1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/Bã mía hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm

Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/Bã mía hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm

Mục tiêu của đề tài là tổng hợp PANi/ Bã mía bằng phương pháp hóa học; hấp thu hợp chất DDT bằng PANi/ Bã mía trong dịch chiết đất ô nhiễm. Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phương pháp mới xử lí chất ô nhiễm một cách đơn giản, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường trong quá trình xử lý thuốc BVTV tồn dư trong đất. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ĐẶNG THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC POLYANILIN - BÃ MÍA HẤP THU HỢP CHẤT DDT TRONG

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 51

Ngày tạo 4/2/2023 7:20:50 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.35 M

Tên tệp

Tải Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ĐẶNG THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC POLYANILIN - BÃ MÍA HẤP THU HỢP CHẤT DDT TRONG DỊCH CHIẾT ĐẤT Ô NHIỄM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu cơ HÀ NỘI, 2017
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ĐẶNG THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC POLYANILIN - BÃ MÍA HẤP THU HỢP CHẤT DDT TRONG DỊCH CHIẾT ĐẤT Ô NHIỄM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu cơ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ThS. Nguyễn Quang Hợp HÀ NỘI, 2017
  3. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo ThS. Nguyễn Quang Hợp đã tận tình hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho e trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn thành khóa luận này. Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa Học, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức và hƣớng dẫn em trong suốt quá trình học tập. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu đƣợc trong suốt quá trình học tập bốn năm qua không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bƣớc vào đời một cách vững chắc và tự tin. Em xin chân thành cảm ơn bạn bè và ngƣời thân đã luôn tạo điều kiện và động viên, khuyến khích em học tập đến ngày hôm nay. Trân trọng! K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  4. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giáo viên hƣớng dẫn thầy giáo ThS. Nguyễn Quang Hợp. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trƣớc đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng, cũng nhƣ kết quả khóa luận của mình. Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2017 Sinh viên Đặng Thị Hiền K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  5. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 2 4. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 2 5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 2 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn........................................................................... 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 3 1.1. Định nghĩa thuốc BVTV [5] .......................................................................... 3 1.2. Phân loại thuốc BVTV [6, 8] ......................................................................... 3 1.2.1. Phân loại dựa trên đối tƣợng sinh vật hại................................................... 3 1.2.2. Phân loại theo gốc hóa học.......................................................................... 4 1.3. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta [5] ................................................ 5 1.4. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP [6, 7] ................................................ 7 1.4.1. Các biện pháp xử lý trên thế giới ................................................................ 