MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ô nhiễm môi trƣờng đất do hợp chất khó phân hủy POP có trong thuốc BVTV là một vấn đề vô cùng nghêm trọng. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đề xuất nhiều phƣơng pháp xử lí nhƣ sử dụng than hoạt tính, sắt nano. bằng các phƣơng pháp khác nhau nhƣng đều chƣa mang lại đƣợc hiệu quả cao hoặc chi phí đầu tƣ quá cao khiến cho chƣa thể mang những phƣơng pháp đó ứng dụng vào thực tiễn.
Việc nghiên cứu sử dụng các polyme dễ biến tính cùng với các phụ phẩm nông nghiệp đang đƣợc xem nhƣ một giải pháp cho vấn đề xử lí POP do có ƣu điểm là giá thành rẻ, vật liệu có thể tái tạo và có tính hấp phụ và trao đổi ion cao. Các vật liệu lignoxenlulozo nhƣ mùn cƣa, bã mía, trấu, đã đƣợc nghiên cứu cho thấy khả năng tách các kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ khó phân hủy nhờ vào thành phần cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polyme nhƣ xenlulozo, pectin, lignin các polyme này có thể hấp phụ đƣợc nhiều ion kim loại. Với mục tiêu tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp có khả năng xử lý hiệu quả POP trong nghiên cứu ban đầu này tôi chọn sản phẩm là bã mía để khảo sát khả năng tách POP của chúng trong môi trƣờng đất. Quá trình biến tính bã mía cũng đƣợc áp dụng để xem xét hiệu quả của nó đối với việc tách POP trong đất.
Từ những lý do khách quan đó tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi / bã mía hấp thu hợp chất DDD trong dung dịch chất ô nhiễm”. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu hiệu suất hấp thu thuốc BVTV bằng VLHT PANi /bã mía. 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. Do tính chất khó phân hủy, có thể tồn tại hàng chục, thậm chí hàng trăm năm trong đất nên thuốc bảo vệ thực vật nhóm POP có đặc điểm ô nhiễm khác với các loại thuốc mới đƣợc sử dụng gần đây [1,2] 1 Theo Công ƣớc Stockholm, các hợp chất POP đƣợc chia thành 3 nhóm.
Hợp chất DDT đƣợc liệt vào nhóm các hoá chất bị cấm triệt để và cần phải tiêu huỷ,bao gồm 8 loại hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) rất độc hại là Aldrin, Chlordane, Dieldrin, DDT, Endrin, Heptachlor, Mirex, Toxaphene và PCB. Trong đất, DDT có thể bị phân hủy chậm tạo thành DDD và DDE có độ bền tƣơng tự nhƣ DDT. DDD cũng đƣợc sử dụng làm thuốc trừ sâu, còn DDE chỉ tìm thấy ở trong môi trƣờng bị ô nhiễm bởi DDT [1,2]. Trong khuân khổ khóa luận tốt nghiệp, chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu hấp thu hợp chất DDD trong môi trƣờng đất.
Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu về vấn đề ô nhiễm thuốc BVTV và các phƣơng pháp xử lý thuốc BVTV tồn dƣ trong đất và các môi trƣờng khác. Dự tính, lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm. Tiến hành lấy mẫu, làm thí nghiệm. 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, bã mía. 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 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Định nghĩa thuốc BVTV [1] 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, …). Theo qui định tại điều 1, chƣơng 1, điều lệ quản lý thuốc BVTV (ban hành kèm theo Nghị định số 58/2002/NĐ-CP ngày 03/6/2002 của Chính phủ), 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 [3] 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 3 12.
Thuốc làm rụng lá cây 13. Thuốc làm khô cây 14. Thuốc điều hoà sinh trƣởng cây 15. Thuốc trừ chim hại mùa màng Trong các nhóm thuốc BVTV trên đây đƣợc sử dụng phổ biến hơn cả là thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh và thuốc trừ cỏ dại 1.
Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta [4] Thuốc BVTV bắt đầu sử dụng ở miền Bắc vào những năm 1955 và cho đến nay việc sử dụng thuốc BVTV ở nƣớc ta vẫn đang tăng nhanh. Theo kết quả điều tra, khảo sát của Bộ TN&MT năm 2010 đã phát hiện 1153 khu vực ÔNMT do hóa chất BVTV tồn lƣu tại 18 tỉnh, TP, trong đó có 240 khu vực ÔNMT nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng cần phải xử lý dứt điểm đến năm 2015. Tuy nhiên, theo kết quả điều tra của các tỉnh, đến tháng 12/2015 đã phát hiện thêm 326 khu vực môi trƣờng bị ô nhiễm do hóa chất BVTV tồn lƣu trên địa bàn 23 tỉnh, TP trên cả nƣớc. Trong đó, các tỉnh có số lƣợng khu vực bị ô nhiễm nhiều nhất là Hà Tĩnh (113), Quảng Bình (68), Thanh Hóa (34), Quảng Ninh (26)… Nhƣ vậy tình trạng đất ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật nói chung và thuốc BVTV khó phân hủy nói riêng ngày càng là một vấn đề cấp bách ở nƣớc ta.
Nó ảnh hƣởng và tác động nghiêm trọng đến việc sản xuất nông nghiệp cũng nhƣ môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP [5] 1.1 Các biện pháp xử lý trên thế giới 1) Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời). 2) Phá hủy bằng vi sóng Plasma. 3) Oxy hóa bằng không khí ƣớt.
4) Oxy hóa bằng nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy). 5) Phân hủy bằng công nghệ sinh học. Quá trình này dựa trên sự hoạt động của các sinh vật sống (vi khuẩn và nấm) để phân hủy những chất ô nhiễm tới nồng độ thấp hơn ngƣỡng cho phép. Phƣơng pháp 4 này thể hiện những ƣu điểm so với các phƣơng pháp trên là chi phí cho quá trình xử lý thấp hơn và có khả năng phân hủy hoàn toàn chất gây ô nhiễm mà không làm thay đổi kết cấu của môi trƣờng xung quanh.
Tuy nhiên điểm hạn chế tƣơng đối lớn của phƣơng pháp này là ngƣỡng nồng độ xử lý đƣợc tƣơng đối thấp so với các phƣơng pháp khác và thời gian xử lý tƣơng đối dài. 6) Khử bằng hóa chất pha hơi. Bản chất của phản ứng này là tiến hành khử DDT bằng hidro ở nhiệt độ 850o C hoặc cao hơn. Nguồn sản sinh hidro ở đây là nƣớc.
Sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý là metan sau đó sẽ chuyển thành CO2 và HCl. Khí thải sau quá trình xử lí sẽ đƣợc tách bụi và axit. 7) Khử bằng chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian. 8) Oxy hóa muối nóng chảy.
9) Oxy hóa siêu tới hạn và plasma. Quá trình oxy hóa đƣợc tiến hành ở áp xuất 250 atm. Nhiệt độ dao động từ 400 – 500o C sản phẩm chính là CO2, nƣớc, axit hữu cơ và muối. Phƣơng pháp này đã đƣợc cấp phép tại Nhật và Mỹ 10) Sử dụng lò đốt đặc chủng.
11) Lò đốt xi măng.2 Các biện pháp xử lý tại Việt Nam Hiện nay ở nƣớc ta chƣa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy trên. Cho đến nay vẫn sử dụng các công nghệ - Sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi trƣờng – Bộ tƣ lệnh Hoá học), - Sử dụng lò đốt xi măng nhiệt độ cao (Công ty Holchim thí điểm tại Hòn Chông) - Sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh cƣỡng bức (Công ty Môi trƣờng Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp) - Công nghệ phân huỷ sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số đơn vị khác thực hiện). Tuy nhiên các phƣơng pháp trên có nhiều hạn chế: 5 Phải đào xúc vận chuyển khối lƣợng lớn đất tồn dƣ Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn Việc nung đốt trong lò xi măng chƣa khẳng định đã phân hủy hoàn toàn chất độc hại, mà không phát sinh dioxin thải ra môi trƣờng Chi phí đốt quá lớn Yêu cầu công nghệ phù hợp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam vừa có thể triển khai rộng, phù hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trình độ kỹ thuật và quản lý ở trong nƣớc, mà vẫn giữ đƣợc yêu cầu tối quan trọng là không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp nhƣ đioxin, furan hay các chất độc hại khác ra môi trƣờng. Tuy nhiên, cho đến nay chƣa có phƣơng pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế.
Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin [6] 1.1 Nghiên cứu tổng hợp PANi Phƣơng cách tổng hợp có thể phân ra làm hai loại: - Phƣơng pháp điện hóa - Phƣơng pháp hóa học. Phƣơng pháp điện hóa cho polyme ở dạng màng và phƣơng pháp hóa học cho polyme ở dạng bột. Những polyme dẫn điện thông dụng nhƣ polypyrol (PPy), polyanilin (PANi) và polythiophen (PT) có thể đƣợc tổng hợp bằng cả hai phƣơng pháp.1 Phương pháp hóa học Phƣơng pháp polyme hóa anilin theo con đƣờng hóa học đã đƣợc biết đến từ lâu. Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra tính chất dẫn điện của PANi thì việc nghiên cứu các phƣơng pháp tổng hợp đƣợc quan tâm nhiều hơn.