MỞ ĐẦU Công nghiệp dầu mỏ là ngành công nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế cao và quan trọng cũng nhƣ là nguồn nguyên liệu vô cùng quý giá với sự phát triển của tất cả các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, ngoài nguồn lợi về kinh tế và tầm quan trọng trong các kế hoạch chiến lƣợc của mỗi quốc gia, ngành công nghiệp này lại tiềm ẩn những mối nguy hại đến con ngƣời và hệ sinh thái. Đó là các mối nguy hại đến từ các sự cố tràn dầu, từ cặn thải trong các kho chứa cũng nhƣ lƣợng xăng dầu sử dụng cho các loại động cơ luôn chứa các hợp chất hữu cơ mạch vòng nhƣ benzene, phenol, các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng (PAH),. với hàm lƣợng lớn, có ảnh hƣởng xấu tới môi trƣờng xung quanh và con ngƣời.
Trong các hợp chất ô nhiễm đó, phenol là một hợp chất hữu cơ khó phân hủy, độc hại, ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Chính vì vậy, việc loại bỏ nguồn ô nhiễm phenol ra khỏi môi trƣờng là việc làm cấp thiết. Hiện nay, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại nói chung và phenol nói riêng theo phƣơng pháp phân huỷ sinh học đang là một hƣớng đi mới đầy triển vọng và thu hút đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nƣớc. Bản chất của phƣơng ph.
Một trong các phƣơng pháp phân huỷ sinh học đƣợc ứng dụng hiện nay là công nghệ màng sinh học (biofilm) do các vi sinh vật tạo ra. Bản chất của biofilm là một tập hợp các vi sinh vật gắn trên một bề mặt của vật thể rắn hoặc bề mặt phân cắt giữa các chất lỏng tạo thành lớp màng polysaccharide ngoại bào bao phủ để bảo vệ các tế bào vi sinh vật trong đó. Biofilm giúp các vi sinh vật có khả năng liên kết chặt chẽ với nhau, tạo thành một cấu trúc bền vững khó bị phá hủy bởi các tác nhân bên ngoài nhƣ sự thay đổi pH, nhiệt độ, nồng độ muối hay tốc độ dòng chảy. Chính vì mật độ các vi sinh vật trong biofilm cao, nên nó hỗ trợ các quá trình trao đổi chất để từ đó phân hủy các chất ô nhiễm tốt hơn.
Do vậy, để góp phần xử lý các nguồn ô nhiễm phenol, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 2 chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Phân lập, tuyển chọn và nghiên cứu khả năng phân huỷ phenol của một số chủng vi khuẩn tạo màng sinh học”. Mục tiêu của đề tài: Phân lập, tuyển chọn đƣợc các chủng vi khuẩn vừa có khả năng phân huỷ phenol cao, vừa tạo màng sinh học tốt từ các mẫu nghiên cứu lấy từ kho xăng dầu Đức Giang- Gia Lâm- Hà Nội. Đánh giá khả năng phân huỷ và tạo màng sinh học của các chủng vi khuẩn nghiên cứu trên. Nội dung của đề tài: 1.
Phân lập một số chủng vi khuẩn có khả năng phân huỷ phenol. Tuyển chọn một số chủng vi khuẩn có khả năng tạo màng sinh học. Phân loại và định tên một số chủng vừa có khả năng tạo biofilm tốt, vừa có khả năng phân hủy phenol cao. Nghiên cứu một số điều kiện hoá lý ảnh hƣởng tới khả năng phân huỷ phenol của các chủng nghiên cứu.
Đánh giá khả năng phân huỷ phenol của màng sinh học đa chủng tạo thành ở điều kiện tối ƣu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cấu trúc, tính chất vật lý, hóa học của phenol 1.
Cấu trúc phenol Phenol còn đƣợc gọi là hydroxyl benzene, acid carbolic hoặc acid phenic, có công thức hóa học C6H5OH, là một hợp chất thơm đơn giản nhất đƣợc Runge phát hiện lần đầu tiên vào năm 1834 [48]. Phenol là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm hydroxyl (−OH) liên kết trực tiếp vào nhân benzene (nhân thơm). Phenol có khối lƣợng riêng (d=1,072 g/ml) và có tính acid yếu với Ka = 1. Cấu trúc hoá học của phenol Phenol có một nhóm –OH liên kết với vòng benzene.
