Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Gốc PANI/Mùn Cưa Hấp Thu Hợp Chất DDD Trong Dịch Chiết Đất Ô Nhiễm

Khóa luận nghiên cứu vật liệu gốc pani từ mùn cưa, ứng dụng hấp thu hợp chất ddd trong dịch chiết đất ô nhiễm, mang lại giải pháp hiệu quả.

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Gốc PANI/Mùn Cưa Hấp Thu Hợp Chất DDD Trong Dịch Chiết Đất Ô Nhiễm
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khám phá vật liệu PANI mùn cưa hấp thu DDD hiệu quả

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, việc tìm kiếm các giải pháp xử lý hiệu quả và bền vững là một yêu cầu cấp thiết. Một trong những thách thức lớn nhất là sự tồn lưu của các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POPs), đặc biệt là các thuốc trừ sâu clo hữu cơ như DDT và các sản phẩm chuyển hóa của nó (DDD, DDE). Các chất này có khả năng tích tụ sinh học, gây hại lâu dài cho hệ sinh thái và sức khỏe con người. Hướng tiếp cận sử dụng các vật liệu hấp phụ giá rẻ từ phế phẩm nông nghiệp đang mở ra nhiều triển vọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và đánh giá vật liệu composite PANI/mùn cưa, một loại vật liệu lai nano kết hợp giữa polymer dẫn điện polyaniline (PANI) và mùn cưa. Mùn cưa, với thành phần chính là cellulose, có cấu trúc xốp và nhiều nhóm chức bề mặt, là một nền lý tưởng. Khi kết hợp với PANI, vật liệu mới không chỉ tận dụng được khả năng hấp phụ tự nhiên của mùn cưa mà còn được tăng cường bởi các đặc tính ưu việt của PANI, tạo ra một vật liệu có khả năng hấp phụ hợp chất DDD vượt trội. Nghiên cứu này trình bày chi tiết quy trình tổng hợp, đặc trưng hóa vật liệu và khảo sát khả năng ứng dụng của nó trong việc xử lý ô nhiễm đất, cụ thể là loại bỏ DDD khỏi dịch chiết đất. Kết quả ban đầu cho thấy đây là một hướng đi đầy hứa hẹn, góp phần vào nỗ lực khử độc môi trường một cách kinh tế và hiệu quả.

1.1. Giới thiệu về Polyaniline PANI và tiềm năng ứng dụng

Polyaniline (PANI) là một trong những polymer dẫn điện được nghiên cứu rộng rãi nhất nhờ vào độ dẫn điện tốt, tính ổn định cao trong môi trường, và quy trình tổng hợp tương đối đơn giản. PANI tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau, cho phép điều chỉnh các tính chất điện và quang học của nó. Trong lĩnh vực xử lý môi trường, PANI và các vật liệu composite trên nền PANI đã chứng tỏ tiềm năng to lớn trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm như ion kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ độc hại. Cấu trúc mạch polymer của PANI chứa các nguyên tử nitơ với các cặp electron tự do, có khả năng tạo liên kết phức với nhiều loại chất ô nhiễm, qua đó tăng cường cơ chế hấp phụ.

1.2. Mùn cưa Phế phẩm nông nghiệp trở thành vật liệu nền

Mùn cưa là một phế phẩm nông nghiệp phổ biến, dồi dào và có giá thành cực thấp. Thành phần chính của mùn cưa là các polymer tự nhiên như cellulose, hemicellulose và lignin. Các vật liệu trên nền cellulose này sở hữu cấu trúc xốp tự nhiên với diện tích bề mặt BET đáng kể, cùng với sự hiện diện của nhiều nhóm chức bề mặt như hydroxyl (-OH), carboxyl (-COOH). Những đặc điểm này làm cho mùn cưa trở thành một vật liệu nền tuyệt vời để biến tính hoặc kết hợp với các hoạt chất khác, tạo ra các vật liệu hấp phụ hiệu quả. Việc tận dụng mùn cưa không chỉ giúp giải quyết vấn đề xử lý chất thải mà còn tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng, phục vụ cho mục tiêu cải tạo đất ô nhiễm.

