Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Phát triển phương pháp thụ động phân tích formaldehyde trong không khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

FORMALDEHYDE CONTENT IN THE AIR

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hoá Học

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Trần Thị Kiều Anh

3 Phản biện 1: PGS TS Đinh Văn Phúc 4 Phản biện 2: TS Trần Phước Nhật Uyên 5 Ủy viên: TS Trần Thị Kiều Anh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PGS TS Nguyễn Quang Long PGS TS Nguyễn Quang Long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: HUỲNH THANH BÌNH MSHV: 2171062

Ngày, tháng, năm sinh: 03/11/1999 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hoá Học Mã số: 8520301

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát quy trình lấy mẫu formaldehyde trong không khí bằng phương pháp lấy mẫu thụ động với các chất hấp thụ khác nhau;

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý và phân tích formaldehyde trên máy đo quang phổ UV-Vis;

- Xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke của thiết bị lấy mẫu thụ động và bước đầu đánh giá ô nhiễm không khí do formaldehyde có trong khói nhang gây ra

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Thị Kiều Anh

PGS TS Nguyễn Quang Long

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS Nguyễn Quang Long

LỜI CẢM ƠN

Đã hơn 2 năm trôi qua để em có thể viết tiếp những dòng này, một hành trình với nhiều sự đổi thay rồi tới ngày cũng gần cập bến, dẫu đây chưa phải là đích đến cuối cùng Nhưng với một chặng đường nào sắp đi qua, cảm giác trong em vẫn luôn thanh bình và thật giàu cảm xúc

Để hoàn thành được bài viết này, trước hết em xin dành lời cảm ơn chân thành và cái cúi đầu kính trọng nhất đến Cô Trần Thị Kiều Anh, Cô là người đã trực tiếp định hướng, dạy dỗ, cũng như luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em rất nhiều kể từ khi em còn là cậu học trò ở ngồi giảng đường Đại học Lời cảm ơn đặc biệt em muốn gửi đến tiếp theo là Thầy Đặng Bảo Trung, được gặp Thầy, được là học trò của Thầy có thể là sự thay đổi lớn trong suốt gần 20 năm cắp sách, laptop đến trường; mặc dù khi mỗi lần khi được nói chuyện với Thầy, trong em vẫn còn nhiều nỗi sợ, nỗi sợ do không đạt được kỳ vọng của Thầy, nỗi sợ do những áp lực chính em tạo ra… nhưng với em, tất cả đều là bài học đáng quý để em trưởng thành từng ngày Lời cảm ơn tiếp theo muốn gửi đến Cô Phan Hồng Phương và Thầy Lâm Hoa Hùng, những sự giúp đỡ, những lời động viên của Thầy Cô luôn là liều thuốc tinh thần hữu hiệu để giúp em vượt qua những khó khăn, thử thách Tiếp theo, em muốn gửi lời cảm ơn từ tận đáy lòng đến Cô Đỗ Thị An Sa, những sự hỗ trợ, những lời chỉ bảo, những câu chuyện cùng Cô và cả những bữa ăn là điều em sẽ không bao giờ quên Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Quang Long và tập thể các Thầy, Cô tại Bộ môn Kỹ thuật Hóa lý - Phân tích, Khoa Kỹ thuật Hóa Học nói riêng và các Thầy Cô đã dạy dỗ em tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh nói chung đã luôn dành những sự giúp đỡ và quan tâm đến em trong suốt chặng hành trình qua

Để có được em của ngày hôm nay, em xin gửi lời cảm ơn đến những người Thầy, người Cô đã dạy cho em những nét chữ, những mảnh kiến thức đầu tiên trong suốt 12 năm đèn, sách đầu đời Thầy Cô luôn dành nhiều tình cảm đặc biệt, sự quan tâm, những lời động viên và sự giúp đỡ em và gia đình đến tận bây giờ Dẫu những

bài học của Thầy, Cô em có thể quên, nhưng những khoảnh khắc được gặp gỡ Thầy Cô sẽ vẫn luôn nằm ở một góc trong tim em

Xin cảm ơn những người bạn, những người anh, người chị, người em đã đồng hành với mình trong suốt thời gian qua, chúng ta đã có những tình cảm tốt hết sức đẹp với nhau và mình luôn hy vọng chúng ta hãy luôn trân trọng điều này Cuộc sống này là một chữ duyên, cố gắng nhìn nhau đến lúc về già nhé

