc trừ sâu cũng đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực khác, ví dụ sử dụng DDT để phòng trừ muỗi truyền bệnh sốt rét (từ 1957 -1994: 24. Hiện nay, tỉ lệ thành phần của các loại hoá chất BVTV đã thay đổi (hóa chất trừ sâu: 33%; hóa chất trừ nấm: 29%; hóa chất trừ cỏ: 50%, 1998).

Phần lớn các loại hóa chất BVTV đƣợc sử dụng ở nƣớc ta hiện nay có nguồn gốc từ nhập khẩu. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2014 về thực trạng và giải pháp quản lý thuốc BVTV nhập lậu cho thấy hàng năm Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 tấn thuốc BVTV, trong đó thuốc trừ sâu chiếm 20,4%, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2%, thuốc trừ cỏ chiếm 44,4%, các loại thuốc BVTV khác nhƣ thuốc xông hơi, khử trùng, bảo quản lâm sản, điều hòa sinh trƣởng cây trồng chiếm 12% (Cục Bảo vệ thực vật, 2015). Việc sử dụng thuốc BVTV ở nƣớc ta tăng nhanh. Theo số liệu của cục BVTV trong giai đoạn 1981 - 1986 số lƣợng thuốc sử dụng là 6,5 - 9,0 ngàn tấn thƣơng phẩm, tăng lên 20 - 30 ngàn tấn trong giai đoạn 1991 - 2000 và từ 36 - 75,8 ngàn tấn trong giai đoạn 2001 - 2010.

Lƣợng hoạt chất tính theo đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3kg (1981 - 1986) lên 1,24 - 2,54kg (2001 - 2010). Trong năm 2010 lƣợng thuốc Việt Nam sử dụng bằng 40% mức sử dụng trung bình của 4 nƣớc lớn dùng nhiều thuốc BVTV trên thế giới (Mỹ, Pháp, Nhật, Brazin) trong khi GDP của nƣớc ta chỉ bằng 3,3%GDP trung bình của họ. Danh mục thuốc BVTV đƣợc phép sử dụng ở nƣớc ta đến năm 2013 đã lên tới 1. Sử dụng thuốc BVTV bình quân đầu ngƣời ở Việt Nam là 0.

Giai đoạn 2005-2012 lƣợng thuốc BVTV nhập khẩu vào Việt Nam có xu hƣớng tăng dần theo thời gian. Đặc biệt tăng đột biến vào giai đoạn 2008-2012 nguyên nhân là do sự xuất hiện dịch lùn sọc đen hại lúa. Trong các nhóm thuốc BVTV, thuốc trừ cỏ đƣợc sử dụng nhiều nhất và tăng đều theo thời gian, các loại thuốc trừ sâu và thuốc trừ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] bệnh bệnh cây trồng có xu hƣớng ổn định và số lƣợng sử dụng tƣơng đƣơng nhau (Phan Hiển, 2014) (Hình 1. Tình hình nhập khẩu thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam trong giai đoạn 2005 - 2012 1.

Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, cả nƣớc hiện có 1.562 điểm tồn lƣu hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) tại 46 tỉnh, thành phố.