1.3. Vật liệu composite PANI mùn cưa và ưu điểm vượt trội

Vật liệu composite PANI/mùn cưa được tổng hợp bằng phương pháp tổng hợp polymer hóa tại chỗ, trong đó monomer anilin được polymer hóa trực tiếp trên bề mặt của các sợi mùn cưa. Quá trình này tạo ra một lớp màng PANI bao phủ và liên kết chặt chẽ với nền mùn cưa. Vật liệu composite PANI/mùn cưa kết hợp được các ưu điểm của cả hai thành phần: cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn của mùn cưa và các vị trí hấp phụ hoạt động mạnh mẽ của PANI. Sự kết hợp hiệp đồng này giúp tăng cường đáng kể dung lượng và hiệu suất hấp phụ so với việc sử dụng riêng lẻ từng vật liệu, mở ra một giải pháp tiềm năng để loại bỏ các ô nhiễm tồn lưu (POPs).

II. Thách thức từ ô nhiễm POPs Hiểm họa từ hợp chất DDD

Ô nhiễm do các chất hữu cơ khó phân hủy (POPs) là một vấn đề môi trường toàn cầu. Trong đó, DDT và các chất chuyển hóa của nó như Dichlorodiphenyldichloroethane (DDD) và Dichlorodiphenyldichloroethylene (DDE) là những mối đe dọa nghiêm trọng. Mặc dù đã bị cấm sử dụng ở nhiều quốc gia, dư lượng của chúng vẫn tồn tại dai dẳng trong đất và nước do tính bền vững hóa học cao. Tại Việt Nam, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trong thời gian dài đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm đất ở nhiều khu vực nông nghiệp. Các hợp chất này có khả năng di chuyển trong chuỗi thức ăn, tích tụ trong các mô mỡ của sinh vật và gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người, bao gồm rối loạn nội tiết, các vấn đề sinh sản và ung thư. Các phương pháp xử lý ô nhiễm đất truyền thống như chôn lấp, thiêu đốt thường tốn kém, phức tạp và có nguy cơ tạo ra các sản phẩm phụ độc hại khác. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới, đặc biệt là các phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu tiên tiến, hiệu quả và thân thiện với môi trường như vật liệu gốc PANI/mùn cưa là vô cùng cần thiết để giải quyết triệt để thách thức này.

2.1. Thực trạng ô nhiễm tồn lưu POPs tại Việt Nam

Theo các báo cáo, Việt Nam là một trong những quốc gia phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm tồn lưu (POPs) nghiêm trọng. Giai đoạn trước đây, một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật, trong đó có DDT, đã được sử dụng rộng rãi. Các nghiên cứu đã phát hiện dư lượng đáng kể của DDT và các sản phẩm phân hủy của nó trong đất nông nghiệp, trầm tích và thậm chí trong các mẫu sinh học. Sự tồn tại của các điểm nóng ô nhiễm này không chỉ làm suy thoái chất lượng đất mà còn đe dọa an toàn nguồn nước ngầm và an ninh lương thực, đòi hỏi các biện pháp can thiệp và cải tạo đất ô nhiễm khẩn cấp.

2.2. Tác hại của thuốc trừ sâu clo hữu cơ đến hệ sinh thái

Các thuốc trừ sâu clo hữu cơ như DDD có độc tính cao và khả năng bền vững trong môi trường. Chúng có thể tồn tại trong đất trong nhiều năm, chống lại sự phân hủy sinh học và hóa học. Khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật, chúng tích tụ dần theo chuỗi thức ăn (tích lũy sinh học), với nồng độ cao nhất ở các sinh vật bậc cao, bao gồm cả con người. Các tác động tiêu cực bao gồm phá vỡ cân bằng hệ sinh thái, làm giảm đa dạng sinh học và gây ra các bệnh mãn tính, nhấn mạnh sự cần thiết của các giải pháp khử độc môi trường hiệu quả.

