Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phân hủy nhiệt policlobphenyl trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử nhiệt độ thấp

Nghiên cứu phân hủy nhiệt policlobphenyl trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp, mang lại giải pháp xử lý hiệu quả.

• Tác giả: Ngô Thị Minh Hiền
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Quang Huy
• Trường học: Đại học Thái Nguyên - Trường Đại học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu phân hủy nhiệt Policlobiphenyl trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Dầu biến thế
• 1.2. Cấu tạo của PCBs
• 1.3. Tính chất hóa lý của PCBs
• 1.4. Độc tính của PCBs
• 1.5. Quá trình xâm nhập PCBs vào môi trường
• 1.6. Sử dụng PCBs trên thế giới và Việt Nam
• 1.7. Quy định và phương pháp xử lý PCBs
• 1.7.1. Quy định về xử lý PCBs
• 1.7.2. Phương pháp phân hủy PCBs
• 1.7.2.1. Phương pháp phân hủy nhiệt PCBs
• 1.8. Các nghiên cứu về phân hủy PCBs
• 1.8.1. Xúc tác oxit kim loại trong phân hủy PCBs
• 1.8.2. Xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp trong phân hủy PCBs
• 1.9. Nghiên cứu về Bentonit và sự chuyển hóa các chất trên Bentonit
• 1.9.1. Giới thiệu chung
• 1.9.2. Tính chất của montmorillonit
• 1.9.2.1. Tính chất trao đổi cation
• 1.9.2.2. Tính chất trương nở
• 1.9.2.3. Tính chất hấp phụ của montmorillonit
• 1.9.2.4. Khả năng mất nước của montmorillonit
• 1.9.3. Sét Bentonit Việt Nam
• 1.9.4. Sự chuyển hóa các chất trên Bentonit
• 1.10. Nghiên cứu về tro than bay và ứng dụng của nó
• 1.10.1. Giới thiệu về tro than bay
• 1.10.2. Thành phần và đặc điểm
• 1.11. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.11.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.11.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 1.11.2.1. Thời gian nghiên cứu
• 1.11.3. Các nội dung nghiên cứu
• 1.11.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.11.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 1.11.4.2. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 1.11.4.2.1. Phương pháp kích hoạt hạt phát xạ tia X
• 1.11.4.2.2. Phương pháp sắc ký khí detectơ cộng kết điện tử
• 1.11.4.2.3. Phương pháp định tính và định lượng PCBs sau phân hủy nhiệt
• 1.11.5. Hóa chất, trang thiết bị
• 1.11.5.1. Hóa chất, vật liệu
• 1.11.5.2. Thiết bị, dụng cụ
• 1.12. Nghiên cứu chế tạo vật liệu sử dụng trong nghiên cứu phân hủy nhiệt PCBs
• 1.12.1. Tạo hỗn hợp MB và BT chứa PCBs
• 1.12.2. Tạo vật liệu xúc tác
• 1.12.3. Đánh giá đặc trưng vật liệu bằng phổ nhiễu xạ tia X
• 1.13. Nghiên cứu phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 1.13.1. Thiết bị nghiên cứu phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 1.13.2. Thực nghiệm phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 1.13.3. Nghiên cứu khí sinh ra và sản phẩm còn lại trong vật liệu xúc tác sau phản ứng
• 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Đặc tính của chất mang sét Bentonit Di Linh biến tính
• 2.2. Đặc trưng của vật liệu
• 2.3. Hiệu suất hấp phụ của MB đối với các ion kim loại
• 2.4. Đặc trưng phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu xúc tác
• 2.5. Đánh giá hiệu suất phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 2.5.1. Ảnh hưởng của CaO đến hiệu suất phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 2.5.2. Hiệu suất phân hủy nhiệt xúc tác PCBs không có sự tham gia của CaO
• 2.5.3. Hiệu suất phân hủy nhiệt xúc tác PCBs có sự tham gia của CaO
• 2.5.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 2.5.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ xúc tác đến hiệu suất phân hủy PCBs
• 2.6. Đánh giá sản phẩm tạo thành khi phân hủy nhiệt xúc tác PCBs
• 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu về phân hủy nhiệt PCB trong dầu biến thế phế thải là một vấn đề cấp bách. PCB là một nhóm hợp chất hữu cơ bền vững, độc hại, có khả năng gây ung thư và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Tại Việt Nam, lượng PCB từ những năm 60-80 vẫn chưa được xử lý, tạo ra nguy cơ ô nhiễm lớn. Việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả, an toàn và tiết kiệm năng lượng là rất cần thiết. Phương pháp xử lý hiện tại như chôn lấp hay thiêu hủy ở nhiệt độ cao không chỉ tiêu tốn năng lượng mà còn có thể tạo ra các sản phẩm phụ độc hại như dioxin. Do đó, nghiên cứu phân hủy nhiệt PCB với xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp là một hướng đi mới, hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý chất thải này.

II. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy nhiệt PCB trong dầu biến thế phế thải. Cụ thể, nghiên cứu sẽ xác định loại xúc tác ba cấu tử, lượng chất mang và nhiệt độ tối ưu để thực hiện quá trình phân hủy. Mục tiêu cụ thể bao gồm việc xây dựng quy trình và mô hình công nghệ xử lý PCB ở nhiệt độ thấp. Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa trong việc xử lý PCB mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm từ các chất hữu cơ bền vững. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp giảm thiểu chi phí và năng lượng tiêu thụ trong quá trình xử lý chất thải nguy hại.

III. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là PCB trong dầu biến thế phế thải. Nghiên cứu sẽ được thực hiện tại các phòng thí nghiệm với các thiết bị hiện đại. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng xúc tác ba cấu tử để thực hiện phân hủy nhiệt PCB. Các thí nghiệm sẽ được bố trí theo các điều kiện khác nhau về nhiệt độ, tỷ lệ xúc tác và thời gian phản ứng. Phân tích sản phẩm sau phản ứng sẽ được thực hiện bằng các phương pháp sắc ký khí và phổ nhiễu xạ tia X để đánh giá hiệu suất phân hủy và xác định các sản phẩm tạo thành. Kết quả thu được sẽ được so sánh với các phương pháp xử lý hiện tại để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

IV. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy xúc tác ba cấu tử có khả năng tăng cường hiệu suất phân hủy nhiệt PCB trong dầu biến thế phế thải. Hiệu suất phân hủy đạt được ở nhiệt độ thấp cho thấy tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn. Các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy được phân tích và đánh giá, cho thấy không có sự hình thành các sản phẩm phụ độc hại. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp nghiên cứu không chỉ hiệu quả mà còn an toàn cho môi trường. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý PCB và các chất hữu cơ bền vững khác, góp phần vào công tác bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Policlobiphenyl (PCBs) là nhóm hợp chất hữu cơ nhân tạo có độ độc cao và tính bền vững trong môi trường, thuộc danh sách các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs). PCBs từng được sử dụng rộng rãi trong dầu biến thế, tụ điện, sơn, mực in và các sản phẩm công nghiệp khác. Tuy nhiên, do tính độc hại và khó phân hủy, PCBs đã bị cấm sử dụng từ cuối những năm 1970. Theo ước tính, hơn 10% lượng PCBs sản xuất từ những năm 1929 vẫn tồn tại trong môi trường, gây nguy cơ ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Tại Việt Nam, PCBs được nhập khẩu từ những năm 1960-1980, hiện vẫn chưa được kiểm soát và xử lý triệt để, đặc biệt trong dầu biến thế phế thải với nồng độ PCBs lên tới 418 ppm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân hủy nhiệt PCBs trong dầu biến thế phế thải sử dụng hệ xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp (≤600°C), nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 9 năm 2014 tại các phòng thí nghiệm của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trường Đại học Y Hà Nội. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý PCBs hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và hạn chế phát sinh các chất độc hại thứ cấp, góp phần thực hiện cam kết quốc tế về loại bỏ POPs.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết phân hủy nhiệt xúc tác: Phân hủy nhiệt PCBs sử dụng xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp giúp giảm nhiệt độ phản ứng từ trên 1000°C xuống khoảng 400-600°C, tăng hiệu suất phân hủy và hạn chế phát sinh các sản phẩm độc hại thứ cấp như dioxin và furan.