Đặc biệt hơn, trong phân tử phenol có hiệu ứng liên hợp mạnh do có oxygen của nhóm –OH cũng ảnh hƣởng đến tính chất vật lý và tính chất hoá học của phenol [4]. Tính chất vật lý Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trƣng, nóng chảy ở 43oC, nhiệt độ sôi 182oC, để lâu ngoài không khí, phenol bị oxi hoá một phần, tạo nên hợp chất có màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nƣớc. Phenol ít tan trong nƣớc lạnh, tan trong môt số hợp chất hữu cơ (nhƣ ethanol, este, chloroform), tan vô hạn ở 66oC. Phenol rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da [4].
Tính chất hóa học Tính acid Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 4 Do hiệu ứng cộng hƣởng xảy ra trong phân tử nên phenol có tính acid. Vì vậy, phenol có thể tác dụng với base mạnh để tạo thành muối và nƣớc. C6 H5OH + NaOH C6 H5ONa + H2O (Natriphenolat) Tuy nhiên, tính acid của phenol rất yếu, Ka=10-9,75 nên không làm đổi màu quỳ tím. Vì vậy, muối phenolat bị acid carbonic tác dụng lại tạo thành phenol.
C6 H5ONa + CO2 + H2O C6 H5OH + NaHCO3 Phản ứng này dùng để tái tạo phenol trong công nghiệp. Tính chất nhƣ rƣợu Phenol có thể tác dụng đƣợc với Na nhƣ rƣợu, nhƣng có điểm khác, đó là muối phenolat tạo thành không bị nƣớc phân huỷ. C2H5ONa + H2O C2H5OH + NaOH C6H5Na + H2O ------ Không phản ứng Phenol cũng tạo este nhƣ rƣợu, nhƣng nếu rƣợu có thể tác dụng trực tiếp với acid thì phenol chỉ có thể tác dụng với clorua acid hoặc anhidric acid mới tạo đƣợc este. C6H5OH + CH3COCI CH3COOC6 H5 + HCl C6H5OH + (CH3COO)2 CH3COOC6 H5 + CH3COOH Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: - Mật độ điện tích âm của O trong nhóm –OH vì có liên hợp trong phân tử nên giảm hơn so với O trong nhóm –OH của rƣợu, dẫn đến phenol khó tấn công vào phân tử acid tạo este hơn.
- Phenol là hợp chất vòng thơm, nên gây hiệu ứng không gian cản trở. Tính chất của nhân thơm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 Phenol phản ứng với brom tạo kết tủa vàng. Phản ứng với HNO3 tạo kết tủa trắng [4]. Chính vì những đặc tính vật lý và hoá học nhƣ vậy mà phenol đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp nhƣ: - Công nghiệp chất dẻo: Điều chế nhựa phenol formaldehyde.
- Công nghiệp tơ hoá học: Tổng hợp ra tơ polyamide. - Nông dƣợc: Điều chế ra thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ dại và kích thích tố thực vật. - Điều chế một số sản phẩm nhuộm, thuốc nổ (acid picric). - Dùng trực tiếp làm chất sát trùng, tẩy uế, diệt nấm mốc… 1.
Tổng quan về tình hình ô nhiễm phenol trên thế giới và Việt Nam 1. Trên thế giới Có nhiều nghiên cứu cho thấy sự có mặt của phenol trong các mẫu nƣớc lấy tại sông hồ với nồng độ cao. Ở cộng hoà Serbia, nồng độ phenol gần Kraljevo là 0,7 µg/l, Raska là 7,2 µg/l. Ở Sông Hoàng Hà Trung Quốc, nồng độ này là 4µg/l.
Nồng độ phenol trong nƣớc bề mặt tại Hà Lan là 2,6-6,5 µg/l. Nƣớc sông ô nhiễm, nƣớc thải từ các nhà máy chế biến xăng dầu có nồng độ phenol trên 40mg/l. Ở Hoa Kỳ, trong nƣớc sinh hoạt cũng thấy sự có mặt của phenol trong nƣớc sinh hoạt với nồng độ 1µg/l [9]. Trong nƣớc tự nhiên, nồng độ phenol trong khoảng 0,01-2 µg/l.
Nồng độ phenol trong không khí thấp hơn, khoảng 1ng/m3. Nồng độ phenol ở gần các nhà máy chế biến gỗ là rất cao, có thể đạt đến giá trị 9,7 đến 10,7 µg/m3 [7]. Ở Việt Nam Ở nƣớc ta, nguồn cơ bản phát sinh ô nhiễm phenol chính là chất thải từ các cơ sở sản xuất có sử dụng phenol nhƣ nguyên liệu hay dung môi của quá trình sản xuất. Các nhà máy sản xuất dƣợc phẩm có các mặt hàng thuốc giảm đau nhƣ aspirin, acid salicylic, … trong nƣớc thải vệ sinh thiết bị, dụng cụ sẽ thải ra phenol.
Tại các cơ sở sản xuất hạt điều, trong nƣớc thải ngâm ủ hạt và vệ sinh nhà xƣởng có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 6 chứa nhiều dẫn xuất của phenol. Phenol đƣợc sử dụng trong thành phần của thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc. Do đó, trong quá trình tồn trữ, bảo quản và sử dụng sẽ có tình trạng thất thoát ra ngoài môi trƣờng. Phenol cũng có mặt trong chất thải của các phòng thí nghiệm sinh học do hỗn hợp phenol và chloroform thƣờng dùng để tẩy DNA (Deoxyribonucleic acid) trong ngành sinh học phân tử và lƣợng dƣ phenol trong quá trình sử dụng sẽ phát tán vào môi trƣờng gây ra tình trạng ô nhiễm.
Đặc biệt là tình trạng ô nhiễm phenol trong canh tác nông nghiệp do ngƣời nông dân thiếu ý thức, vứt bừa bãi các chai lọ đựng thuốc diệt cỏ có chứa phenol ra đồng ruộng. Trong thực phẩm, phenol có mặt với nồng độ trung bình 5 µg/kg ở mật ong và cà phê. Trong các thực phẩm chế biến, nồng độ phenol cũng ở mức báo động nhƣ trong xúc xích nồng độ là 1 µg/kg, trong lớp vỏ ngoài của thịt hun khói nồng độ là 37-70 mg/kg [46]. Ảnh hƣởng của phenol tới môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời 1.
Ảnh hưởng tới môi trường Trên góc độ môi trƣờng, phenol và các dẫn xuất của nó đƣợc xếp vào loại chất gây ô nhiễm độc hại. Đây là nhóm chất tƣơng đối bền, có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho ngƣời và động vật. Khi xâm nhập vào cơ thể, phenol gây ra nhiều tổn thƣơng cho các cơ quan, đặc biệt là hệ thần kinh và hệ thống tim mạch. Chính vì vậy, phenol có tác động rất lớn đến môi trƣờng.
Tình trạng ô nhiễm phenol trong không khí, nƣớc thải và trong đất có thể gây ảnh hƣởng đến hệ sinh thái và ở hàm lƣợng cao có thể tiêu diệt toàn bộ hệ sinh thái. Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ phenol và dẫn xuất của nó trong nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm đƣợc thể hiện ở bảng 1. Bảng giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ phenol Đối tƣợng Hàm lượng phenol tổng số (mg/l) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 7 Nƣớc sinh hoạt 0,001 Nƣớc bề Nƣớc dùng cho nông nghiệp mặt 0,002 và nuôi trồng thủy sản Nƣớc ngầm 0,001 Đổ vào các khu vực dùng làm nguồn nƣớc cấp cho ≤ 1,0 sinh hoạt Dùng làm nguồn nƣớc tƣới Nƣớc thải tiêu, bơi lội, nuôi trồng thủy ≤ 2,0 sản Không đƣợc phép đổ ra môi ≥ 5,0 trƣờng 1.
