MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước nói chung và nguồn nước sinh hoạt nói riêng đang là vấn đề toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về chất lượng cuộc sống ngày càng cao. Kể các nước phát triển, việc giải quyết ô nhiễm môi trường đang là một thách thức lớn đối với tất cả các quốc gia. Trên thế giới hiện nay vấn đề cung cấp nước sạch cho sinh hoạt đó là một vấn đề rất lớn mà xã hội quan tâm. Chúng ta đang phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là việc nhiễm độc chất hữu cơ.
Nguồn chất hữu cơ có trong nước chủ yếu do quá trình sản xuất công, nông nghiệp gây ra. Việc sử dụng các nguồn nước bị nhiễm độc bởi chất hữu cơ hàng ngày sẽ gây tác hại rất lớn tới sức khỏe của con người mà hậu quả để lại thì con người chưa có cách chữa trị. Do vậy việc xử lí chất hữu cơ là một vấn đề cấp bách. Đề tài: "Tổng hợp MnO2 dạng nano để xử lí các chất hữu cơ" nhằm đóng góp thêm vào công nghệ xử lí các chất hữu cơ nói chung.
Nguyễn Thị Thu Phương 1 K22 CHH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Chất hữu cơ khó phân huỷ Các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy như (POPs) là các hợp chất hữu cơ rất bền vững trong môi trường, thời gian bán hủy từ vài chục năm đến vài trăm năm. Tuy ở nồng độ rất nhỏ cũng đặc biệt gây nguy hại lớn đối với môi trường và sức khỏe con người (gây ung thư, thay đổi nội tiết tố, đột biến…). Gần đây một số nhóm hợp chất mới được dưa vào POPs bởi vì chúng đều có chung đặc điểm là bền vững với môi trường có khả năng tích lũy sinh học, có tác động nguy hiểm tới con người và sinh vật như các hợp chất chống cháy họ brom như polybrom diphenyl ete (PBDEs), polybrom biphenyl (PBBs), hexabromxiclododecan (HBCD), chúng được sử dụng làm phụ gia trong nhựa, chất dẻo, vải… Chín nhóm chất thuộc các loại thuốc trừ sâu bao gồm: Aldrin, Clodan, Dieldrin, Endrin, Heptaclo, Hexaclorobenzen, Mirex, Toxophore, DDT.
Chất dùng trong công nghiệp: PolyClo- Biphenyl (PCB) có chu kì bán hủy hàng trăm năm, là nhóm hợp chất mà trong phân tử chứa 2 nhóm phenyl được clo hóa được phát hiện trong chuỗi thức ăn liên quan đến các thủy vực (sông, hồ) như trong bùn lắng, cây cỏ, sinh vật phù du, tôm, cá, động vật thân mềm… và trong mô mỡ của người, động vật ăn tôm, cá có chứa PCB. PCB gây ảnh hưởng tới hệ thần kinh, gan và có khả năng gây ung thư. PCB có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp như làm chất cách điện lỏng trong tụ điện, chất làm mát, chất dung môi, dầu bôi trơn, keo dán, chất xúc tác, phụ gia sơn, chất phủ bề mặt… vì vậy lượng phát thải là rất lớn. Nguyễn Thị Thu Phương 2 K22 CHH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Để phân hủy PCB, người ta phải nung vật liệu chứa PCB ở nhiệt độ cao, trên 1200◦C, tuy nhiên khi nung, PCB có thể bốc theo khói đồng thời chuyển hóa thành các chất độc khác.[5] Điôxin (PCDD) là tên gọi chung cho một nhóm gồm hàng trăm hoá chất tồn lưu trong môi trường.
