Chương 1 - Tổng quan: Giới thiệu chung về các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POPs), trong đó của 2 hợp chất được thực hiện nghiên cứu trong luận án là lindan va DDT; giới thiệu chung về vật liệu nano nhôm hydroxit, chat hoat động bề mặt SDS, CTAB và phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu biến tính bằng chất hoạt động bề mặt. - Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm: Trình bày về hóa chất, dụng cụ thí nghiệm, các phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm. - Chương 3 - Kết quả và thảo luận: Trình bày chỉ tiết các kết quả nghiên cứu đạt được của luận án, va thảo luận cu thé các kết quả này. - Kết luận: Tóm tắt các kết quả chính đạt được của luận án, tính mới của luận án.
- Danh mục các công trình công bó. - Tài liệu tham khảo. Tong quan về các hợp chat 6 nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs) 1. Giới thiệu chung về các hợp chất POPs 1.
Các loại thuốc bảo vệ thực vật Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) là các hóa chất hoặc các chất sinh học được sử dụng để tiêu điệt hoặc kiểm soát sâu bệnh. Các hóa chất này có thể do nhân tạo, hoặc có trong tự nhiên là dẫn xuất thực vật hoặc khoáng chất vô cơ tự nhiên, và thường được chia làm ba nhóm chính: thuốc diệt sâu bọ, thuốc diệt nắm và thuốc diệt cỏ. Thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Khoảng 80% thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng trong nông nghiệp di chuyền trong môi trường băng phương pháp bay hơi, chảy tràn, thấm thấu, di chuyền theo chuỗi thực phẩm,.
Mặc dù các thuốc trừ sâu cơ clo (Organic Chlorinated Pesticide — OCP) đã bị cắm sử dung ở nhiều quốc gia, dư lượng các hợp chất này vẫn tồn tại và gây ra tác động nghiêm trọng đến môi trường và hệ sinh thái [17]. Thuốc bảo vệ thực vật có thé được phân loại theo dịch hại cần kiểm soát (thuốc diệt cỏ, thuốc diệt khuẩn, thuốc diệt nam, thuốc trừ sâu, và thuốc diệt chuột). Các nhóm của thuốc bảo vệ thực vật hữu cơ bao gồm cơ clo, cơ photpho, axetamit, cacbamat, triazol va triazin, neonicotinoit va pyrethroid [55]. Nhiều thuốc bảo vệ thực vật quan trọng đã được đưa vào danh sách các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy POPs.
Những loại thuốc bảo vệ thực vật tồn tại lâu trong môi trường và có hệ số phân chia octanol/nước cao khiến chúng có thé tổn tại trong mô giàu lipid của sinh vật và tích lũy sinh học lâu dài có thể gây ung thư. Một số chất dễ bay hơi được phát tán trong không khí đến những vị trí gây ô nhiễm môi trường. Vì các vấn đề về sức khỏe và môi trường, các hợp chất OCP không được phép sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Các đặc tính hóa học và vật lý của thuốc bảo vệ thực vật rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến quá trình ứng dụng, hiệu quả và khả năng khắc phục tại chỗ.
Chúng bao gồm thành phan hóa học, cau trúc hóa học, tinh dé bay hơi (nhiệt độ nóng chảy, điểm sôi, áp suất hơi, hằng số Henry), thời gian bán hủy trong môi trường ứng 15 dụng, hệ số phân chia octanol/nước (Kow), hệ số hấp phụ dat (Kd) và độ khuếch tán trong cả không khí và nước. Các hợp chất POPs Các hợp chất POPs là những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ tự nhiên (tạo thành do hoạt động của núi lửa hoặc cháy rừng) hoặc nhân tạo (được tạo ra do các hoạt động công nghiệp của con người). Các hợp chất POPs bền trong môi trường, khó bị phân hủy bởi các quá trình quang hóa, hóa học và sinh học. Các hợp chất POPs có khả năng tích tụ sinh học qua chuỗi thức ăn, lưu trữ trong thời gian dài, có khả năng phát tán xa từ các nguồn phát thải và tác động xấu đến sức khỏe con người va hệ sinh thái [62].
Do liên kết cacbon — clo rất bền vững với quá trình thủy phân và càng nhiều nhóm chức clo thì càng khó bị phân hủy sinh học và phân hủy quang hóa. Ở nồng độ thấp, các hợp chất POPs trong môi trường được vận chuyền trong môi trường nước và khí quyên ở khoảng cách khá xa đo đặc tính bán bay hơi của chúng [52]. Nhìn chung, các hợp chất POPs có thể được chia thành hai loại, đó là các hợp chất POPs hình thành có chủ định và không chủ định. Những hợp chất POP tạo thành có chủ định là sản phẩm mong muốn bởi các phản ứng hóa học khác nhau, có sự tham gia của nguyên tổ clo.
Những chat này là các phân tử hữu cơ liên kết với các nguyên tử clo, tính ưa mỡ, độc tính thần kinh cao, và chúng được gọi là các hợp chất organochlorine (OC). Ví dụ về OC là các loại thuốc trừ sâu clo hóa, chăng hạn như DDT và polychlorinated biphenyls (PCBs). Những chất này có thể được chia thành hai loại là hóa chất công nghiệp và thuốc trừ sâu cơ clo (OCP) [35, 42]. Trong số các loại hóa chất BVTV hữu cơ khó phân hủy, DDT được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất, tiếp đến là lindan và chỉ thấy một số ít các loại hóa chất khác như aldrin, dieldrin,.