Cuối cùng, con muốn dành sự tri ân sâu sắc nhất đến với Gia đình, đặc biệt là Ba Mẹ, những người đã luôn dành những sự hy sinh và tình yêu thương vô bờ bến cho con Chính nhờ sự nuôi dưỡng, giáo dục và ủng hộ của Ba Mẹ đã góp phần giúp con trưởng thành và sống vui vẻ, thanh bình và là một công dân tốt như ngày hôm nay

Với toàn bộ kiến thức đã tích lũy được trong suốt thời gian qua, em đã cố gắng, nỗ lực rất nhiều để có thể hoàn thành đề tài luận văn này, tuy nhiên khó tránh khỏi những thiếu xót và hạn chế Em rất mong nhận được những nhận xét, ý kiến đóng góp từ Quý Thầy Cô để em có thể khắc phục và hoàn thiện mình hơn nữa

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn và kính chúc Quý Thầy Cô đã đồng hành và theo dõi em trong suốt thời gian qua thật nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công Chúc cho những người bạn đã luôn bên cạnh, động viên và giúp đỡ mình gặt hái được nhiều thành công và gặp nhiều may mắn trên con đường phía trước

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 01 năm 2024 Người thực hiện

Huỳnh Thanh Bình

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Formaldehyde trong môi trường không khí trong nhà sẽ được thu thập bằng phương pháp lấy mẫu thụ động sử dụng thiết bị lấy mẫu dạng huy hiệu Willems

(Willems badge) Trong phương pháp này, formaldehyde được giữ lại trên một màng

hấp thụ (màng lọc sợi thủy tinh) đã được tẩm chất hấp thụ thích hợp (sodium bisulfite hoặc pararosaniline hydrochloric đã được acid hóa) dựa trên sự khuếch tán Sau khi lấy mẫu, các màng hấp thụ này sẽ được xử lý bằng cách tạo phức giữa formaldehyde và thuốc thử chromotropic acid hoặc pararosaniline hydrochloric trước khi phân tích trên máy đo quang phổ UV-Vis Cũng trong nghiên cứu này, nhiều khảo sát đã được tiến hành nhằm tìm ra điều kiện tối ưu cho phản ứng tạo phức Nghiên cứu cũng tập trung khảo sát hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ, độ lặp lại, thời gian bảo quản thiết bị trước và sau khi lấy mẫu, cũng như tốc độ lấy mẫu thực nghiệm trong các khoảng thời gian lấy mẫu khác nhau

Với thiết bị lấy mẫu sử dụng màng lọc tẩm chất hấp thụ sodium bisulfite, nồng độ chất hấp thụ tẩm vào màng được chọn là 1% hoặc 5%, quy trình xử lý mẫu và phân tích bằng thuốc thử chromotropic acid 1% trong môi trường chứa khoảng 60% sulfuric acid đặc, nóng Với thiết bị lấy mẫu sử dụng màng lọc tẩm chất hấp thụ pararosaniline hydrochloric đã được acid hóa, quy trình tạo phức đã được khảo sát với việc sử dụng 500 μL dung dịch pararosaniline hydrochloric 6,2 mM (được acid hóa bởi 2,00 mL hydrochloric acid đậm đặc), 500 μL dung dịch sodium sulfite 16 mM trong khoảng thời gian 30 phút Các thiết bị lấy mẫu được tẩm bằng cả hai loại chất hấp thụ đều cho hiệu suất thu hồi cao (đạt trên 90%), thời gian bảo quản trước và sau khi lấy mẫu dài - có thể lên đến từ 10 đến 14 ngày mà không gây ra sai số lớn đối với kết quả phân tích Tốc độ lấy mẫu được xác định bằng cách tiến hành thực nghiệm song song giữa phương pháp lấy mẫu chủ động (phương pháp NIOSH 3500) và phương pháp lấy mẫu thụ động trong điều kiện mô phỏng ở phòng thí nghiệm cho kết quả lần lượt là 8,41 ± 0,80 cm3/phút (với chất hấp thụ sodium bisulfite) và 6,89 ± 0,50 cm3/phút (với chất hấp thụ pararosaniline hydrochloric đã được acid hóa) trong

khoảng thời gian lấy mẫu 1 giờ; 5,80 ± 0,74 cm3/phút (chất hấp thụ sodium bisulfite) trong khoảng thời gian lấy mẫu dài hơn 2 giờ

Phương pháp nghiên cứu cũng đã được ứng dụng trong việc phân tích hàm lượng formaldehyde trong không khí trong nhà sau khi đốt nhang Kết quả phân tích cho thấy nồng độ formaldehyde cao hơn cho phép formaldehyde cho phép trong không khí theo tiêu chuẩn Việt Nam (100 μg/m3) gấp 5 - 76 lần (TCVN 13521:2022).