• Lý thuyết về xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp: Các oxit kim loại như CuO, NiO, CeO2 có hoạt tính xúc tác cao, tương đương với kim loại quý trong phản ứng oxy hóa các hợp chất clo hữu cơ. Sự kết hợp ba cấu tử Cu, Ni, Ce tạo thành hệ xúc tác đồng oxit có khả năng phân hủy PCBs hiệu quả.

• Khái niệm về khoáng sét Bentonit và montmorillonit: Bentonit giàu montmorillonit có khả năng trao đổi cation, hấp phụ cao và tính trương nở đặc trưng, được biến tính để làm chất mang xúc tác, tăng cường hiệu quả phân hủy PCBs.

• Tính chất hóa lý của PCBs: PCBs là hợp chất bền nhiệt, ít tan trong nước, dễ tích tụ trong môi trường và sinh vật, có độc tính cao đặc biệt với các đồng phân như PCB77, PCB126, PCB169.

• Quy định và tiêu chuẩn xử lý PCBs: Thực hiện theo Công ước Stockholm và các quy định quốc gia về quản lý, kiểm soát và tiêu hủy PCBs nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dầu biến thế phế thải chứa PCBs với nồng độ 418 ppm, bentonit Di Linh biến tính bằng NaHCO3, tro than bay từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu dầu biến thế phế thải đại diện cho nguồn ô nhiễm thực tế tại Việt Nam; bentonit và tro than bay được sử dụng làm chất mang và xúc tác dựa trên đặc tính hóa lý phù hợp.

• Phương pháp phân tích: Phân hủy nhiệt xúc tác PCBs được tiến hành trong phòng thí nghiệm với các điều kiện nhiệt độ 400, 500, 550 và 600°C. Sản phẩm khí và rắn sau phản ứng được phân tích bằng sắc ký khí detector cộng kết điện tử (GC/ECD) và phương pháp kích hoạt hạt phát xạ tia X (PIXE).

• Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 1 đến tháng 9 năm 2014, bao gồm giai đoạn chế tạo vật liệu xúc tác, thực hiện phân hủy nhiệt xúc tác và phân tích sản phẩm.

• Cỡ mẫu và bố trí thí nghiệm: Các thí nghiệm được bố trí lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy, sử dụng hỗn hợp xúc tác ba cấu tử với tỉ lệ khác nhau để đánh giá ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy PCBs.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất phân hủy PCBs đạt trên 90% ở nhiệt độ 550°C: Khi sử dụng hệ xúc tác CuO:NiO:CeO2 với tỉ lệ 1:1:0,5, hiệu suất phân hủy PCBs đạt 92% tại 550°C, cao hơn 30% so với phản ứng không có xúc tác.

2. Ảnh hưởng của tỉ lệ xúc tác đến hiệu suất phân hủy: Tăng tỉ lệ CeO2 trong hệ xúc tác từ 0,5 lên 1,5 làm tăng hiệu suất phân hủy PCBs từ 85% lên 95% ở 400°C, cho thấy CeO2 đóng vai trò quan trọng trong xúc tác oxy hóa.

3. Nhiệt độ thấp giúp giảm phát sinh sản phẩm khí độc: Phân hủy PCBs ở nhiệt độ 400-600°C với xúc tác ba cấu tử hạn chế đáng kể sự hình thành dioxin và furan so với phương pháp thiêu đốt truyền thống trên 1000°C.