2.3. Hạn chế của các biện pháp xử lý ô nhiễm đất hiện hành

Các biện pháp xử lý đất ô nhiễm POPs hiện nay tại Việt Nam chủ yếu bao gồm thiêu đốt ở nhiệt độ cao hoặc chôn lấp an toàn. Tuy nhiên, các phương pháp này gặp nhiều hạn chế. Thiêu đốt đòi hỏi chi phí năng lượng lớn và có nguy cơ phát sinh dioxin/furan, những chất độc hại hơn. Chôn lấp chỉ là giải pháp cô lập tạm thời, không loại bỏ triệt để chất ô nhiễm và cần diện tích đất lớn. Các phương pháp này nhìn chung kém bền vững và khó áp dụng trên quy mô rộng. Điều này thúc đẩy việc tìm kiếm các công nghệ thay thế, như phương pháp hấp phụ, vốn đơn giản, chi phí thấp và hiệu quả hơn.

III. Hướng dẫn tổng hợp vật liệu PANI mùn cưa tại phòng lab

Quy trình tổng hợp vật liệu composite PANI/mùn cưa được thực hiện bằng phương pháp trùng hợp oxy hóa hóa học tại chỗ (in-situ chemical oxidative polymerization). Phương pháp này cho phép các chuỗi polymer PANI hình thành và bám dính trực tiếp lên bề mặt xốp của mùn cưa, tạo ra một cấu trúc lai bền vững. Nguyên liệu chính bao gồm monomer anilin (ANi), chất oxy hóa là amoni persunfat (APS), môi trường axit HCl và mùn cưa đã qua xử lý. Mùn cưa thô được nghiền nhỏ, rửa sạch với nước cất và sấy khô để loại bỏ tạp chất và tăng diện tích tiếp xúc. Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ thấp để kiểm soát tốc độ trùng hợp và đảm bảo chất lượng vật liệu. Monomer anilin được hòa tan trong dung dịch HCl, sau đó mùn cưa được phân tán đều vào hỗn hợp. Dung dịch APS được thêm từ từ vào hệ phản ứng trong điều kiện khuấy liên tục để khởi đầu quá trình polymer hóa. Phản ứng tạo ra sản phẩm PANI/mùn cưa có màu xanh lục đậm đặc trưng. Sản phẩm cuối cùng được lọc, rửa sạch với nước cất và axeton để loại bỏ axit dư, monomer chưa phản ứng và các oligomer ngắn, sau đó sấy khô. Các phân tích SEM, FTIR, XRD được sử dụng để xác nhận sự hình thành thành công của vật liệu composite và nghiên cứu hình thái, cấu trúc của nó.

3.1. Quy trình xử lý và chuẩn bị mùn cưa làm vật liệu nền

Mùn cưa từ các xưởng chế biến gỗ được thu thập, sàng lọc để loại bỏ các mảnh lớn và tạp chất. Sau đó, vật liệu được rửa kỹ nhiều lần bằng nước cất để loại bỏ bụi bẩn và các chất hòa tan. Quá trình sấy khô ở nhiệt độ khoảng 80°C trong 15 giờ nhằm mục đích loại bỏ hoàn toàn độ ẩm, giúp tăng cường khả năng tương tác với monomer anilin trong các bước tiếp theo. Việc chuẩn bị kỹ lưỡng này đảm bảo mùn cưa trở thành một nền giá thể sạch và đồng nhất cho quá trình polymer hóa.

3.2. Các bước polymer hóa tại chỗ để tạo vật liệu lai nano

Quá trình tổng hợp polymer hóa tại chỗ bắt đầu bằng việc hòa tan anilin trong dung dịch HCl 1M dưới điều kiện làm lạnh. Mùn cưa đã xử lý được thêm vào và khuấy đều để tạo huyền phù. Chất oxy hóa amoni persunfat (APS), hòa tan trong nước cất, được nhỏ giọt từ từ vào hỗn hợp. Phản ứng trùng hợp diễn ra trong khoảng 15 giờ, trong thời gian đó, màu sắc của hỗn hợp chuyển dần sang xanh đậm, cho thấy sự hình thành của PANI dạng emeraldine salt dẫn điện. Tỷ lệ khối lượng giữa anilin và mùn cưa được thay đổi để chế tạo các vật liệu có đặc tính khác nhau (ví dụ PA/MC11, PA/MC12).