ABSTRACT

The Willems badge diffusive sampler is used to collect formaldehyde (HCHO) from the indoor air environment With this method, formaldehyde is retained on an absorbent membrane (glass fiber filter) that has been impregnated with an appropriate absorbent (sodium bisulfite or acidified pararosaniline hydrochloric) by diffusion After the sampling duration, these absorbent membranes were processed and HCHO was reacted with either chromotropic acid or pararosaniline hydrochloric reagents before measurements using UV-Vis instrument Numerous investigations have been carried out to achieve optimal conditions for the complex reactions This study also focuses on the effectiveness of sample extraction from the absorbent membranes, repeatability, the device storage time pre-exposure and post-exposure, and the experimental sampling rates at various sampling periods

In the passive sampling method using sodium bisulfite absorbent, 1% or 5% of the absorbent concentration was chosen to be impregnated into the membranes The sample processing and analysis were performed utilizing a 1% chromotropic acid reagent in a solution with roughly 60% hot and concentrated sulfuric acid medium In the passive sampling method using the membrane filter impregnated with an acidified pararosaniline hydrochloric absorbent, the complexation process was examined with 500 μL of 6.2 mM pararosaniline hydrochloric (acidified by 2.00 mL of concentrated hydrochloric acid) and 500 μL of 16 mM sodium sulfite solution in approximately 30 minutes The recovery effectiveness of sampling devices impregnated with both types of absorbents is high (above 90%), and the passive samplers can be stored for pre-exposure and post-exposure for up to 10 to 14 days, which do not significantly affect the analysis results By conducting parallel experiments in simulated laboratory circumstances using the active sampling method (NIOSH Method 3500) and the passive sampling method, the experimental sampling rate was measured, yielding findings of 8.41  0.80 cm3.min-1 with sodium bisulfite absorbent, 6.89  0.50 cm3.min-1 with acidified pararosaniline hydrochloric

absorbent) during a 1-h sampling duration, and 5.80  0.74 cm3.min-1 (sodium bisulfite absorbent) for sample durations longer than 2-h

The studied method was applied for the determination of HCHO in indoor air after burning incense Formaldehyde contains in air were found 5 - 76 times higher the allowable limits of formaldehyde in air according to the Standard of Vietnam

(TCVN 13521:2022)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của Cô TS Trần Thị Kiều Anh

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả

Huỳnh Thanh Bình

2.1.1 Chất lượng không khí trong nhà 4

2.1.2 Tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà 4

2.1.3 Nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà 6

2.1.4 Tác hại của ô nhiễm không khí trong nhà 11

2.2 Tổng quan về formaldehyde 13

2.2.1 Tính chất 13

2.2.2 Nguồn phát sinh 14

2.2.3 Tác động 16

2.2.4 Quy định về nồng độ formaldehyde trong không khí 17

2.3 Các phương pháp lấy mẫu formaldehyde trong không khí 18

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu chủ động (ASM) 18

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu thụ động (PSM) 20

2.4 Các phương pháp phân tích formaldehyde trong không khí 26

2.4.1 Phương pháp quang phổ hấp thu - phân tích bằng thuốc thử CA 26

2.4.2 Phương pháp sắc ký 28

2.5 Kỹ thuật phân tích formaldehyde trong không khí tại Việt Nam 32

2.6 Nội dung nghiên cứu 32

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 36

3.1 Hoá chất và chất chuẩn 36

3.2 Thiết bị và dụng cụ 38

3.2.1 Thiết bị lấy mẫu chủ động 38

3.2.2 Thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems (Willems badge) 40

3.2.3 Máy đo quang phổ UV - Vis 40

3.2.4 Hệ thống tạo dòng khí formaldehyde 40

3.2.5 Các thiết bị và dụng cụ khác 41

3.3 Khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử CA 41

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng sulfuric acid đậm đặc 41

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CA 43

3.3.3 Khảo sát bước sóng đo độ hấp thu thích hợp 44

3.4 Khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử PRA

44

3.4.1 Khảo sát nồng độ PRA thích hợp 44

3.4.2 Khảo sát thể tích hydrochloric acid 45

3.4.3 Khảo sát nồng độ sodium sulfite 46

3.4.4 Khảo sát nhiệt độ tạo phức 47

3.4.5 Khảo sát thời gian tạo phức 47

3.4.6 Khảo sát bước sóng đo độ hấp thu thích hợp 47

3.5 Kỹ thuật phân tích formaldehyde theo phương pháp NIOSH 3500 (phương pháp lấy mẫu chủ động) 47

3.5.1 Quy trình lấy mẫu 47

3.5.2 Quy trình xử lý mẫu và phân tích 48

3.5.3 Xây dựng đường chuẩn và tính toán kết quả 49

3.6 Kỹ thuật phân tích formaldehyde theo phương pháp P-CA 51

3.6.1 Chuẩn bị thiết bị lấy mẫu thụ động 51

3.6.2 Quy trình xử lý mẫu 52

3.6.3 Quy trình phân tích 52

3.6.4 Khảo sát hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ và ảnh hưởng của lượng

sodium bisulfite 53

3.6.5 Xây dựng đường chuẩn 53

3.7 Kỹ thuật phân tích formaldehyde theo phương pháp P-PRA 54

3.7.1 Chuẩn bị thiết bị lấy mẫu thụ động 54

3.7.2 Quy trình xử lý mẫu 55

3.7.3 Quy trình phân tích 55

3.7.4 Khảo sát hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ 56

3.7.5 Xây dựng đường chuẩn 56

3.8 Khảo sát thời gian bảo quản màng hấp thụ 57

3.8.1 Khảo sát thời gian bảo quản trước khi lấy mẫu 58

3.8.2 Khảo sát thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu 58

3.9 Xác định tốc độ lấy mẫu 59

3.9.1 Xác định tốc độ lấy mẫu lý thuyết 59

3.9.2 Xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm 60

3.10 Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp 60

3.10.1 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 61

3.10.2 Xác định độ chính xác 61

3.11 Phân tích mẫu thực 62

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 63

4.1 Kết quả khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử CA 63

4.1.1 Ảnh hưởng của lượng sulfuric acid đậm đặc 64

4.1.2 Ảnh hưởng nồng độ chromotropic acid 64

4.1.3 Bước sóng đo độ hấp thu thích hợp 65

4.2 Kết quả khảo sát phương pháp phân tích formaldehyde bằng thuốc thử PRA 66

4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ PRA 67

4.2.2 Thể tích hydrochloric acid 68

4.2.3 Nồng độ sodium sulfite 69

4.2.4 Nhiệt độ tạo phức 71

4.2.5 Thời gian tạo phức 72

4.2.6 Bước sóng đo độ hấp thu thích hợp 73

4.3 Đường chuẩn của phương pháp lẫy mẫu chủ động 74

4.4 Kết quả khảo sát phương pháp P-CA 75

4.4.1 Hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ 75

4.4.2 Đường chuẩn 75

4.5 Kết quả khảo sát phương pháp P-PRA 76

4.5.1 Hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ 76

4.5.2 Đường chuẩn 77

4.6 Thời gian bảo quản màng hấp thụ 79

4.6.1 Thời gian bảo quản trước khi lấy mẫu (pre-exposure) 79

4.6.2 Thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu (post-exposure) 80

4.7 Kết quả xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm 82

4.7.1 Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-CA (Ke-CA) 82

4.7.2 Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-PRA (Ke-PRA) 85

4.8 Kết quả quy trình đánh giá phương pháp 88

4.8.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 88

4.8.2 Độ chính xác 88

4.9 Kết quả phân tích mẫu thực 89

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 92

5.1 Kết luận 92

5.2 Kiến nghị 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

Phụ lục 4 Phản ứng tạo phức giữa CA và formaldehyde 106

Phụ lục 5 Kết quả xây dựng đường chuẩn 108

Phụ lục 6 Kết quả hiệu suất chiết mẫu từ màng hấp thụ 109

Phụ lục 7 Độ thu hồi chấp nhận theo AOAC 112

Phụ lục 8 Kết quả khảo sát thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu exposure) 113

(post-Phụ lục 9 Kết quả xác định tốc độ lấy mẫu của phương pháp P-CA 114

Phụ lục 10 Kết quả xác định tốc độ lấy mẫu của phương pháp P-PRA 127

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 130

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Các sản phẩm chống muỗi thông dụng 7