4. Bentonit biến tính làm chất mang xúc tác hiệu quả: Bentonit Di Linh biến tính có khả năng hấp phụ các cation kim loại Cu2+, Ni2+, Ce4+ với dung lượng trao đổi cation khoảng 10 meq/100g, giúp tăng diện tích bề mặt xúc tác và cải thiện hiệu suất phân hủy.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả phân hủy PCBs cao ở nhiệt độ thấp nhờ sự phối hợp xúc tác của ba oxit kim loại chuyển tiếp, tận dụng đặc tính oxy hóa mạnh của CeO2 và khả năng trao đổi cation của bentonit biến tính. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về xúc tác oxit kim loại trong xử lý các hợp chất clo hữu cơ, đồng thời khắc phục nhược điểm của phương pháp thiêu đốt truyền thống như tiêu thụ năng lượng lớn và phát sinh chất độc hại thứ cấp.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất phân hủy PCBs cho thấy hiệu suất tăng dần theo nhiệt độ, đạt đỉnh tại 550°C. Bảng phân tích sản phẩm khí thu được sau phản ứng cho thấy hàm lượng dioxin và furan giảm đáng kể khi sử dụng xúc tác ba cấu tử so với không xúc tác.

Ngoài ra, việc sử dụng bentonit biến tính làm chất mang xúc tác không chỉ tăng diện tích bề mặt mà còn giúp ổn định xúc tác, giảm hiện tượng ngộ độc xúc tác trong quá trình phản ứng. Điều này mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng vật liệu tự nhiên trong xử lý ô nhiễm môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai quy trình phân hủy nhiệt xúc tác PCBs ở quy mô pilot: Áp dụng hệ xúc tác ba cấu tử CuO-NiO-CeO2 với bentonit biến tính tại các cơ sở xử lý dầu biến thế phế thải, nhằm đạt hiệu suất phân hủy trên 90% trong vòng 12 tháng.

2. Nghiên cứu tối ưu hóa tỉ lệ xúc tác và điều kiện phản ứng: Tập trung vào việc điều chỉnh tỉ lệ CeO2 và nhiệt độ phản ứng để giảm tiêu hao năng lượng và tăng tuổi thọ xúc tác, thực hiện trong 6-9 tháng tiếp theo.

3. Phát triển vật liệu xúc tác tái sử dụng: Nghiên cứu khả năng tái sinh và tái sử dụng xúc tác bentonit biến tính nhằm giảm chi phí vận hành, dự kiến hoàn thành trong 1 năm.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn vận hành: Đề xuất các tiêu chuẩn an toàn và quy trình vận hành cho công nghệ phân hủy nhiệt xúc tác PCBs, phối hợp với các cơ quan quản lý môi trường trong vòng 18 tháng.

5. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho các đơn vị xử lý chất thải: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ vận hành và quản lý chất thải nguy hại, nhằm đảm bảo công nghệ được áp dụng hiệu quả và an toàn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Khoa học Môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về xử lý PCBs bằng phương pháp phân hủy nhiệt xúc tác, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về công nghệ xử lý chất thải nguy hại.

2. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Thông tin về hiệu quả xử lý PCBs và các quy định liên quan giúp xây dựng chính sách quản lý và tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp với thực tiễn Việt Nam.

3. Doanh nghiệp xử lý chất thải nguy hại: Hướng dẫn kỹ thuật và quy trình vận hành công nghệ phân hủy nhiệt xúc tác PCBs giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả xử lý, giảm chi phí và tuân thủ quy định pháp luật.

4. Tổ chức phi chính phủ và cộng đồng quan tâm đến bảo vệ môi trường: Cung cấp kiến thức về tác hại của PCBs và các giải pháp xử lý an toàn, góp phần nâng cao nhận thức và thúc đẩy các hoạt động bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân hủy nhiệt xúc tác PCBs là gì?
   Là quá trình sử dụng xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp để phân hủy các hợp chất PCBs trong dầu biến thế phế thải ở nhiệt độ thấp (400-600°C), giúp giảm năng lượng tiêu thụ và hạn chế phát sinh chất độc hại thứ cấp.

2. Tại sao sử dụng bentonit biến tính làm chất mang xúc tác?
   Bentonit biến tính có khả năng trao đổi cation cao, diện tích bề mặt lớn và tính trương nở, giúp hấp phụ các cation kim loại tạo thành xúc tác hiệu quả, đồng thời ổn định xúc tác trong quá trình phản ứng.

3. Hiệu suất phân hủy PCBs đạt được trong nghiên cứu là bao nhiêu?
   Hiệu suất phân hủy PCBs đạt trên 90% khi sử dụng hệ xúc tác ba cấu tử CuO-NiO-CeO2 ở nhiệt độ 550°C, cao hơn nhiều so với phản ứng không xúc tác.

4. Phương pháp này có ưu điểm gì so với thiêu đốt truyền thống?
   Phân hủy nhiệt xúc tác giúp giảm nhiệt độ phản ứng, tiết kiệm năng lượng, hạn chế phát sinh dioxin và furan độc hại, đồng thời giảm chi phí đầu tư thiết bị so với thiêu đốt ở nhiệt độ trên 1000°C.

5. Có thể áp dụng công nghệ này ở quy mô công nghiệp không?
   Công nghệ có tiềm năng áp dụng quy mô công nghiệp sau khi tối ưu hóa điều kiện phản ứng và phát triển vật liệu xúc tác tái sử dụng, giúp xử lý an toàn dầu biến thế phế thải chứa PCBs tại Việt Nam.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu thành công phương pháp phân hủy nhiệt xúc tác PCBs trong dầu biến thế phế thải sử dụng hệ xúc tác ba cấu tử CuO-NiO-CeO2 và bentonit biến tính ở nhiệt độ thấp (≤600°C).
• Hiệu suất phân hủy PCBs đạt trên 90% tại 550°C, giảm đáng kể phát sinh các sản phẩm khí độc hại so với phương pháp thiêu đốt truyền thống.
• Bentonit Di Linh biến tính đóng vai trò quan trọng trong việc làm chất mang xúc tác, tăng cường hiệu quả phản ứng và ổn định xúc tác.
• Kết quả nghiên cứu góp phần xây dựng cơ sở khoa học và thực nghiệm cho công nghệ xử lý PCBs thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm tối ưu hóa xúc tác, phát triển quy trình công nghiệp và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật để ứng dụng rộng rãi trong xử lý chất thải nguy hại tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo là triển khai nghiên cứu mở rộng quy mô pilot và phối hợp với các cơ quan quản lý để đưa công nghệ vào thực tiễn, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Dầu biến thế Dầu biến thế là sản phẩm lỏng thu được từ dầu mỏ. Dầu biến thế gồm hỗn hợp các hidrocacbon với thành phần bao gồm: parafin, naphthen, các hợp chất thơm, các hợp chất naphthen thơm và các hợp chất PCBs. Ngoài ra, trong dầu biến thế còn chứa một lượng nhỏ các dẫn xuất của hidrocacbon có chứa các nguyên tố nitơ, lưu huỳnh, oxy trong phân tử.

Để chống lại quá trình tạo bám và oxy hóa, dầu biến thế còn được cho thêm một lượng khoảng 0,3% chất 2,6-ditert butylparacresol [54]. Ngày nay, người ta thay dầu biến thế có chứa các yếu tố độc hại như PCBs bằng loại dầu có chứa các hợp chất hidrocacbon đã được flo hóa hoặc các hợp chất hidrocacbon silicon. Có thể nêu tóm tắt những thành phần chính của dầu biến thế bao gồm các paraphin, olefin, naphthen, chất thơm, các hợp chất dimetyl silicon và etylen glycol, các hợp chất PCBs, các chất chống oxy hóa. Tính chất hoá lý của một số loại dầu biến thế được nêu trong Bảng 1.1: Tính chất hóa lý của một số loại dầu biến thế Đặc trưng Dầu 1 Dầu 2 Dầu 3 Tỷ trọng ở 20oC, g/ml 0,9227 0,9555 0,9540 Chỉ số khúc xạ, 20oC 1,5160 1,5315 1,5235 Chỉ số độ nhớt - 47 - 34 - 29 Độ tán sắc đặc trưng 138 149 142 Trọng lượng phân tử 298 308 308 Tổng lượng sunfua, % 1,3 5,0 6,5 Lượng sunfua, sunfit, % 0 3,6 5,8 Công thức tổng HC, CnH2n-x CnH2n-8,5 CnH2n-9 CnH2n-7 n 5 Các hidrocacbon trong dầu biến thế có công thức chung là CnH2n-x, trong đó x có thể là các giá trị 7, 8,5 và 9; trọng lượng phân tử dao động từ 298 - 308.

Các hợp chất PCBs trong dầu biến thế thường dùng một trong các sản phẩm thương mại như: 1242; 1248 hoặc 1254, trong đó nồng độ PCBs có thể lên tới hàng nghìn mg/1kg dầu. Cấu tạo của PCBs Policlobiphenyl là một hỗn hợp gồm 209 hợp chất cơ clo tạo thành các nhóm đồng đẳng và đồng phân khác nhau, trong phân tử của mỗi chất có từ một đến mười nguyên tử clo đính vào vòng biphenyl, hợp chất được cấu tạo nên từ hai vòng benzen liên kết với nhau. Công thức tổng quát của PCBs là C12H10-xClx, với x>1.1: Công thức cấu tạo tổng quát của PCBs PCBs là một hợp chất nhân tạo, được điều chế từ phản ứng clo hóa biphenyl với xúc tác FeCl3 hoặc hình thành trong quá trình xử lý chất thải. PCBs đã từng được sử dụng trong các sản phẩm như thiết bị điện, chất phủ bề mặt, mực, keo dán, các chất làm chậm bốc cháy và sơn.

Sự khác nhau về số lượng clo, cũng như vị trí của nhóm thế, tạo ra 209 chất khác nhau. Năm 1980, các chất trong họ PCBs đã được Ballschmiter và Zell sắp xếp, phân loại theo số thứ tự từ 1 đến 209, theo quy tắc IUPAC. n 6 Do PCBs được cấu tạo từ 2 vòng benzen liên kết với nhau, cấu dạng tồn tại có năng lượng thấp nhất của PCBs là dạng hai vòng benzen nằm trên cùng một mặt phẳng, và tạo ra một hệ hai vòng liên hợp. Hiệu ứng liên hợp của các nguyên tử clo trong PCBs thường làm cho hệ hai vòng liên hợp này bền vững hơn.

Tuy nhiên sự có mặt của nguyên tử clo ở các vị trí octo có thể gây ra hiệu ứng không gian làm cho hệ liên hợp này kém bền vững, khiến cho cấu dạng tồn tại chủ yếu của PCBs trong trường hợp này có thể là dạng hai vòng benzen nằm vuông góc với nhau. Nhiều hỗn hợp của PCBs bán trên thị trường có tên thương mại khác nhau, ở Mỹ là Arochlor, ở Nhật là Kanechlor. Các Công ty hóa chất đặt tên gọi PCBs khác nhau dựa trên tỉ lệ số nhóm chất chứa clo. Công ty hóa chất Monsanto dùng 4 chữ số để đặt tên cho hỗn hợp PCBs [12].

Theo đó, hai số đầu “12” chỉ vòng quay biphenyl và hai số sau chỉ phần trăm khối lượng của clo trong phân tử (ví dụ Arochlor 1260 có nghĩa là PCBs có chứa 60% khối lượng là clo). Một số công ty khác dùng số nguyên tử clo trung bình trong hỗn hợp để đặt tên (ví dụ Chlophen A60, Phenochlor DP6 và Kanechlor 600 có nghĩa là có trung bình 6 nguyên tử clo trên một phân tử, …) [12]. Tính chất hóa lý của PCBs PCBs là hợp chất không mùi, không vị, màu sắc biến đổi từ không màu đến màu vàng nhạt và là một chất lỏng nhớt. Ở trạng thái nguyên chất, hầu hết PCBs tồn tại ở dạng tinh thể.

PCBs tan ít trong nước (0,0027 – 0,42 ng/l), có áp suất hơi thấp ở nhiệt độ thường, tuy nhiên tan nhiều trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Nó có điện trở lớn, hằng số điện môi cao. PCBs có tính bền nhiệt cao, bền vững với cả các axit, bazơ, cũng như bền khi ở các điều kiện oxi hóa và thủy phân trong sản xuất công nghiệp. Do có tính bền nhiệt rất cao nên PCBs được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, điện và cơ khí.

n 7 Trong đất, PCBs bị phân hủy thành nhiều sản phẩm khác nhau, chủ yếu là sản phẩm đề clo hóa và hidroxyl hóa. Ở sông hồ, PCBs dính vào các lớp trầm tích nơi mà chúng có thể bị chôn lấp trong một thời gian dài, sau đó chúng được tách ra và đi vào trong môi trường nước và không khí. Trong nước, sự phân huỷ PCBs chậm hơn và có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời và các vi sinh vật. Những sinh vật này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ PCBs trong đất và trong các lớp trầm tích.

PCBs trong không khí có thể đi vào môi trường đất thông qua mưa, gió và tuyết rơi hoặc tiếp tục tồn tại trong môi trường không khí dưới dạng hạt. Trong không khí PCBs bị phân huỷ bởi tác động trực tiếp của ánh sáng mặt trời và phải mất khoảng vài ngày đến vài tháng mới phân huỷ được một nửa số lượng PCBs ban đầu. PCBs trong môi trường có thể bị oxy hóa tạo thành các hợp chất vô cùng độc hại như dioxin hoặc các hợp chất furan. Ngoài ra, PCBs còn có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể sinh vật.

PCBs đi vào cơ thể thông qua chuỗi thức ăn. PCBs được tìm thấy trong các mô mỡ của động vật sống trong nước và trên mặt đất, đặc biệt là những động vật ở đầu của các chuỗi thức ăn. Chính vì vậy, việc ngăn ngừa, kiểm soát và xử lý PCBs từ nguồn, không để PCBs phát thải ra môi trường là mục tiêu nghiên cứu của luận văn. Độc tính của PCBs Các PCBs có mức độ độc tính khác nhau, PCBs thể hiện độc tính mạnh nhất khi không có nguyên tử clo (Cl) ở vị trí octo, hai hoặc ba nguyên tử Cl ở vị trí meta và para.

Khi có thêm một nguyên tử Cl ở vị trí octo, ảnh hưởng độc của PCBs giảm rõ rệt. Trong một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng độc tính của các di-octo PCBs giảm khoảng 4-6 lần so với trước khi thay thế Cl vào vị trí octo. n 8 Mặc dù PCBs không thể hiện tính độc ngay tức khắc, nhưng khi bị nhiễm ở liều lượng 0,2  0,5g PCBs/kg, bệnh nhân có thể bị xám da, hỏng mắt, nổi mụn, v/v. WHO đã chỉ ra 5/14 chất trong hỗn hợp PCBs gồm PCB81, PCB77, PCB126, PCB169, PCB123 có độc tính cao nhất.

Hệ số độ độc tương đương so với dioxin của 5 PCBs nói trên được chỉ ra trong Bảng 1.2: Độ độc tương đương của PCBs điển hình so với dioxin WHO-TEF WHO/IPCS- Số thứ tự theo Người/động vật TEF Chất IUPAC (1997) (1993) 3,4,4,5-TCB 81 0,0001 3,3,4,4’-TCB 77 0,0001 0,0005 2’,3,4,4’,5-PCB 123 0,0001 0,0001 3,3,4,4’,5-PCB 126 0,1 0,1 3,3’,4,4’,5,5’- HCB 169 0,01 0,01 Rất khó xác định được việc nhiễm PCBs tới mức độ nào thì ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người, vì những người khác nhau thì bị nhiễm với số lượng và các chất PCBs khác nhau và mức độ gây độc của PCBs đối với một số người có thể tăng lên nếu họ bị nhiễm cùng lúc với các chất độc khác. Nhiều nghiên cứu cho thấy có sự liên quan giữa nhiễm độc PCBs và nguy cơ ung thư hệ tiêu hoá, gan và da. Hơn nữa, hàm lượng PCBs trong máu cao có thể liên quan tới ung thư hệ bạch huyết. Nhiễm độc PCBs có thể ảnh hưởng đến quá trình sinh sản của người, đặc biệt nó làm giảm khả năng sinh sản ở nữ và làm giảm số lượng tinh trùng của nam giới.

Nếu nhiễm PCBs diễn ra trong thời kỳ mang thai và cho con bú có thể dẫn tới sự lớn lên và phát triển chậm n 9 của bào thai và trẻ sơ sinh, cũng như làm giảm khả năng miễn dịch của trẻ. Sự phơi nhiễm chất này cũng có thể liên quan tới những ảnh hưởng về thần kinh (như tình trạng tê liệt và đau đầu), khả năng nhiễm bệnh thường xuyên hơn, sự thay đổi màu của da, đặc biệt là các chứng phát ban và ngứa [54]. Một số PCBs có độc tính cao đã được WHO nghiên cứu, phân loại mức độ độc. Theo tài liệu của WHO và ý kiến của nhiều chuyên gia đã chỉ ra 14 PCBs có độc tính cao nhất, gồm: PCB77, PCB81, PCB105, PCB114, PCB118, PCB123, PCB126, PCB156, PCB157, PCB167, PCB169, PCB170, PCB180, PCB189.

Tất cả 14 chất nêu trên đều có đặc tính cấu trúc tương tự PCDD và PCDF, khó phân hủy, xâm nhập và tích tụ theo chuỗi thức ăn, và đều gây hậu quả giống dioxin [37, 54]. Quá trình xâm nhập PCBs vào môi trường PCBs xâm nhập môi trường bằng nhiều con đường như thải trực tiếp dầu biến thế, tụ điện, chất lưu thủy lực sau sử dụng ra môi trường. Chúng có thể đi vào môi trường do sự cố tràn và rò rỉ dầu có chứa PCBs từ các thiết bị điện như máy biến thế, tụ điện hoặc thiết bị công nghiệp như máy nâng hạ thủy lực, thải bỏ sản phẩm có chứa PCBs như thiết bị điện tử, đồ dùng có nhựa, sơn,. ở khu dân cư hoặc bãi chôn lấp thông thường, đốt rác có chứa PCBs ở khu dân cư, lưu trữ và tiêu hủy chất thải PCBs bất hợp pháp hoặc không đúng quy cách, bãi thải nguy hại có chứa PCBs được vận hành không đúng quy định, lò đốt chất thải công nghiệp vận hành không đúng quy định.

Khi được thải vào môi trường, PCBs có thể di chuyển với một khoảng cách dài và tồn tại trong môi trường theo chuỗi thức ăn. PCBs được tìm thấy trong đất, nước, trầm tích và bay hơi một phần nhỏ vào không khí. Thông qua chu trình tuần hoàn không khí và sự luân chuyển của nước, PCBs có thể di chuyển rất xa nơi phát thải.