7 1.4.2. Các biện pháp xử lý tại Việt Nam ............................................................... 9 1.5. Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin ......................................................... 10 1.5.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi [4] ................................................................. 10 1.5.2 Bã mía và ứng dụng của bã mía ................................................................. 14 1.6. Hấp phụ các chất ô nhiễm [ 1- 3, 9-11] ........................................................ 16 1.6.1. Các khái niệm cơ bản ................................................................................ 16 1.6.2. Quy trình hấp phụ ...................................................................................... 17 1.6.3. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................ 17 1.6.4. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ............................................ 19 K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  6. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ............ 21 2.1. Thực nghiệm................................................................................................. 21 2.1.1. Máy móc và thiết bị................................................................................... 21 2.1.2. Dụng cụ và hóa chất .................................................................................. 21 2.1.3. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................ 21 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 24 2.2.1. Phƣơng pháp chiết rửa thuốc BVTV ra khỏi đất ô nhiễm ........................ 24 2.2.2. Phƣơng pháp hấp phụ các chất ô nhiễm.................................................... 25 2.2.3. Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS ............................................................ 25 2.2.4. Phổ hồng ngoại (IR) .................................................................................. 26 2.2.5. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 26 2.2.6. Phần mềm xử lý số liệu Origin và Excel .................................................. 27 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 28 3.1. Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp thu ............................................................. 28 3.2. Đặc trƣng của bã mía và PANi-BM ............................................................. 28 3.3. Khả năng hấp thu thuốc BVTV của vật liệu ................................................ 32 3.3.1. Ảnh hƣởng của bản chất vật liệu ............................................................... 32 3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian ........................................................................... 33 3.3.3. Ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu........................................................... 34 3.3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu .............................................................. 35 3.4. Nghiên cứu hấp phụ đẳng nhiệt khi thay đổi nồng độ ................................. 36 3.4.1. Mô hình đẳng nhiệt Langmuir .................................................................. 36 3.4.2. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich ................................................................. 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 42 K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  7. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT APS Amoni pesunfat BVTV Bảo vệ thực vật BM Bã mía CV Vòng tuần hoàn đa chu kỳ DDT 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane (Dichrolo Diphenyl Trichroloethane) EPA Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ GCMS Gas Chromatography Mass Spectometry IR Phổ hồng ngoại PANi hoặc PA Polyanilin PANi-BM Polyanilin-bã mía PAH Hợp chất thơm đa vòng PCB Polychlorinated Biphenyls POP Persistent Organic pollutants PPy Polypyrol PT Polythiophen SEM Scanning Electron Microscope VLHT Vật liệu hấp thu WE Điện cực làm việc K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  8. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8 Hình 1.2: Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía Hình 1.3: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Hình 1.4: Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C Hình 1.5: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Hình 1.6: Đồ thị để tìm các hằng số trong phƣơng trình Freundlich Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của bã mía Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của PANi Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của PANi-BM Hình 3.4: Ảnh SEM của bã mía (a), PANi (b) và PANi-BM (c) Hình 3.5: Khả năng hấp thu o, p’-DDT của các vật liệu gốc PANi và bã mía Hình 3.6: Khả năng hấp thu p, p’-DDT của các vật liệu gốc PANi và bã mía Hình 3.7: Khả năng hấp thu chất DDT của các vật liệu PANi và bã mía Hình 3.8: Ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ các hợp chất DDT bằng vật liệu gốc PABM21 Hình 3.9: Ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ DDT tổng bằng vật liệu gốc PABM21 Hình 3.10: Khả năng hấp thu các hợp chất DDT của PABM21 khi thay đổi khối lƣợng của vật liệu hấp phụ Hình 3.11: Khả năng hấp phụ DDT tổng của PABM21 khi thay đổi khối lƣợng của vật liệu hấp phụ Hình 3.12: Ảnh hƣởng của nồng độ chất bị hấp thu ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ o, p’-DDT Hình 3.13: Ảnh hƣởng của nồng độ chất bị hấp thu ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ p, p’-DDT Hình 3.14: Ảnh hƣởng của nồng độ chất bị hấp thu ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của hợp chất DDT Hình 3.15: Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của PABM21 đối với hợp chất o, p’- K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  9. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 DDT Hình 3.16: Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của PABM21 đối với hợp chất p, p’- DDT Hình 3.17: Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của PABM21 đối với DDT tổng Hình 3.18: Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của o, p’-DDT ban đầu Hình 3.19: Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của p, p’-DDT ban đầu Hình 3.20: Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của DDT ban đầu Hình 3.21: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich của PABM21 đối với hợp chất o, p’- DDT Hình 3.22: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich của PABM21 đối với hợp chất p, p’- DDT Hình 3.23: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich của PABM21 đối với hợp chất DDT BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Quy kết các nhóm chức của bã mía Bảng 3.2: Quy kết các nhóm chức của PANi Bảng 3.3: Quy kết các nhóm chức của PANi-BM Bảng 3.4: Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.5: Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Freundlich K39A – SP Hóa Đặng Thị Hiền
  10. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là một nƣớc có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm rất thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp. Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, để nâng cao hiệu quả kinh tế, nâng cao năng suất cây trồng, tăng mùa vụ,… việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) càng ngày càng đóng vai trò quan trọng đối với nền nông nghiệp. Nhƣng việc lạm dụng, sử dụng không đúng cách, hay sự thiếu hiểu biết về việc sử dụng thuốc BVTV gây tác dụng phụ ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái, sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt là ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời. Hiện nay, việc xử lý đất bị ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP có trong thuốc BVTV là vấn đề cấp bách ở Việt Nam cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới. Có rất nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhƣ than hoạt tính, sắt nano, mùn cƣa, hay một số vật liệu compozit. Nhƣng hầu hết các phƣơng pháp này đƣợc 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. Các phụ phẩm nông nghiệp, các vật liệu lignocelluloses nhƣ mùn cƣa, xơ dừa, trấu,… 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 dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao. Với mục tiêu tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp có khả năng xử lý hiệu quả hợp chất DDT dịch chiết đất ô nhiễm, có giá thành rẻ, thân thiện với môi trƣờng trong quá trình xử lý, tôi đã chọn bã mía để khảo sát khả năng hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm. Quá trình biến tính bã mía bằng axit clohidric cũng đƣợc áp dụng để xem xét hiệu quả của nó đối với việc hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm. Chính vì lí do trên tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/Bã mía hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm”. K39A – SP Hóa 1 Đặng Thị Hiền
  11. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 2. Mục đích nghiên cứu Tổng hợp PANi/ Bã mía bằng phƣơng pháp hóa học. Hấp thu hợp chất DDT bằng PANi/ Bã mía trong dịch chiết đất ô nhiễm. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tình hình ô nhiễm thuốc BVTV hiện nay. Nghiên cứu phƣơng pháp tổng hợp PANi/ bã mía bằng phƣơng pháp hóa học. Nghiên cứu hấp thu DDT bằng PANi/ bã mía ở các điều kiện khác nhau nhƣ: thời gian, khối lƣợng vật liệu, nồng độ DDT và các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cho DDT. Phân tích, đánh giá kết quả mẫu nƣớc có chứa các hợp chất DDT đã đƣợc hấp thu. Thực nghiệm đánh giá kết quả và hiệu suất các đề xuất. 4. Đối tƣợng nghiên cứu Thuốc bảo vệ thực vật (các hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm), polyanilin, bã mía. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Đọc và tìm hiểu tài liệu có liên quan tới PANi, bã mía và thuốc BVTV (điển hình là DDT), phƣơng pháp hấp thu chất ô nhiễm môi trƣờng. Sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu hiện đại để đánh giá PANi/ bã mía (IR, SEM,...). Sử dụng phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng các hợp chất DDT (GCMS). Đánh giá, phân tích và xử lý số liệu thu đƣợc bằng các phần mềm thông dụng. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phƣơng pháp mới xử lí chất ô nhiễm một cách đơn giản, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trƣờng trong quá trình xử lý thuốc BVTV tồn dƣ trong đất. Nếu đƣợc nghiên cứu sâu hơn nữa thì kết quả của khóa luận có thể áp dụng triển khai vào thực tế để xử lý tại chỗ các điểm ô nhiễm thuốc BVTV tồn dƣ trong đất với chi phí thấp. K39A – SP Hóa 2 Đặng Thị Hiền
  12. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Định nghĩa thuốc BVTV [5] 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. Ở nhiều nƣớc trên thế giới thuốc BVTV có tên gọi là thuốc trừ dịch hại. Sở dĩ gọi là thuốc trừ dịch hại là vì những sinh vật gây hại cho cây trồng và nông sản (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, nấm, vi khuẩn, cỏ dại, …) có một tên chung là những dịch hại, do vậy những chất dùng để diệt trừ chúng đƣợc gọi là thuốc trừ dịch hại. 1.2. Phân loại thuốc BVTV [6, 8] Thuốc BVTV có thể đƣợc phân loại theo nhiều cách nhƣ: phân loại theo đối tƣợng phòng trừ (thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh, thuốc trừ cỏ dại,...) hoặc phân loại theo gốc hóa học (nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ,..). Các thuốc trừ sâu khác nhau thì độc tính và khả năng gây độc khác nhau. 1.2.1. Phân loại dựa trên đối tượng sinh vật hại 1. Thuốc trừ sâu 2. Thuốc trừ bệnh 3. Thuốc trừ cỏ dại K39A – SP Hóa 3 Đặng Thị Hiền
