MỞ ĐẦU Trên đất nƣớc ta nói chung và tỉnh Bắc Ninh nói riêng, vào những năm 60 của thế kỷ trƣớc với nền canh tác nông nghiệp tập thể (hợp tác xã) nên có rất nhiều kho thuốc bảo vệ thực vật (gần nhƣ mỗi hợp tác xã nông nghiệp có ít nhất 01 kho thuốc sâu). Các kho thuốc rất khác nhau về quy mô, diện tích, cách bảo quản, thời gian tồn tại và vị trí xây dựng. Do nhận thức và hiểu biết về tác hại của hoá chất bảo vệ thực vật còn thấp nên nhìn chung ở hầu hết các kho thuốc sâu công việc bảo quản rất tuỳ tiện, không đƣợc xây dựng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật đối với kho bảo quản các chất độc hại. Các loại thuốc thƣờng xếp lẫn lộn, không có giá kê, không có chống ẩm, nền kho không đảm bảo khô ráo, nhiều kho mái bị hỏng, mƣa dột.
Mặt khác do khí hậu nƣớc ta nóng, ẩm nên bao bì chóng bị hỏng, rách, nhãn mác bị mờ hoặc mất, thuốc sâu rơi vãi không đƣợc thu gom xử lý mà thấm trực tiếp xuống các nền kho. Từ khi mở cửa cho các thành phần kinh tế phát triển, các cơ sở pha chế, đóng gói, phân phối thuốc sâu cũng đình trệ và nhiều kho đã bỏ hoang. Tuy nhiên, do không quản lý tốt nên thuốc sâu đã ngấm xuống và gây ô nhiễm đất ở các nền kho và khu vực xung quanh làm ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc, hệ sinh thái và gây tác động xấu đến sức khoẻ cộng đồng. Từ thực tế trên, Chính phủ đã có quyết định số 1946/QĐ-TTg ký ngày 21 tháng 10 năm 2010 về việc phê duyệt kế hoạch xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trƣờng do hóa chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trên phạm vi cả nƣớc.
Theo quyết định về kế hoạch của Thủ tƣớng thì có 240 kho thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng và đặc biệt nghiệm trọng, cần phải đƣợc xử lý trƣớc năm 2015. Để xử lý ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật có nhiều các phƣơng pháp nhƣ thiêu huỷ, chôn lấp, cách ly, sử dụng vi sinh kết hợp chôn lấp, hay sử dụng phƣơng pháp hóa học với các chất ôxi hóa hoặc thủy phân để phá vỡ một số liên kết nhất định, chuyển hóa chất có độc tính cao thành chất có độc tính thấp hơn hoặc không độc. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này chỉ thích hợp với xử lý thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã đƣợc thu gom hoặc tồn lƣu tại các kho chứa. Còn đối với trƣờng hợp đất nhiễm thuốc BVTV Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 1 Khoa môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân lại cần một phƣơng pháp và công nghệ phù hợp hơn, trong đó công nghệ sử dụng sắt nano (Fe0 nano) trong việc xử lý ô nhiễm môi trƣờng nhƣ: xử lý nƣớc thải có chứa các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật trong đất và nƣớc đƣợc nhiều các nhà khoa học nƣớc ngoài nghiên cứu [24-27, 30, 31, 33,35,39].
Theo các tài liệu này Fe0 nano hoàn toàn không độc và an toàn với môi trƣờng, việc sử dụng Fe0 nano trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng đạt hiệu quả rất cao, với giá thành hợp lý. Hiện nay, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Fe0 nano để xử lý hoá chất bảo vệ thực vật trong đất bị ô nhiễm ở nƣớc ta mới đƣợc đề cập nghiên cứu. Vì vậy, cần phải có nghiên cứu cụ thể cho việc ứng dụng công nghệ vật liệu Fe0 nano để xử lý hoá chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trong đất tại các kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật. Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano để xử lý diclodiphenyltricloetan (DDT) trong đất ô nhiễm tại kho Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh”.