Sự phân bố các hợp chất POPs trong môi trường Các hợp chất POPs phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, giao thông, chúng có thể phân bố vào đất, nước, không khí, sau đó đi vào chuỗi thức ăn và tích tụ lại trong cơ thé động vật va con người theo mô hình tại Hình 1. 16 Không khí Phát tán chất ———* en © 6 nhiém di xa - Hơi nước; Nước - Mưa; - Tuyết; - Các hạt ran Hình 1.1: Sự phân bố của các hợp chất POPs trong các thành phan môi trường Do nhiều các hợp chất POPs không phân cực và có độ bay hơi thấp hoặc trung bình nên chúng dé dàng di chuyền trong cả môi trường nước và không khí. Các hợp chất POPs vận chuyền vào môi trường theo các cách sau [86]: - Bay hơi hòa tan trong hơi nước hoặc bị hấp phụ vào các hạt lơ lửng trong không khí; - Hòa tan vào nước hoặc hấp phụ vào các hạt lơ lửng trong nước sông, hồ, đại dương; - Tập trung trong các mô của chim di cư và động vật. Ô nhiễm nước sông và các hồ nước ngọt bởi các hợp chất POPs bị ảnh hưởng rất lớn bởi chế độ thủy văn và sự có mặt của các hạt rắn lơ lửng.
Thông thường sau mưa bão hoặc ngập lụt, mức độ ô nhiễm cao được ghi nhận do các hạt ran lo lửng tăng cao. Nồng độ các hợp chất POPs trong các sông và hồ thường cao ở các nước đang phát triển. Vi dụ, DDT và các đồng phân, và một số HCH ở nồng độ lên tới 0,1 mg/L là những chất thường được tìm thấy nhất trong các mẫu nước mặt. Theo chu trình tuần hoàn, các hợp chất POPs, cụ thé là hóa chất bảo vệ thực vật ton tại trong môi trường đất sẽ rò rỉ ra sông ngòi theo các mạch nước ngầm hay do quá trình rửa trôi, xói mòn khiến hóa chất BVTV phát tán ra môi trường nước.
Mặt khác, khi sử 17 dụng thuốc BVTV, nước có thé bị ô nhiễm nặng nề do con người đồ hóa chất tồn dư, chai lọ chứa hóa chất, nước súc rửa xuống thủy vực, điều này đặc biệt nghiêm trọng khi các nông trường, vườn tược lớn năm kề sông bị phun thuốc xuống ao hồ. Hóa chất BVTV đi vào môi trường nước thông qua nhiều cách khác nhau như cuốn trôi từ những cánh đồng có phun thuốc trừ sâu, hoặc do đồ hóa chất BVTV thừa sau khi đã sử dụng, phun thuốc trực tiếp xuống những ruộng lúa nước để trừ cỏ, trừ sâu bệnh [86]. Nước biển là nơi tiếp nhận cuối cùng của các nguồn 6 nhiễm thông qua các dòng hải lưu, các chất ô nhiễm được vận chuyền trên toàn cầu. Nhìn chung, hàm lượng các chat ô nhiễm ở vùng nước biển ven bờ lớn hon ở vùng xa bờ do bi ô nhiễm bởi các dòng thải từ hoạt động xả nước thải, đặc biệt là nước thải công nghiệp và nước sông ngòi, trong khi các nguồn gây ô nhiễm ở vùng biển xa bờ chủ yéu do sự lắng đọng của không khí.
Sự hiện diện của các hóa chất ky nước bên trong nước biển rất quan trọng do khả năng tích tụ sinh học thông qua lưới thức ăn. Nồng độ cao của DDT trong vùng nước biển ven bờ được ghi nhận ở Nam Mĩ. DDT và HCH trong nước biên ven bờ được ghi nhận dao động trong khoảng từ hàng chục đến hang trăm mg/L [86]. Các hợp chat POPs tồn tại dưới dang hoi trong khí quyền hoặc liên kết với bề mặt của các hạt bụi.
Rất nhiều các hợp chất POPs có khả năng bay hơi và thăng hoa, ngay cả hóa chất có khả năng bay hoi ít như DDT cũng có thé bay hơi vào không khí, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nóng 4m, DDT có thé vận chuyén dén những noi khoảng cách xa. Các hợp chat này được tích tụ trên mặt đất thông qua quá trình lắng đọng của các hạt bụi hoặc thông qua mưa. Đất là nơi tích tụ các hợp chất hữu cơ không phân cực và phân cực. Hàm lượng của các hợp chat này thay đổi từ không thé phát hiện được ở một số vị trí đến lên tới hàng trăm mg/kg.
Hàm lượng HCH cũng thay đôi trong phạm vi rộng phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn ô nhiễm. Tram tích là nơi tích tụ các thuốc trừ sâu cơ clo it tan trong nước. Hàm lượng lớn nhất của DDT lên tới hàng ngàn mg/kg được tìm thấy trong tram tích tại các sông ở An Độ [86]. 18 Các mô của chim và động vật di cư thường chứa các chất ô nhiễm với nồng độ cao do khả năng tích lũy sinh học cao.
Đề tránh điều kiện thời tiết khắc nghiệt, chim và các động vật di cư từ Bắc xuống Nam và ngược lại. Mặc dù, lượng chất ô nhiễm trong các mô không cao nhưng hậu quả có thê là đáng kể, đặc biệt là đối với các sinh vật sống tiêu thụ chim và động vật di cư, ví dụ như các thợ săn bắn và săn chim. Thông thường những nơi các loài chim đi qua, ví dụ tại Bắc cực, chúng sẽ để lại các hợp chất ô nhiễm đã được tích tụ trong cơ thé [86]. Liều lượng và độc tính của các hợp chất POPs Độc tính của các hợp chất POPs, đặc biệt là các OCPs được quan tâm do tính bền vững trong môi trường và dé dàng phát tán, phân bồ trong các môi trường khác nhau.