  13. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 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 14. Thuốc điều hoà sinh trƣởng cây 15. Thuốc trừ chim hại mùa màng 1.2.2. Phân loại theo gốc hóa học - Nhóm thuốc thảo mộc: có độ độc cấp tính cao nhƣng mau phân hủy trong môi trƣờng. - Nhóm clo hữu cơ: DDT, 666,...nhóm này có độ độc cấp tính tƣơng đối thấp nhƣng tồn lƣu lâu trong cơ thể ngƣời, động vật và môi trƣờng, gây độc mãn tính nên nhiều sản phẩm bị cấm hoặc hạn chế sử dụng. - Nhóm lân hữu cơ: Wofatox Bi-58,... độ độc cấp tính của các loại thuốc thuộc nhóm này tƣờng đối cao nhƣng mau phân hủy trong cơ thể ngƣời và môi trƣờng hơn so với nhóm clo hữu cơ. - Nhóm carbamate: Mipcin, Bassa. Sevin,... đây là thuốc dƣợc dùng rộng rãi bởi vì thuốc tƣơng đối rẻ tiền, hiệu lực cao, độ độc cấp tính tƣơng đối cao, khả nâng phân hủy tƣơng tự nhóm lân hữu cơ. - Nhóm Pyrethoide (Cúc tổng hợp): Decis, Sherpa, Sumicidine, nhóm này dễ bay hơi và tƣơng đối mau phân hủy trong môi trƣờng và cơ thể ngƣời. - Các hợp chất Pheromone: Là những hóa chất đặc biệt do vi sinh vật tiết ra để kích thích hành vi của những vi sinh vật khác cùng loài. Các chất điều hòa sinh trƣởng côn trùng (Nomolt, Applaud,...): là những chất đƣợc dùng để biến đổi sự phát triển của côn trùng. Chúng ngăn cản côn trùng biến thái từ tuổi nhỏ sang tuổi lớn hoặc ép buộc chúng phải trƣởng thành từ rất sớm: Rất ít độc với ngƣời vả môi trƣờng. K39A – SP Hóa 4 Đặng Thị Hiền
  14. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 - Nhóm thuốc trừ sâu vi sinh (Dipel, Thuricide, Xentari, NPV,...): Rất ít độc với ngƣời và các sinh vật không phải là dịch hại. - Ngoài ra còn có nhiều chất có nguồn gốc hóa học khác, một số sản phẩm từ dầu mỏ đƣợc làm thuốc trừ sâu. 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. Trong đó các loại thuốc BVTV khó phân hủy (Persistent Organic Pollutant – POPs) là nguy hiểm cho môi trƣờng sinh thái và sức khỏe con ngƣời nhất. Hầu hết các loại thuốc BVTV nhóm POP đã bị cấm sử dụng nhƣ DDT, thuốc trừ sâu 666, tuy nhiên các điểm ô nhiễm POP hiện nay hầu hết là tồn dƣ từ hàng chục năm nay. 1.3. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta [5] 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 tăng nhanh. 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 kg (2001-2010). Chính việc sử dụng thuốc BVTV tăng nhanh là nguyên nhân gây lên ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng đất ở nƣớc ta. Theo thống kê, hiện nay nƣớc ta có khoảng trên 1153 khu vực ô nhiễm nặng thuốc bảo vệ thực vật dạng POP. Theo khảo sát cho thấy tại tỉnh Nghệ An có hàng trăm điểm bị nhiễm, điển hình là Hòn Trơ, Diễn Châu, Kim Liên, Nam Đàn. Đặc biệt là kho thuốc bảo vệ thực vật tại xã Diễn Yên, huyện Diễn Châu và địa điểm Hòn Trơ là một trong 913 điểm tồn lƣu thuốc bảo vệ thực vật trên địa bàn tỉnh tồn tại hàng chục năm nay, kho thuốc đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ảnh hƣởng đời sống dân sinh của ngƣời dân. Theo nghiên cứu của Vũ Đức Thảo và các cộng sự - Trung tâm công nghệ xử lý môi trƣờng, thuộc Bộ Tƣ Lệnh Hóa học, hàm lƣợng DDT trong đất tại Hà Nội các năm 1992 (4 mẫu đất),năm 1995 (8 mẫu đất), năm 1998 (8 mẫu đất) và năm 2001 (8 mẫu đất) lần lƣợt nằm trong khoảng từ 59,7-970,6 ng/g (trung bình 268,27), từ 159,7-940,5 ng/g (trung bình 182,26 ng/g), từ 49,7-870,5 (trung bình 120,36ng/g)và từ 51,7-850,5 (trung bình 103,23ng/g). Các số liệu trên đã chứng tỏ có sự tồn tại dƣ hàm lƣợng DDT K39A – SP Hóa 5 Đặng Thị Hiền