Đây là công trình nghiên cứu có triển vọng thực tiễn cao, tiếp nhận đƣợc công nghệ tiên tiến, góp phần vào sự nghiệp bảo vệ môi trƣờng và đóng góp một phần cơ sở khoa học cho Ủy ban nhân dân các tỉnh thực hiện quyết định số 1946/QĐ-TTg về việc xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trƣờng do hóa chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trên phạm vi cả nƣớc. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 2 Khoa môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Ý tƣởng ban đầu về công nghệ nano đƣợc đƣa ra bởi nhà vật lý ngƣời Mỹ Richard Feynman vào năm 1959. Nhƣng thuật ngữ ―công nghệ nano‖ mới bắt đầu đƣợc sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trƣờng đại học Tokyo sử dụng [7].
Theo Viện Hàn Lâm Hoàng Gia Anh thì công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô nano mét. Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Theo chƣơng trình nano quốc gia của Mỹ định nghĩa công nghệ nano bao gồm: Nghiên cứu và phát triển công nghệ ở cấp độ phân tử hoặc vi phân tử với kích thƣớc từ 1nm- 100 nm; Tạo ra và sử dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có các đặc tính và chức năng mới do kích thƣớc cực nhỏ; Có khả năng kiểm soát và thao tác ở cấp độ phân tử [14].
Công nghệ nano và khoa học nano đều có chung đối tƣợng là vật liệu nano. Khoa học nano tập trung chủ yếu vào nghiên cứu những tính chất, đặc điểm, các hiện tƣợng ở quy mô nanomet và có thể đƣa ra những đặc điểm khác biệt giữa những vật liệu đó khi ở kích thƣớc nanomet và khi ở kích thƣớc lớn hơn, còn công nghệ nano nghiên cứu cách chế tạo, ứng dụng của vật liệu nano. Khoa học nano cung cấp những thông tin khoa học cơ bản làm cơ sở cho công nghệ nano. Có thể nói rằng khoa học nano nghiên cứu vật liệu nano về mặt lý thuyết còn công nghệ nano là nghiên cứu chế tạo và khả năng ứng dụng của chúng trong thực tiễn.
Các lĩnh vực áp dụng công nghệ nano nhƣ là lĩnh vực y học, môi trƣờng, điện tử. Công nghệ nano thƣờng đƣợc nói đến nhƣ một cuộc cách mạng trong lĩnh cực công nghệ mới. Đặc biệt là lĩnh vực y học và môi trƣờng, các nano có thể là chất dẫn truyền thuốc, là chất xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 3 Khoa môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân 1.
Khái quát về vật liệu nano 1. Về trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau: - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano.
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano, điện tử đƣợc tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano,. - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, hai chiều tự do, ví dụ, màng mỏng,. Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thƣớc nano: - Vật liệu nano kim loại - Vật liệu nano bán dẫn - Vật liệu nano từ tính - Vật liệu nano sinh học 1.
Tính chất của vật liệu nano [7] Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thƣớc chỉ ở cấp độ nano mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề mặt vật liệu nano và tổng diện tích bề mặt của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều so với vật liệu thông Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 4 Khoa môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân thƣờng. Điều này đã làm xuất hiện ở vật liệu nano nhiều đặc tính dị thƣờng, đặc biệt là khả năng xúc tác hấp phụ. Với kích thƣớc nhỏ ở cấp độ phân tử, vật liệu nano xuất hiện ba hiệu ứng chính: hiệu ứng lƣợng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thƣớc.
Hiệu ứng lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lƣợng tử đƣợc trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhƣng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lƣợng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lƣợng tử có thể đƣợc coi nhƣ một đại nguyên tử, nó có các mức năng lƣợng giống nhƣ một nguyên tử. Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thƣớc nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử.
Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thƣớc nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt nhƣ: khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt….của vật liệu nano sẽ lớn hơn nhiều. Điều đó mở ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và nhiều hiệu ứng khác mà các nhà khoa học đang quan tâm, nghiên cứu. Kích thước tới hạn Các vật liệu truyền thống thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi một số các đại lƣợng vật lý, hóa học không đổi nhƣ độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính axit….Tuy nhiên, các đại lƣợng vật lý và hóa học này chỉ bất biến nếu kích thƣớc của vật liệu đủ lớn (thƣờng là lớn hơn 100nm).