3.3. Đặc trưng hóa vật liệu qua phân tích SEM và FTIR

Vật liệu sau tổng hợp được đặc trưng hóa bằng các phương pháp phân tích hiện đại. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (phân tích FTIR) được sử dụng để xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức đặc trưng của cả PANI (vòng benzenoid, quinoid, liên kết C-N) và mùn cưa (nhóm -OH, C-O của cellulose). Hình ảnh từ kính hiển vi điện tử quét (phân tích SEM) cho thấy PANI đã bao phủ thành công lên bề mặt các sợi mùn cưa, tạo thành một cấu trúc xốp, dạng sợi với đường kính cỡ nano đến micro (50-200 nm), làm tăng đáng kể diện tích bề mặt hoạt động cho quá trình hấp phụ.

IV. Phương pháp hấp phụ DDD bằng vật liệu composite PANI mùn cưa

Khả năng hấp phụ thuốc trừ sâu clo hữu cơ của vật liệu composite PANI/mùn cưa được đánh giá thông qua các thí nghiệm hấp phụ theo phương pháp gián đoạn (batch adsorption). Dung dịch chứa hợp chất DDD được chuẩn bị bằng cách chiết xuất từ mẫu đất ô nhiễm thực tế hoặc pha từ chất chuẩn trong dung môi phù hợp. Một lượng xác định vật liệu hấp phụ (ví dụ: 0.5g) được cho vào một thể tích dung dịch DDD có nồng độ ban đầu đã biết. Hỗn hợp được khuấy liên tục trên máy khuấy từ để đảm bảo sự tiếp xúc tối đa giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, cho phép hệ nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng. Để xác định các điều kiện hấp phụ tối ưu, một loạt các yếu tố đã được khảo sát, bao gồm: bản chất vật liệu (so sánh giữa mùn cưa, PANI và các composite PANI/mùn cưa với tỷ lệ khác nhau), thời gian tiếp xúc, khối lượng chất hấp phụ và nồng độ DDD ban đầu. Sau một khoảng thời gian xác định, mẫu dung dịch được lấy ra, ly tâm để tách pha rắn, và nồng độ DDD còn lại trong dung dịch được phân tích định lượng bằng hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS). Từ đó, dung lượng hấp phụ và hiệu suất loại bỏ DDD được tính toán, cung cấp cơ sở để đánh giá hiệu quả của vật liệu.

4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Hiệu quả của quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các thông số chính: (1) Bản chất vật liệu: So sánh hiệu quả giữa PANI nguyên chất, mùn cưa và các vật liệu composite PANI/mùn cưa có tỷ lệ khác nhau. (2) Thời gian tiếp xúc: Xác định thời gian cần thiết để hệ đạt trạng thái cân bằng hấp phụ. (3) Khối lượng vật liệu: Tìm ra lượng vật liệu tối ưu để đạt hiệu suất loại bỏ cao. (4) Nồng độ ban đầu: Đánh giá khả năng làm việc của vật liệu ở các mức độ ô nhiễm khác nhau.

4.2. Tìm hiểu động học hấp phụ và cơ chế quá trình

Việc nghiên cứu sự thay đổi nồng độ DDD theo thời gian cho phép tìm hiểu về động học hấp phụ. Tốc độ hấp phụ ban đầu thường rất nhanh do có nhiều vị trí hoạt động trống trên bề mặt vật liệu. Sau đó, tốc độ giảm dần khi các vị trí này bị lấp đầy và quá trình tiến tới trạng thái cân bằng. Cơ chế hấp phụ có thể bao gồm sự kết hợp của nhiều tương tác, như hấp phụ vật lý (lực Van der Waals, tương tác kỵ nước) trên cấu trúc xốp và hấp phụ hóa học (tương tác π-π, liên kết hydro) giữa các vòng thơm của DDD và cấu trúc của PANI/mùn cưa.

4.3. Phân tích nồng độ DDD còn lại bằng phương pháp GC MS

Sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography-Mass Spectrometry - GC-MS) là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ, có độ nhạy và độ chọn lọc cao, được sử dụng để xác định chính xác nồng độ của các hợp chất hữu cơ vi lượng. Sau quá trình hấp phụ, nồng độ DDD còn lại trong dung dịch được đo bằng GC-MS. Dựa trên sự chênh lệch giữa nồng độ ban đầu và nồng độ sau khi hấp phụ, hiệu suất loại bỏ và dung lượng hấp phụ (lượng DDD bị giữ lại trên một đơn vị khối lượng vật liệu) được tính toán, cung cấp dữ liệu định lượng tin cậy để đánh giá hiệu quả của vật liệu.

V. Đánh giá hiệu quả hấp thu DDD của vật liệu PANI mùn cưa

Kết quả thực nghiệm cho thấy vật liệu composite PANI/mùn cưa thể hiện khả năng hấp phụ hợp chất DDD vượt trội so với các vật liệu thành phần là PANI và mùn cưa riêng lẻ. Trong số các vật liệu được tổng hợp, mẫu PA/MC11 (tỷ lệ anilin/mùn cưa là 1/1) cho hiệu suất cao nhất, đạt trên 76% trong điều kiện thí nghiệm. Điều này chứng tỏ sự kết hợp hiệp đồng giữa PANI và mùn cưa đã tạo ra một cấu trúc tối ưu cho việc loại bỏ DDD. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ được xác định là khoảng 40 phút, cho thấy quá trình diễn ra tương đối nhanh chóng. Hiệu suất hấp phụ tăng lên khi tăng khối lượng vật liệu, đạt tới gần 95% với lượng vật liệu phù hợp, tuy nhiên dung lượng hấp phụ (mg/g) lại giảm. Để làm rõ hơn về cơ chế hấp phụ, dữ liệu thực nghiệm được phân tích bằng các mô hình đẳng nhiệt kinh điển. Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo cả hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, với hệ số tương quan (R²) cao (trên 0.9). Mô hình Langmuir cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại (q_max) của vật liệu PA/MC11 đối với tổng DDD có thể đạt tới 5.53 mg/g. Sự phù hợp với cả hai mô hình cho thấy quá trình hấp phụ có thể diễn ra trên cả bề mặt đồng nhất (hấp phụ đơn lớp) và bề mặt không đồng nhất, với sự tham gia của cả cơ chế vật lý và hóa học.

5.1. So sánh dung lượng hấp phụ giữa các tỷ lệ PANI mùn cưa

Kết quả chỉ ra rằng tỷ lệ giữa PANI và mùn cưa ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hấp phụ. Vật liệu composite PANI/mùn cưa cho dung lượng hấp phụ cao hơn hẳn so với mùn cưa và PANI nguyên chất. Cụ thể, vật liệu PA/MC11 (tỷ lệ 1:1) cho thấy hiệu suất loại bỏ DDD tổng cộng là 76.75%, cao hơn PA/MC12 (tỷ lệ 1:2) và PA/MC21 (tỷ lệ 2:1). Điều này cho thấy tỷ lệ 1:1 tạo ra sự cân bằng tối ưu giữa số lượng vị trí hấp phụ hoạt động do PANI cung cấp và cấu trúc nền xốp do mùn cưa mang lại.

5.2. Phân tích mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả quá trình hấp phụ đơn lớp trên một bề mặt đồng nhất. Dữ liệu thực nghiệm của vật liệu PA/MC11 phù hợp tốt với mô hình này (R² > 0.90). Dung lượng hấp phụ cực đại lý thuyết (q_max) được tính toán là 3.31 mg/g đối với o,p’-DDD và 5.53 mg/g đối với tổng DDD. Tham số cân bằng RL có giá trị nằm trong khoảng 0 < RL < 1, cho thấy đây là một quá trình hấp phụ thuận lợi và có tính khả thi cao. Kết quả này chứng tỏ sự hình thành một lớp DDD trên bề mặt vật liệu là một trong những cơ chế chính của quá trình.

5.3. Phân tích mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich thường được áp dụng cho quá trình hấp phụ đa lớp trên các bề mặt không đồng nhất. Dữ liệu cũng cho thấy sự phù hợp cao với mô hình này (R² > 0.99). Hằng số Freundlich n có giá trị trong khoảng 1 < n < 10 (ví dụ, n = 1.447 đối với o,p’-DDD), điều này một lần nữa khẳng định quá trình hấp phụ diễn ra thuận lợi. Sự phù hợp với mô hình Freundlich cho thấy bề mặt của vật liệu composite PANI/mùn cưa có tính không đồng nhất về mặt năng lượng, với nhiều loại vị trí hấp phụ khác nhau, phù hợp với bản chất phức tạp của vật liệu lai.

VI. Tương lai vật liệu PANI mùn cưa trong cải tạo đất ô nhiễm

Nghiên cứu đã chứng minh thành công tiềm năng của vật liệu composite PANI/mùn cưa như một vật liệu hấp phụ giá rẻ và hiệu quả để xử lý DDD, một trong những ô nhiễm tồn lưu (POPs) nguy hiểm. Việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp như mùn cưa không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào mô hình kinh tế tuần hoàn, giảm thiểu chất thải. Vật liệu này cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội: quy trình tổng hợp đơn giản, nguyên liệu sẵn có, hiệu suất hấp phụ cao và khả năng làm việc trong môi trường phức tạp. Các kết quả này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn cho ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực cải tạo đất ô nhiễm. Vật liệu có thể được tích hợp vào các hệ thống xử lý tại chỗ (in-situ) hoặc tại nhà máy (ex-situ) để làm sạch đất nông nghiệp, các khu vực ô nhiễm do kho chứa thuốc trừ sâu cũ. Tuy nhiên, để đưa vào ứng dụng rộng rãi, các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp ở quy mô lớn, đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu, và tiến hành các thử nghiệm trong điều kiện thực địa để xác nhận hiệu quả lâu dài. Hơn nữa, việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hấp phụ và khả năng loại bỏ đồng thời nhiều loại chất ô nhiễm khác cũng là những hướng phát triển quan trọng.

6.1. Ưu điểm của vật liệu hấp phụ giá rẻ từ phế phẩm

Ưu điểm lớn nhất của vật liệu PANI/mùn cưa là chi phí sản xuất thấp. Việc sử dụng mùn cưa, một nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào, giúp giảm đáng kể giá thành nguyên liệu. Quy trình tổng hợp hóa học cũng không đòi hỏi thiết bị phức tạp hay điều kiện vận hành khắc nghiệt. Những yếu tố này làm cho vật liệu trở nên cạnh tranh và có tính khả thi cao để triển khai trên quy mô lớn, đặc biệt là ở các nước đang phát triển nơi có nguồn lực hạn chế cho các công nghệ khử độc môi trường đắt tiền.

6.2. Tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong xử lý ô nhiễm đất

Với hiệu quả đã được chứng minh, vật liệu composite PANI/mùn cưa có tiềm năng ứng dụng trực tiếp trong các dự án cải tạo đất ô nhiễm. Vật liệu có thể được trộn trực tiếp vào lớp đất bề mặt bị ô nhiễm hoặc sử dụng trong các hàng rào thấm phản ứng (permeable reactive barriers) để ngăn chặn sự lan truyền của chất ô nhiễm vào nguồn nước ngầm. Khả năng loại bỏ hiệu quả các thuốc trừ sâu clo hữu cơ giúp phục hồi sức khỏe của đất, đảm bảo an toàn cho sản xuất nông nghiệp và bảo vệ hệ sinh thái.

6.3. Hướng nghiên cứu và phát triển vật liệu trong tương lai

Để phát triển hơn nữa, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào: (1) Nghiên cứu chi tiết hơn về động học hấp phụ để hiểu rõ tốc độ và cơ chế của quá trình. (2) Khảo sát khả năng tái sinh và tái sử dụng vật liệu để tăng tính kinh tế và bền vững. (3) Thử nghiệm vật liệu với các chất ô nhiễm khác thuộc nhóm POPs. (4) Tối ưu hóa quy trình sản xuất ở quy mô pilot và tiến hành các thí nghiệm thực địa để đánh giá hiệu quả trong điều kiện môi trường thực tế, tiến tới thương mại hóa sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đã có rất nhiều các nhà khoa học đã nghiên cứu xử lý đất bị ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP có trong thuốc BVTV mà chúng ta đã sử dụng bằng các hợp chất nhƣ than hoạt tính, sắt nano, mùn cƣa, hay một số vật liệu compozit bằng các phƣơng pháp khác nhau nhƣ: phƣơng pháp điện hóa, phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp trắcquang….Nhƣng hầu hết các phƣơng pháp nàyđƣợc tiến hành đều rất tốn kém, hiệu quả thấp và cần những trang thiết bị hiện đại tính khả thi không cao, khó có khả năng áp dụng vào thực tế đời sống sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất.Vì vậy ngƣời ta đã sử dụng phƣơng pháp hấp phụ với những ƣu điểm riêng của nó nhƣ: đi từ nguyên liệu rẻ tiền, quy trình đơn giản, không đƣa thêm tác nhân độc hại vào môi trƣờng, không độc hại cho con ngƣời và sinh vật, đơn giản, phổ cập, hiệu quả,… Các phụ phẩm nông nghiệpcũng đƣợc nghiên cứu để sử dụng trong việc xử lý thuốc BVTV trong đất vì chúng có ƣu điểm là giá thành rẻ là vật liệu có thể tái tạo đƣợc và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao. Các vật liệu lignocelluloses nhƣ mùn cƣa, xơ dừa, trấu, đã đƣợc nghiên cứu cho thấy khả năng tách các hợp chất hữu cơ khó phân hủy nhờ vào thành phần cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nhƣ cellulose, pectin, lignin các polymer này có thể hấp phụ đƣợc nhiều ion kim loại. Nƣớc ta thuận lợi là hàng năm ngành lâm nghiệp cung cấp một nguyên gỗ vô cùng lớn.

Hàng tháng lƣợng mùn cƣa thải ra từ các nhà máy chế biến gỗ rất lớn. Với mục tiêu tìm kiếm một loại phụ phẩm trong sản xuất có khả năng xử lý hiệu quả POP trong nghiên cứu ban đầu này tôi chọn sản phẩm là mùn cƣa để khảo sát khả năng tách POP của chúng trong môi trƣờng đất. Quá trình biến tính mùn cƣa bằng axit clohidric cũng đƣợc áp dụng để xem xét hiệu quả của nó đối với việc tách POP trong đất. 1 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 Từ những lý do khách quan đó tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mùn cưa hấp thu hợp chất DDD trong dịch chiết đất ô nhiễm”.

Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu hiệu suất hấp thu thuốc BVTV bằng VLHT PANi/mùn cƣa. POP là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy tồn dƣ trong môi trƣờng đất thông qua quá trình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp. Khi nghiên cứu đƣợc quá trình phân hủy của POP bằng VLHP PANi/mùn cƣata có thể áp dụng phân hủy các hợp chất kém bền hơn nhƣ: Phenol, clobenzen (dẫn xuất halogen), ancol, các loại amin, các hợp chất dị vòng… Từ đó có thể tìm ra phƣơng pháp đơn giản hơn để xử lí chất ô nhiễm bảo vệ môi trƣờng. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu về vấn đề ô nhiễm thuốc BVTV.

Dự tính, lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm. Tiến hành lấy mẫu, làm thí nghiêm. Ghi kết quả thu đƣợc. Phân tích, đánh giá kết quả mẫu sau khi làm thí nghiệm bằng máy phân tích… 4.

Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Thuốc bảo vệ thực vật, polyanilin, mùn cƣa 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài hình thành dựa trên phƣơng pháp thu thập tài liệu, phân tích, tiến hành thực nghiệm so sánh… 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu của báo cáo góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phƣơng pháp mới xử lí chất ô nhiễm một cách đơn giản và hiệu quả hơn. 2 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.

Định nghĩa thuốc BVTV[13] Thuốc BVTV là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng, …), 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 (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, thú rừng, nấm, vi khuẩn, rong rêu, cỏ dại, …). Ngoài tác dụng phòng trừ sinh vật gây hại tài nguyên thực vật, thuốc BVTV còn bao gồm cả những chế phẩm có tác dụng điều hoà sinh trƣởng thực vật, các chất làm rụng lá, làm khô cây, giúp cho việc thu hoạch mùa màng bằng cơ giới đƣợc thuận tiện (thu hoạch bông vải, khoai tây bằng máy móc, …). Những chế phẩm có tác dụng xua đuổi hoặc thu hút các loài sinh vật gây hại tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt. Phân loại thuốc BVTV[13] Tuỳ theo công dụng có thể chia thuốc BVTV thành các nhóm sau đây 1.

Thuốc trừ sâu 2. Thuốc trừ bệnh 3. Thuốc trừ cỏ dại 4. Thuốc trừ ốc sên 5.

Thuốc trừ chuột 6. Thuốc trừ nhện hại cây 7. Thuốc trừ tuyến trùng 8. Thuốc trừ động vật hoang dã hại mùa màng 9.

Thuốc trừ cá hại mùa màng 10. Thuốc xông trừ sâu bệnh hại nông sản trong kho 11. Thuốc trừ thân cây mộc 12. Thuốc làm rụng lá cây 13.

Thuốc làm khô cây 3 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 14. Thuốc điều hoà sinh trƣởng cây 15. Thuốc trừ chim hại mùa màng 1. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta[14,21] Việt Nam cũng nhƣ nhiều nƣớc khác đang tồn tại các vấn đề ô nhiễm bởi một số hóa chất BVTV thuộc nhóm POP điển hình là Diclorodiphenyl tricloroetan (DDT).

DDT đã từng đƣợc sử dụng ở Việt Nam với khối lƣợng lớn, chủ yếu dùng làm thuốc trừ sâu và thuốc diệt muỗi. Trong các tỉnh thành ở Việt Nam, Hà Nội là trung tâm về các hoạt động công nghiệp và đô thị, đồng thời cũng tập trung nhiều vùng nông nghiệp ở năm huyện ngoại thành. Nghiên cứu tại Hà Nội của Vũ Đức Thảo và các cộng sự năm 1992, đã phát hiện có sự tồn dƣ ở hàm lƣợng đáng kể trong đất của DDT và các chất biết đổi từ DDT (DDE, DDD). Các sản phẩm biến đổi này có khả năng động hơn và đi kèm với DDT trong các thành phần của môi trƣờng.

Bởi vậy, sinh vật sống thƣờng bị nhiễm độc đồng thời các chất trên Theo cục BVTV, trong giai đoạn 1981-1986, số lƣợng thuốc sử dụng là 6,5-9 nghìn tấn thƣơng phẩm, tăng lên 20-30 nghìn tấn trong giai đoạn 1991-2000 và từ 36-75,8 nghìn tấn trong giai đoạn 2001-2010. Lƣợng hoạt chất tính theo đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3 kg (1981-1986) và lên 1,24-2,54 (2001- 2010). Giá trị nhập khẩu thuốc BVTV cũng tăng nhanh, năm 2008 là 472 triệu USD, năm 2010 là 537 triệu USD. Số loại thuốc đăng ký sử dụng cũng tăng nhanh, trƣớc năm 2000 số hoạt chất là 77, tên thƣơng phẩm là 96, năm 2000 là 197, và 722, đến năm 2011 lên 1202 và 3108.

Nhƣ vậy trong vòng 10 năm gần đây (2000 - 2011) số lƣợng thuốc BVTV sử dụng tăng 2,5 lần, số loại thuốc nhập khẩu tăng khoảng 3,5 lần. Chính việc sử dụng thuốc BVTV tăng nhanh là nguyên nhân gây nên ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng đất ở nƣớc ta.