  15. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đáng kể trong đất mà giá trị cho phép của DDT trong đất theo tiêu chuẩn TCVN 5941- 1995 (nồng độ DDT < 100 ng/g) và các chất biến đổi từ DDT ( DDE và DDD). DDE (1,1-diclo-2,2bis(4-clophenyl)eten) và DDD (1,1-diclo-2,2bis(4-clophenyl)etan) là các sản phẩm biến đổi có khả năng độc hơn và thƣờng đi kèm với DDT trong các thành phần của môi trƣờng đất. Qua nghiên cứu đƣợc tiến hành vào năm 2006 (Vũ Đức Toàn thuộc Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Thủy Lợi), với 60 mẫu tại các xã thị trấn, thuộc 5 huyện ngoại thành Sóc Sơn, Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm, Thanh Trì và nội thành Hà Nội. Các mẫu đƣợc lấy ở những khu vực nông nghiệp đồng thời đƣợc lấy ngẫu nhiên tại các khu vực có hoạt động đô thị và hoạt động công nghiệp. Kết quả phân tích cho thấy DDT tổng nằm trong khoảng từ ND đến 171,83ng/g (trung bình 56,68 ng/g). Tuy nhiên, vẫn còn một số mẫu có DDT tổng vƣợt quá ngƣỡng trên. Kết quả phân tích cho thấy trong 8 mẫu thuộc khu vực có hoạt động nông nghiệp của huyện Sóc Sơn, Từ Liêm và Thanh Trì, hàm lƣợng DDT tổng lần lƣợt là 161,84; 163,75; 102,25; 106,76; 164,27, 164,38 và 171,83ng/g. Tại các khu vực khác nhƣ khu công nghiệp, trung tâm Hà Nội và các khu trung tâm của năm huyện ngoại thành, DDT tổng cũng đƣợc tìm thấy và nằm trong khoảng từ ND đến 67,82 ng/g (trung bình 21,22 ng/g). Nhƣ vậy, tồn dƣ của DDT trong đất vẫn ở mức độ đáng kể, ngoài ra DDT còn đƣợc phát hiện thấy tại mặt nƣớc một số hồ, kênh và tại bệnh viện hoặc khu vực dân cƣ trong nội thành Hà Nội là khá cao cụ thể là theo kết quả phân tích năm 1997 của Đặng Đức Nhận và các cộng sự, hàm lƣợng DDT tổng trong trầm tích tại các kênh trong khu vực trung tâm và ngoại thành Hà Nội vào mùa khô, nằm trong khoảng từ 7- 80 ng/g. Đến năm 2000, tiếp tục xác định đƣợc tổng hàm lƣợng POP trung bình trong các mẫu bùn ở Hà Nội vào mùa mƣa là 583 ng/g và giảm đi một nửa vào mùa khô. Đặc biệt hàm lƣợng trung bình của DDT tổng của các mẫy bùn lấy từ kênh rạch gần khu bệnh viện Bạch Mai và Đại La có giá trị 1.300 ng/g. Tại Vĩnh Phúc, theo nghiên cứu thống kê đã công bố, tình trạng ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật xảy ra khá phức tạp ở nhiều vùng trong tỉnh. Kết quả phân tích cho thấy: trong đất trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc nói chung đều dƣ lƣợng thuốc BVTV vƣợt quá mức cho phép từ 10-15%; trong đó huyện Mê Linh vƣợt trên 18%, Yên Lạc, Vĩnh Tƣờng vƣợt trên 20% đặc biệt là thuốc BVTV họ Clo là loại thuốc khó phân hủy, tồn tại rất lâu trong môi trƣờng đất nhƣng đã phát hiện có trong 10 mẫu, chiếm 23,03%... K39A – SP Hóa 6 Đặng Thị Hiền
  16. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 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. 1.4. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP [6, 7] 1.4.1. Các biện pháp xử lý trên thế giới Các nhà khoa học trên thế giới đã cảnh báo rằng cùng với các ô nhiễm nguồn nƣớc, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất cũng là vấn đề đáng báo động hiện nay, đặc biệt trong việc sử dụng nông dƣợc và phân bón hóa học. Ô nhiễm đất không những ảnh hƣởng xấu tới nông nghiệp và chất lƣợng nông sản, mà còn thông qua lƣơng thực, rau quả…ảnh hƣởng gián tiếp tới sức khỏe con ngƣời và động vật. Sử dụng hóa chất BVTV không hợp lí gây ô nhiễm môi trƣờng và mức độ ô nhiễm theo dƣ lƣợng trong đất, nƣớc, không khí. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều biện pháp khác nhau đƣợc nghiên cứu và sử dụng để xử lý các đối tƣợng nhiễm hóa chất BVTV cũng nhƣ tiêu hủy chúng. Những biện pháp đƣợc sử dụng chủ yếu là: 1.4.1.1. Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời) Các phản ứng phân hủy bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt trời thƣờng làm gãy mạch vòng hoặc gãy các mỗi liên kết giữa Clo và Cacbon hoặc nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ và sau đó thay thế nhóm Clo bằng nhóm Phenyl hoặc nhóm Hyđroxyl và giảm độ độc của hoạt chất. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là hiệu suất xử lí cao, chi phí cho xử lí thấp, rác thải an toàn ngoài môi trƣờng. Tuy nhiêm, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không thể áp dụng để xử lí chất ô nhiễm chảy tràn và chất thải rửa có nồng độ đậm đặc. Nếu áp dụng để xử lí ô nhiễm đất thì lớp đất trực tiếp đƣợc tia UV chiếu không dày hơn 5mm. Do đó, khi cần xử lí nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn 5mm thì phƣơng pháp này ít đƣợc sử dụng và đặc biệt trong công nghệ xử lí hiện trƣờng. 1.4.1.2. Phá hủy bằng vi sóng Plasma Phƣơng pháp này đƣợc tiến hành trong thiết bị cấu tạo đăc biệt. Chất hữu cơ đƣợc dẫn qua ống phản ứng, phản ứng ở đây là Detector Plasma sinh ra sự sống phát xạ electron cực ngắn (vi sóng). Sóng phát xạ electron tác dụng vào các phân tử hữu cơ tạo ra nhóm gốc tự dovà sau đó dẫn tới các phản ứng tạo SO2, CO2, HPO43-, Cl2, Br2,...(sản phẩm tọa ra phụ thuộc vào bản chất thuốc bảo vệ thực vật). K39A – SP Hóa 7 Đặng Thị Hiền
  17. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Ví dụ: Malathion bị phá hủy nhƣ sau: Plasma + C10H19OPS2  15 O2 + 10 CO2 + 9 H2O + HPO43- Kết quả thực nghiệm theo phƣơng pháp trên một số loại thuốc BVTV đã phá hủy đến 99% (với tốc độ từ 1,8 đến 3 kg/h). Ƣu điểm của phƣơng pháp này là hiệu suất xử lí cao, thiết bị gọn nhẹ; khí thải khi xử lí an toàn cho môi trƣờng. Tuy nhiên nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là chỉ sử dụng hiệu quả trong pha lỏng và pha khí, chi phí cho xử lí cao, phải đầu tƣ lớn. 1.4.1.3. Oxy hóa bằng không khí ướt Phƣơng pháp này dựa trên cơ chế oxy hóa bằng hỗn hợp không khí và hơi nƣớc ở nhiệt độ cao >3500C và áp suất 150 atm. Kết quả xử lý đạt hiệu quả 95%. Chi phí cho xử lí theo phƣơng pháp này chƣa đƣợc nghiên cứu. 1.4.1.4. Oxy hóa bằng nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy) Phƣơng pháp oxi hóa ở nhiệt độ cao có hai công đoạn chính: Công đoạn 1: Công đoạn tách chất ô nhiễm ra hỗn hợp đất bằng phƣơng pháp hóa hơi chất ô nhiễm. Công đoạn 2: Là công đoạn phá hủy chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao. Dùng nhiệt đọ cao có lƣợng oxi dƣ để oxi hóa các chất ô nhiễm thành CO2, H2O, NOx, P2O5,… Ƣu điểm của phƣơng pháp xử lí nhiệt độ cao là phƣơng pháp tổng hợp vừa tách chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất ô nhiễm, khí thải rất an toàn cho môi trƣờng (khi có hệ thống lọc khí thải). Hiệu suất xử lí tiêu độc cao > 95%; cặn bã tro sau khi xử lí chiếm tỉ lệ nhỏ (0,01%). Hạn chế của phƣơng pháp này là chi phí cho xử lí cao, không áp dụng cho xử lí đất bị ô nhiễm kim loại nặng, cấu trúc đất sau khi xử lí bị phá hủy, khí thải cần phải lọc trƣớc khi thải ra môi trƣờng. 1.4.1.5. 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 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 gay 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. K39A – SP Hóa 8 Đặng Thị Hiền
  18. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 1.4.1.6. Khử bằng hóa chất pha hơi Bản chất của phản ứng này là tiến hành khử DDT bằng hiđro ở nhiệt độ 8500C hoặc cao hơn. Nguồn sản sinh hiđro 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 xẽ đƣợc tách bụi và axit. 1.4.1.7. Biện pháp ozon hóa/UV Ozon hóa kết hợp với chiếu tia cực tím là phƣơng pháp phân hủy các chất thải hữu cơ trong dung dịch hoặc trong dung môi. Kỹ thuật này thƣờng đƣợc áp dụng để xử lý ô nhiễm thuốc trừ sâu ở Mỹ. Phản ứng hóa học để phân hủy hợp chất là: Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O3 CO2 + H2O + các nguyên tố khác Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sử dụng thiết bị gọn nhẹ, chi phí vận hành thấp, chất thải ra môi trƣờng sau khi xử lý ít độc, thời gian phân hủy rất ngắn. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp là chỉ sử dụng có hiệu quả cao trong các pha lỏng, pha khí. Chi phí ban đầu cho xử lý rất lớn. 1.4.1.8. Phương pháp tách chiết Phƣơng pháp này dựa vào việc rửa các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy ra khỏi đất. Quá trình rửa tập trung vào việc di dời các chất hữu cơ khó phân hủy. Quá trình đƣợc tiến hành với một vài loại tác nhân rửa khác nhau. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là đơn giản, dễ sử dụng, chi phí thấp và đạt hiệu quả cao. 1.4.1.9. Oxy hóa siêu tới hạn và plasma Quá trình oxy hóa đƣợc tiến hành ở áp suất 250 atm. Nhiệt độ dao động từ 400 – 5000C sản phẩm chính là CO2, nƣớc, axit hữu cơ và muối. Phƣơng pháp này đã đƣợc cấp phép tại Nhật và Mỹ. 1.4.1.10. Các biện pháp khác Sử dụng lò đốt đặc chủng. Lò đốt xi măng. Oxy hóa muối nóng chảy. Khử bằng chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian. 1.4.2. 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 K39A – SP Hóa 9 Đặng Thị Hiền
  19. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 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: - 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 đioxin 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. 1.5. Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin 1.5.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi [4] Polyanilin (PANi) là một polyme dẫn điện có độ phân cực thấp, có tính ổn định cao trong môi trƣờng không khí, khá bền trong môi trƣờng kiềm và axit. Đặc biệt, PANi là loại vật liệu nhẹ và xốp; dễ tổng hợp bằng cả phƣơng pháp hoá học và điện hoá; dễ pha tạp, biến tính với các phụ gia. Vì vậy, PANi đã đƣợc nhiều nhà khoa học ở các nƣớc trên thế giới nghiên cứu ứng dụng về khả năng hấp phụ ion kim loại nặng và các chất hữu cơ độc hại trong nƣớc thải của bột PANi, góp phần xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Phƣơng pháp điện hóa cho polyme ở dạng màng và phƣơng pháp hóa học cho K39A – SP Hóa 10 Đặng Thị Hiền
  20. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 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. Tổng hợp PANi phối trộn với các chất mang mùn cƣa, mụn dừa, bã mía,... để hấp phụ các chất gây hữu cơ gây ô nhiễm môi trƣờng từ các quá trình sản xuất của nhà máy dệt nhuộm và đặc biệt là hóa chất thuốc BVTV khó phân hủy (POP). Đây là một hƣớng nghiên cứu còn khá mới trên thế giới về vấn đề xử lý thuốc BVTV và ở Việt Nam hiện tại chƣa có nhóm nghiên cứu nào phát triển lĩnh vực này. Trong khóa luận này, chúng tôi giới thiệu phƣơng pháp tổng hợp vật liệu PANi phối trộn với bã mía bằng phƣơng pháp hóa học và kết quả hấp phụ hợp chất DDT bằng vật liệu tổng hợp đƣợc PANi/ bã mía trong dịch chiết đất ô nhiễm. 1.5.1.1. 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. Có thể polyme hóa anilin trong môi trƣờng axit tạo thành polyanilin có cấu tạo cơ bản nhƣ sau: H N N n H polyanilin (PANi) Nguyên tắc của việc tổng hợp PANi theo phƣơng pháp hoá học là sử dụng các chất oxi hoá nhƣ (NH4)2S2O8, Na2S2O8, K2Cr2O7, KMnO4, FeCl3, H2O2... trong môi trƣờng axit. Thế oxi hoá ANi khoảng 0,7 V. Vì vậy, chỉ cần dùng các chất oxi hoá có thế oxi hoá trong khoảng này là có thể oxi hoá đƣợc ANi. Các chất này vừa oxi hoá ANi, PANi, vừa đóng vai trò là chất doping PANi. Trong các chất nói trên thì (NH4)2S2O8 đƣợc quan tâm nhiều hơn vì thế oxi hoá - khử của nó cao, khoảng 2,01 V và PANi tổng hợp bằng chất này có khả năng dẫn điện cao. PANi đƣợc tổng hợp bằng (NH4)2S2O8 có thể thực hiện trong môi trƣờng axit nhƣ HCl, H2SO4. PANi đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp hóa học từ anilin bằng cách sử dụng amoni pesunfat và axit dodecylbenzensunfonic nhƣ một chất oxi hóa và dopant. Quá trình hóa học xảy ra nhƣ sau (hình 1.1). K39A – SP Hóa 11 Đặng Thị Hiền
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược