Nghiên cứu quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy bằng bột sắt nano

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu quá trình khoáng hóa một số chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy pop bằng bột sắt, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Trần Trọng Tuyền
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Xuân Quế
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu quá trình khoáng hóa một số chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) bằng bột sắt nano
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: Phân loại thuốc bảo vệ thực vật
• 1.1. Phân loại theo mục đích sử dụng
• 1.2. Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học
• 1.3. Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế thế giới (TCYTTG)
• 1.4. Phân loại theo độ bền khó phân hủy
• 1.5. Các dạng thuốc BVTV
• 1.6. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy
• 1.6.1. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP)
• 1.6.2. Công Ước về hợp chất hữu cơ khó phân hủy
• 1.6.2.1. Sự hình thành Công Ước Stockholm
• 1.6.2.2. Mục tiêu và yêu cầu của Công Ước Stockholm
• 2. MỞ ĐẦU
• 2.1. Lý do chọn đề tài
• 2.2. Mục đích nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Đối tượng nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Hóa chất, dụng cụ
• 3.2. Tiến hành thực nghiệm. Các phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV)
• 3.2.2. Phương pháp HPLC
• 3.2.3. Phương pháp khử POP bằng bột sắt nano
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Nghiên cứu quá trình tách POP từ đất
• 4.1.1. Phân tích hàm lượng POP tổng trong mẫu đất
• 4.1.2. Chiết rửa bằng dung môi nước với phụ gia QH3
• 4.1.3. Hiệu suất chiết rửa đất. Tính toán năng lượng cho quá trình phân hủy POP
• 4.1.4. Khảo sát điện hóa đến quá trình phân hủy POP
• 4.1.4.1. Khảo sát điện hóa của các pH khác nhau
• 4.1.4.2. Nghiên cứu điện hóa cho quá trình phân hủy DDT tách chiết từ đất
• 4.2. Khử POP bằng bột sắt nano
• 4.2.1. Phân hủy POP trong dịch chiết rửa
• 4.2.2. Phân hủy POP hấp thu trong bột polyanilin
• 4.2.3. Cơ chế phân hủy POP bằng RF1. Ứng dụng qui mô nhỏ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu khoáng hóa chất hữu cơ ô nhiễm

Nghiên cứu khoáng hóa chất hữu cơ ô nhiễm, đặc biệt là các chất khó phân hủy (POP), đang trở thành một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Các chất này không chỉ gây hại cho sức khỏe con người mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái. Việc áp dụng công nghệ mới như bột sắt nano trong xử lý ô nhiễm là một hướng đi tiềm năng. Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm ra phương pháp hiệu quả để xử lý các chất ô nhiễm này, từ đó bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.1. Định nghĩa và đặc điểm của chất hữu cơ khó phân hủy

Chất hữu cơ khó phân hủy (POP) là những hóa chất độc hại, có khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường. Chúng có đặc điểm là độc tính cao, khó phân hủy và khả năng tích tụ sinh học. Các chất này có thể gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng cho sức khỏe con người và động vật, đặc biệt là qua chuỗi thức ăn.

1.2. Tình hình ô nhiễm chất hữu cơ tại Việt Nam

Tại Việt Nam, ô nhiễm chất hữu cơ khó phân hủy đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các chất như DDT, HCB và PCB vẫn còn tồn tại trong môi trường, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Việc xử lý các chất này là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý ô nhiễm chất hữu cơ

Xử lý ô nhiễm chất hữu cơ khó phân hủy gặp nhiều thách thức. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả và tốn kém. Hơn nữa, việc phát hiện và phân tích hàm lượng chất ô nhiễm trong môi trường cũng là một vấn đề phức tạp. Do đó, cần có những giải pháp mới và hiệu quả hơn để giải quyết vấn đề này.

2.1. Những khó khăn trong việc phát hiện chất ô nhiễm

Việc phát hiện và phân tích các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy là một thách thức lớn. Các phương pháp hiện tại thường yêu cầu thiết bị phức tạp và chi phí cao, làm hạn chế khả năng kiểm soát ô nhiễm trong môi trường.

2.2. Hạn chế của các phương pháp xử lý truyền thống

Các phương pháp xử lý truyền thống như chôn lấp hay đốt chất thải thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm. Hơn nữa, chúng có thể gây ra ô nhiễm thứ cấp, làm tình hình trở nên nghiêm trọng hơn.

III. Phương pháp khoáng hóa chất hữu cơ bằng bột sắt nano

Bột sắt nano đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy. Công nghệ này không chỉ giúp phân hủy các chất ô nhiễm mà còn có thể tái tạo môi trường đất. Nghiên cứu cho thấy bột sắt nano có khả năng khử các hợp chất độc hại một cách hiệu quả.

3.1. Cơ chế hoạt động của bột sắt nano trong xử lý ô nhiễm

Bột sắt nano hoạt động thông qua quá trình khử hóa học, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy thành các sản phẩm an toàn hơn. Cơ chế này cho phép loại bỏ các chất độc hại một cách hiệu quả và nhanh chóng.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng bột sắt nano

Việc sử dụng bột sắt nano trong xử lý ô nhiễm mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng xử lý nhanh chóng, hiệu quả cao và giảm thiểu ô nhiễm thứ cấp. Hơn nữa, công nghệ này có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nông nghiệp đến công nghiệp.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bột sắt nano có khả năng khử các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy một cách hiệu quả. Các thí nghiệm cho thấy tỷ lệ khử đạt trên 90% trong một số trường hợp. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

4.1. Kết quả thí nghiệm với bột sắt nano

Các thí nghiệm cho thấy bột sắt nano có khả năng khử các hợp chất như DDT và HCB với hiệu suất cao. Kết quả này chứng minh tính khả thi của phương pháp này trong việc xử lý ô nhiễm chất hữu cơ.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn để xử lý ô nhiễm tại các khu vực bị ảnh hưởng bởi chất hữu cơ khó phân hủy. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng môi trường mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

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

Nghiên cứu khoáng hóa chất hữu cơ ô nhiễm bằng bột sắt nano mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Công nghệ này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong bảo vệ môi trường

Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng cuộc sống.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu khoáng hóa

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp mới và hiệu quả hơn trong việc xử lý ô nhiễm chất hữu cơ. Việc hợp tác giữa các nhà khoa học, chính phủ và cộng đồng là cần thiết để đạt được mục tiêu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý 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. Vấn đề xử lý chất POP được nhà nước hết sức coi trọng, các nước và tổ chức quốc tế quan tâm.

Ô nhiễm POP tồn dư chủ yếu là từ các kho chứa, bãi tập kết, sau đó lan truyền trong đất và nguồn nước. Vấn đề cấp thiết là làm sạch đất bị nhiễm POP, hoàn nguyên đất trở lại trạng thái tự nhiên để sử dụng (trong nông nghiệp, khu dân cư …). POP tách ra phải được thu hồi – phân hủy triệt để. Tuy nhiên cho đến nay việc xử lý, phân hủy các chất độc hại tồn dư nêu trên vẫn luôn là yêu cầu cấp thiết, do chưa có giải pháp phù hợp, chưa có công nghệ khả thi hiệu quả, và nguồn nhân lực có kỹ thuật.

Đã có một số đề tài, công trình nghiên cứu về vấn đề này. Cho đến nay giải pháp rửa đất (washing POP contaminated soil) được cho là có hiệu quả cao. Công nghệ rửa đất gồm hai giai đoạn chính: 1- rửa sạch các chất POP và hoàn nguyên đất, 2- Thu gom và phân hủy các chất POP sau khi được tách rửa từ đất. Đề tài luận văn “Nghiên cứu quá trình khoáng hóa một số chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) bằng bột sắt nano” là một nội dung nghiên cứu góp phần thực hiện giai đoạn hai của công nghệ rửa đất ô nhiễm.

1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu quá trình khoáng hóa một số chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy POP. Nội dung nghiên cứu - Phân tích xác định hàm lượng chất POP. - Nghiên cứu tách chiết DDT từ đất.

- Xử lý đất ô nhiễm thuốc BVTV khó phân hủy (POP) bằng phụ gia QH3. - Khử các hợp chất POP bằng bột sắt nano. Đối tƣợng nghiên cứu - Mẫu đất tại các khu vực ô nhiễm BVTV khó phân hủy (POP). Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp đo điện hóa.

- Phương pháp tính toán lượng tử. - Nghiên cứu tách chiết DDT từ đất. - Phương pháp khử POP bằng bột sắt nano. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1.

Phân loại thuốc bảo vệ thực vật 1. Phân loại theo mục đích sử dụng [25] 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).

Nhóm các chất diệt chuột và động vật gặm nhấm: Photphua kẽm và Warfarin. Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học [24, 25] 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 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Các chất trừ sâu thuỷ ngân hữu cơ.

+ 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. Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế thế giới (TCYTTG) [8, 24] 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. Ghi chú: Liều gây chết trung bình (theo đơn vị mg) cho 1 nửa số chuột nhà (theo đơn vị kg) đem thử nghiệm kí hiệu là LD50 mg/kg chuột nhà. Giá trị LD50 mg/kg chuột nhà càng nhỏ thì tính độc càng cao [8] 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Phân loại nhóm độc theo TCYTTG (LD50 mg/kg chuột nhà) Phân nhóm độc Qua miệng Qua da Thể rắn Thể lỏng Thể rắn Thể lỏng I. Độc trung bình 50- 500 200- 2000 100- 1000 400- 4000 III. Độc rất nhẹ >2000 >3000 Có thể nhận biết tính độc của thuốc bảo vệ thực vật theo dấu hiệu màu trên bao bì thuốc như sau: - Vạch màu đỏ trên bao bì là thuốc độc nhóm I, thuộc loại rất độc và độc. - Vạch màu vàng trên bao bì là thuốc độc nhóm II, thuộc loại độc trung bình.

- Vạch màu xanh trên bao bì da trời là thuốc độc nhóm III , thuộc loại ít độc. - Vạch màu xanh lá cây trên bao bì là thuốc độc nhóm IV, thuộc loại độc, rất nhẹ. Phân loại theo độ bền khó phân hủy [24, 25] 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 hoặc 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. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 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 2- 5 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. Các dạng thuốc BVTV [24, 25] Các dạng thuốc phổ biến hiện nay - Nhũ dầu: Emulsifiable Concentrate (EC), Nhũ Dầu (ND). - Huyền phù: Flowable Liquid (FL), Suspensive Concentrate (SC). - Bột hòa nước: Soluble Powder (SP).

- Bột thấm nước: Wettable Powder (WP), Bột Thấm Nước (BTN). - Dạng hạt: Granules (G), hạt (H). Hợp chất hữu cơ khó phân hủy 1. Hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) [1, 26]  Định nghĩa về các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POP) là các hóa chất độc, gây tác hại nghiêm trọng cho sức khỏe con người và môi trường.

POP đáng lo ngại bởi các đặc tính sau : 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Độc tính cao: POP là những hóa chất độc hại, đã được chứng minh là có ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe con người và môi trường tự nhiên. - Khó phân hủy: POP là những hóa chất có độ bền hóa học cao khó phân hủy trong điều kiện tự nhiên, nên khi đã phát thải vào môi trường, chúng có thể tồn tại trong một thời gian dài. - Khả năng di chuyển và phát tán xa: POP có thể di chuyển đi xa khỏi nguồn phát thải ban đầu theo gió, nước hay nhờ vào các loài di cư. - Khả năng tích tụ sinh học: POP có thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ sinh học trong cơ thể của các sinh vật sống, làm tăng nồng độ các chất này ( được tích tụ sinh học) theo chuỗi thức ăn.

 Tác hại của các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa POP với sự suy giảm số lượng, bệnh dịch và các trạng thái bất thường của một số loài hoang dã như một số loài cá, chim và động vật có vú. POP có thể gây tác hại về sinh sản, phát triển, miễn dịch, ung thư v.v… Con người bị nhiễm POP chủ yếu thông qua thức ăn đã bị nhiễm POP và một số đường khác, ít phổ biến hơn như uống nước nhiễm POP và tiếp xúc trực tiếp với các hóa chất này. Ở người và loài động vật có vú, POP có thể di chuyển sang các hệ sau quá trình mang thai và cho con bú. Thế giới đã và đang phải chịu nhiều rủi ro về sức khỏe và tính mạng liên quan đến POP.

Nhóm người dễ bị tổn thương nhất là những người nhạy cảm, như trẻ em hay người già và những người có hệ miễn dịch yếu. Nam giới và nữ giới ở độ tuổi sinh sản cũng có thể bị rủi ro vì POP có thể làm suy yếu chức năng sinh sản. Hậu quả do Dioxin từ chất độc hóa học do Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam là một minh chứng cụ thể về tác hại của POP đối với con người và môi trường. Trong chuỗi thức ăn, POP được tích tụ vào các mô mỡ của các vi sinh vật sống và nồng độ ngày càng tăng khi được chuyển từ loài này sang loài khác.

Quá trình này được gọi là “tích tụ sinh học”.