Chúng là các hợp chất thơm polyclo hoá có đặc tính vật lý, hoá học và cấu trúc tương tự, được hình thành như một phụ phẩm của các quá trình hoá học, từ những hiện tượng tự nhiên như núi lửa phun, cháy rừng đến các quá trình nhân tạo như sản xuất hoá chất, thuốc trừ sâu, thép, sơn, giấy, quá trình thiêu và toả khói.Điôxin là hợp chất hữu cơ không mùi, không màu, chứa cacbon, hyđrô, ôxy và clo. Dạng điôxin độc hại nhất và được nghiên cứu rộng nhất là điôxin 2,3,7,8 - tetra-clorodibenzo-p-điôxin, viết tắt là 2,3,7,8-TCDD, được đo bằng ppt. Điôxin không hoà tan trong nước nhưng hoà tan trong chất béo chúng gắn với chất hữu cơ và chất cặn trong môi trường và hấp thụ vào mô mỡ động vật hoặc người. Ngoài ra, do không bị vi khuẩn làm thối rữa nên chúng tồn lưu và tích tụ sinh học trong dây chuyền thực phẩm.
Một khi điôxin lọt vào môi trường, chúng sẽ được thu gom trong mô mỡ của người và động vật. Trong nhóm này còn có furan. Furan là hợp chất thơm dị vòng, được tạo ra trong quá trình chưng cất gỗ (đặc biệt là gỗ thông), là một chất lỏng trong suốt, không màu, rất dễ bay hơi và dễ cháy, có điểm sôi gần với nhiệt độ phòng là một chất độc và có thể còn là chất gây ung thư. Aldrin là một loại thuốc trừ sâu thuộc loại polyclo hóa đã được sử dụng rộng rãi cho đến những năm 1970 dùng để bảo quản hạt giống và xử lí đất, sau đó bị cấm ở hầu hết các quốc gia.
Nó là chất rắn, không màu, độ tan rất cao trong mỡ, nồng độ hòa tan trong nước là 0,027 mg/l làm tăng khả năng phát tán vào môi trường, ở trong đất nó gây tác động lên bề mặt thực vật và đường tiêu hóa của côn trùng. Clodan là một loại thuốc trừ sâu thuộc loại polyclo hóa, màu trắng, được sử dụng ở Mỹ để trừ sâu cho cây trồng Nguyễn Thị Thu Phương 3 K22 CHH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên như ngô và họ cam quýt…, kiểm soát mối mọt cho đến năm 1983 thì bị cấm, phân tử chứa gốc hexancloxyclopentadien gồm 2 đồng phân α và β, trong đó các đồng phân β có hoạt tính sinh học cao hơn, gây nguy hại tới môi trường và sức khỏe con người dù chỉ ở nồng độ rất nhỏ cỡ ppb. Clodan tích tụ trong các loại cây trồng, nước uống, các loại thực phẩm nhiều chất béo như thịt, cá, các sản phẩm làm từ sữa, trong mô mỡ của người và động vật. Clodan nhiễm độc vào cơ thể qua đường tiêu hóa (ăn uống các nguồn chứa Clodan), đường hô hấp (khi ở gần nhà máy xử lí hoặc nơi chôn lấp Clodan), truyền từ mẹ sang con qua sữa, được hấp thụ bởi thai nhi đang phát triển ở phụ nữ mang thai.
Clodan được bài tiết rất ít qua phân và nước tiểu. Nó gây ung thư tuyến tiền liệt, não, ung thư máu, hủy hại tế bào bạch cầu, ngoài ra còn gây chứng đau nửa đầu nhiễm trùng đường hô hấp, tiểu đường, lo âu, trầm cảm, ảnh hưởng tới hệ thống miễn dịch. [5] Diendrin là loại thuốc trừ sâu trên ngô và khoai tây được tổng hợp bởi J. Hyman và Co, Denver từ aldrin.
Aldrin không độc hại đối với côn trùng nhưng nó bị oxy hóa trong côn trùng để tạo thành hoạt chất diendrin độc hại. Được phát triển và sử dụng rộng rãi trong những năm 1940-1950 như một loại thuốc trừ sâu hiệu quả cao, thay thế cho DDT. Tuy nhiên nó là một hợp chất hữu cơ rất bền vững, không dễ dàng bị phá vỡ, nó tồn tại trong chuỗi thức ăn tự nhiên với Biomagnification (phóng đại sinh học – là sự gia tăng nồng độ của một chất xảy ra trong một chuỗi thức ăn). Tiếp xúc lâu dài thì nó gây ra tác động tiêu cực tới sức khỏe con người, vượt qua mục tiêu tiêu diệt côn trùng ban đầu, gây bệnh Parkinson, ung thư vú, tê liệt hệ thống miễn dịch, sinh sản và thần kinh, ảnh hưởng xấu tới phụ nữ mang thai khi tiếp xúc.
Hiên giờ, nó bị cấm ở hầu hết các nơi trên thế giới. [5] Endrin là chất rắn không màu, không mùi mặc dù dạng thương mại thường có màu trắng, đa số được dùng dưới dạng xịt để diệt côn trùng gây hại bông, lúa, mía, ngũ cốc, củ cải đường…, đôi khi sử dụng trong vườn cây ăn quả để tiêu diệt các loài động vật gặm nhấm, nó được phun trên mặt đất, dưới Nguyễn Thị Thu Phương 4 K22 CHH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tán cây vào mùa thu hay xuân. Cũng giống như các hợp chất trên, nó cũng tan tốt và tích tụ trong mô mỡ các loài động vật. Nó ít bền vững trong môi trường hơn Diendrin, có chu kì bán hủy trong đất là 10 năm.
Nó rất độc hại dối với sinh vật dưới nước, gây ảnh hưởng tới hệ thống thần kinh của con người. Nó cũng bị cấm ở nhiều quốc gia. Heptaclo là chất bột màu trắng hoặc nâu. Do cấu trúc ổn định nên nó có thể tồn tại ở môi trường trong nhiều thập kỉ.
Giống như các chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy khác, Heptaclo tan tốt trong mỡ, ít hòa tan trong nước nên có xu hướng tích tụ trong mỡ của cơ thể người và động vật. Heptaclo chuyển hóa thành Heptaclo epoxi là chất hòa tan dễ dàng hơn trong nước, bền vững và độc hại hơn nhiều lần so với hợp chất gốc. Con người tiếp xúc với Heptaclo thông qua nước uống và thực phẩm, có thể mắc ung thư, thay đổi hệ thống thần kinh, chức năng miễn dịch. [5] Hexaclorobenzen là một loại thuốc diệt nấm sử dụng trong xử lí hạt giống đặc biệt là lúa mì, là chất rắn màu trắng, hòa tan không đáng kể vào nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ như dietylete, benzen, etanol, clorofom; chu kì bán hủy 3 đến 6 năm trong đất, xảy ra Biomagnification trong chuỗi thức ăn.
Hexaclorobenzen rất độc hại với sinh vật dưới nước, tác động nguy hại tới sức khỏe con người: gây ung thư gan, thận, tuyến giáp, tổn thương da, gây quái thai. Mirex dạng tinh thể màu trắng không mùi là dẫn xuất của xiclopentadien được dùng phổ biến để kiểm soát kiến lửa, bị cấm sử dụng vào năm 1976. Sản phẩm đốt cháy chất này sinh ra một lượng lớn các chất khí độc hại như CO, COCl2, HCl, Cl2… Mirex có khả năng phân hủy sinh học thấp, tích lũy sinh học qua chuỗi thức ăn cao, gây ra các rối loạn sinh lí, sinh hóa cho các loại động vật có xương sống khác nhau. Toxaphen là một hỗn hợp khoảng 200 hợp chất hữu cơ, khi nuốt hoặc hít vào gây tổn hại phổi, hệ thần kinh, thận, có thể gây tử vong.
Nguyễn Thị Thu Phương 5 K22 CHH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên DDT là một trong những loại thuốc trừ sâu tổng hợp nổi tiếng nhất, sử dụng rộng rãi trong thế chiến thứ II để kiểm soát bệnh sốt rét và phát ban. Sau chiến tranh, DDT dùng làm thuốc trừ sâu, lượng sản xuất và sử dụng nó tăng cao.