Hình 2.2 Nồng độ PM2.5 khi đốt 3 loại nhang muỗi ở 3 điều kiện thông gió khác nhau 8

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của FA 13

Hình 2.4 Các nguồn FA có thể gây ra ô nhiễm không khí trong nhà 15

Hình 2.5 Sơ đồ phương pháp lấy mẫu chủ động 19

Hình 2.6 Các thiết bị được sử dụng trong ASM 19

Hình 2.7 Sơ đồ quá trình khuếch tán ở thiết bị lấy mẫu thụ động 20

Hình 2.8 Một số thiết bị lấy mẫu thụ động 22

Hình 2.9 Sơ đồ quy trình tổng quát 34

Hình 2.10 Sơ đồ quy trình thực nghiệm chi tiết 35

Hình 3.1 Bình hấp thụ được sử dụng trong hệ thống lấy mẫu chủ động 39

Hình 3.2 Cấu tạo thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems 40

Hình 3.3 Hệ thống tạo dòng khí formaldehyde 41

Hình 3.4 Sơ đồ thực nghiệm của hệ thống lấy mẫu chủ động 48

Hình 3.5 Sơ đồ xử lý và phân tích mẫu bằng thuốc thử CA 49

Hình 3.6 Sơ đồ xử lý và phân tích mẫu bằng thuốc thử PRA 56

Hình 4.1 Cơ chế phản ứng giữa CA và FA trong môi trường sulfuric acid 63

Hình 4.2 Ảnh hưởng của thể tích sulfuric acid đậm đặc 64

Hình 4.3 Ảnh hưởng của nồng độ chromotropic acid 65

Hình 4.4 Phổ hấp thu của phức FA-CA trong môi trường H2SO4 đặc, nóng 65

Hình 4.5 Cơ chế phản ứng của FA và PRA đã được acid hóa 66

Hình 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ PRA đến độ hấp thu 67

Hình 4.7 Cấu trúc hoá học của PRA trước khi xảy ra phản ứng tạo phức 68

Hình 4.8 Ảnh hưởng của thể tích hydrochloric acid đến độ hấp thu 69

Hình 4.9 Cấu trúc hoá học của PRA sau khi xảy ra phản ứng tạo phức 70

Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ sodium sulfite đến độ hấp thu 70

Hình 4.11 Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thu 73

Hình 4.12 Phổ hấp thu của phức FA-PRA được acid hóa với sự hiện diện của sodium suilfite 74

Hình 4.13 Đường chuẩn của phương pháp lấy mẫu chủ động 74

Hình 4.14 Đường chuẩn của phương pháp P-CA 76

Hình 4.15 Đường chuẩn của phương pháp P-PRA 78

Hình 4.16 Thời gian lưu mẫu của phương pháp P-CA 81

Hình 4.17 Thời gian lưu mẫu của phương pháp P-PRA 81

Hình 4.18 Mối liên hệ giữa nồng độ và khối lượng formaldehyde của P-CA 83

Hình 4.19 Mối liên hệ giữa nồng độ và khối lượng formaldehyde của P-PRA 85

Hình PL.1 Dãy chuẩn làm việc của phương pháp NIOSH 3500 130

Hình PL.2 Dung dịch phức giữa FA, PRA được acid hóa và Na2SO3 130

Hình PL.3 Hình ảnh lấy mẫu thực tế tại phòng thí nghiệm 131

Hình PL.4 Hình ảnh lấy mẫu thực tế tại hộ gia đình 131

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Mức giới hạn của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà 5

Bảng 2.2 Nguồn phát thải của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà 10

Bảng 2.3 Một số bệnh và rủi ro liên quan đến ô nhiễm không khí trong nhà 12

Bảng 2.4 Tính chất của FA 14

Bảng 2.5 Ngưỡng phát hiện mùi FA của một số người 16

Bảng 2.6 Ảnh hưởng đến đường hô hấp sau khi tiếp xúc cấp tính và ngắn hạn với FA 17

Bảng 2.7 Chuẩn bị dung dịch 2,4-DNPH với nồng độ khác nhau 24

Bảng 2.8 Kết quả tốc độ lấy mẫu (Ke, mL/phút) trong các điều kiện khác nhau 24

Bảng 2.9 Tóm tắt một số phương pháp phân tích FA trong không khí 30

Bảng 3.1 Các hoá chất sử dụng 36

Bảng 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của lượng sulfuric acid đậm đặc 42

Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CA 43

Bảng 3.4 Khảo sát nồng độ PRA 44

Bảng 3.5 Khảo sát thể tích HCl dùng cho phản ứng acid hóa PRA 45

Bảng 3.6 Khảo sát nồng độ sodium sulfite 46

Bảng 3.7 Dãy chuẩn của phương pháp lấy mẫu chủ động 50

Bảng 3.8 Dãy chuẩn của phương pháp P-CA 54

Bảng 3.9 Dãy chuẩn của phương pháp P-PRA 57

Bảng 4.1 Độ hấp thu (A) của dung dịch theo nhiệt độ 71

Bảng 4.2 Kết quả hiệu suất thu hồi FA (R) từ các màng hấp thụ tẩm NaHSO3 75

Bảng 4.3 Kết quả hiệu suất thu hồi FA (R) của các màng hấp thụ tẩm PRA đã được acid hóa 77

Bảng 4.4 Kết quả khảo sát thời gian bảo quản màng hấp thu trước khi lấy mẫu của phương pháp P-CA 79

Bảng 4.5 Thời gian bảo quản trước khi lấy mẫu của phương pháp P-PRA 79

Bảng 4.6 Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke 85

Bảng 4.7 So sánh tốc độ lấy mẫu thực nghiệm 87

Bảng 4.8 Kết quả xác định độ chính xác 88

Bảng 4.9 Kết quả phân tích mẫu thực 90

Bảng PL.1 Kết quả chuẩn độ lại dung dịch formaldehyde gốc 103

Bảng PL.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích sulfuric acid đậm đặc 106

Bảng PL.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ CA 107

Bảng PL.4 Dãy chuẩn làm việc của phương pháp lấy mẫu chủ động 108

Bảng PL.5 Dãy chuẩn làm việc của phương pháp P-CA 108

Bảng PL.6 Dãy chuẩn làm việc của phương pháp P-PRA 109

Bảng PL.7 Kết quả hiệu suất thu hồi FA từ các màng hấp thụ tẩm NaHSO3 - nồng độ 0,10 g FA/mL 109

Bảng PL.8 Kết quả hiệu suất thu hồi FA từ các màng hấp thụ tẩm NaHSO3 - nồng độ 0,99 g FA/mL 110

Bảng PL.9 Kết quả hiệu suất thu hồi của các màng hấp thụ tẩm PRA đã được acid hóa 111

Bảng PL.10 Độ thu hồi chấp nhận ở các nồng độ khác nhau (theo AOAC) 112

Bảng PL.11 Thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu của phương pháp P-CA 113

Bảng PL.12 Thời gian bảo quản sau khi lấy mẫu của phương pháp P-PRA 113

Bảng PL.13 Thời gian lấy mẫu 60 phút 114

Bảng PL.14 Thời gian lấy mẫu 120 phút 116

Bảng PL.15 Thời gian lấy mẫu 240 phút 121

Bảng PL.16 Thời gian lấy mẫu 360 phút 124

Bảng PL.17 Thời gian lấy mẫu 480 phút 126

Bảng PL.18 Thời gian lấy mẫu 60 phút 127

DANH MỤC KÝ HIỆU

K Tốc độ lấy mẫu (Sampling rate)

Kt Tốc độ lấy mẫu lý thuyết (Theoretical sampling rate)

Ke Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm (Experimental sampling rate)

Ke-CA Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-CA Ke-PRA Tốc độ lấy mẫu thực nghiệm của phương pháp P-PRA

Vacid Thể tích sulfuric acid

Vnc Thể tích nước cất

%VH2SO4 Phần trăm thể tích sulfuric acid trong dung dịch phức tạo thành

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ABPs Chất gây ô nhiễm sinh học trong không khí (Airborne Biological

Pollutants)

ASM Phương pháp lấy mẫu chủ động (Active Sampling Method)

AU Đơn vị hấp thu (Absorption units)

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

IAPs Chất gây ô nhiễm không khí trong nhà (Indoor Air Pollutants)

IAQ Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality)

IARC Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế

(International Agency for Research on Cancer)

ISO Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (International Organization for

Standardization)

LDPE Polyethylene có mật độ thấp (Low-density polyethylene)

LOD Giới hạn phát hiện (Limit of Detection)

LOQ Giới hạn định lượng (Limit of Quantification)

LPG Liquefied Petroleum Gas

m/v Tỉ lệ phần trăm khối lượng/thể tích (Mass/volumn)

NIOSH Tiêu chuẩn của Viện An toàn và Sức khoẻ lao động Hoa Kỳ

(National Institute for Occupational Safety and Health)

NTP Chương trình Chất độc Quốc gia của Bộ Y tế và Dịch vụ Hoa Kỳ

(National Toxicology Program of the US Department of Health and Human Services)

OHSA Cơ quan An toàn Nghề nghiệp và Sức khoẻ Hoa Kỳ

(Occupational Safety and Health Administration)

PAHs Hydrocarbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)

PM Bụi (Particulate Matter)

P-CA Phương pháp lấy mẫu thụ động sử dụng các thiết bị được tẩm dung dịch sodium bisulfite

P-PRA Phương pháp lấy mẫu thụ động sử dụng các thiết bị được tẩm dung dịch pararosaniline hydrochloride đã được acid hóa

PRA Pararosaniline hydrochloride

PSM Phương pháp lấy mẫu thụ động (Passive Sampling Method)

QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (Việt Nam)

RSD Độ lệch chuẩn tương đối (Relative Standard Deviation)

SINPHONIE Schools Indoor Pollution and Health Observatory Network in Europe

SVOCs Hợp chất bán bay hơi (Semi-Volatile Organic Compounds)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TWA Nồng độ trung bình cho phép (8-h time-weight average)

UV-Vis Phương pháp quang phổ hấp thu (Ultraviolet-visible spectroscopy)

VOCs Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Compounds)

v/v Tỉ lệ phần trăm thể tích/thể tích (Volumn/volumn)

WCDC Cửa sổ và cửa ra vào đều đóng (Window Closed - Door Closed)

WODC Cửa sổ mở, cửa ra vào đóng (Window Opened - Door Closed)

WODO Cửa sổ và cửa ra vào đều mở (Window Opened - Door Opened)

WHO Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt là tại các khu đô thị, khu công nghiệp không còn chỉ là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu

vực mà đã trở thành vấn đề mang tính toàn cầu Theo Tổ chức Y tế Thế giới (World

Health Organization - WHO), ô nhiễm không khí là nguyên nhân liên quan đến hàng

triệu ca tử vong mỗi năm và được mệnh danh là “kẻ giết người thầm lặng” [1] Trong số các tác nhân gây nên tình trạng ô nhiễm không khí thì các chất gây ô nhiễm không

khí trong nhà (Indoor Air Pollutants - IAPs) giữ vai trò ngày càng quan trọng bởi vì

con người ngày càng dành phần lớn thời gian cho các hoạt động diễn ra trong nhà [2] Trong số các chất gây nên tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà, nhiều chất đã được tập trung nghiên cứu, ít nhất thông qua ô nhiễm không khí xung quanh/ngoài trời Riêng có formaldehyde (FA), phần lớn chỉ tồn tại trong môi trường không khí trong nhà thì lại chưa có hoặc có ít các nghiên cứu chuyên sâu [3, 4], đặc biệt là ở Việt Nam Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, FA là một trong những chất hữu cơ được sử dụng phổ biến; tuy nhiên, với độc tính của mình, nó được phân loại là chất có khả năng gây ung thư cao, cũng như gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người [5] Chính vì vậy, việc xác định được hàm lượng FA trong không khí là điều hết sức cần thiết, từ đó có thể đưa ra các biện pháp nhằm kiểm soát và giảm thiểu các nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường, hướng tới sự phát triển bền vững

Có nhiều phương pháp đã được khuyến nghị để xác định nồng độ FA trong không khí với những ưu, nhược điểm riêng Trong số đó, phương pháp lấy mẫu thụ

động (Passive Sampling Method - PSM) nổi bật với ưu thế là phương pháp lấy đơn

giản, nhỏ gọn với chi phí thấp [6]; kết hợp với phương pháp phân tích bằng UV-Vis, một trong những phương pháp phân tích phổ biến nhất thì đây được xem là một kỹ thuật đầy hứa hẹn để nghiên cứu và phát triển với tiềm năng ứng dụng cao, nhất là ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam

1.2 Mục đích nghiên cứu

Với đề tài “Phát triển phương pháp thụ động phân tích formaldehyde trong

không khí (The development of a passive sampling method for the determination of

formaldehyde content in the air)”, nghiên cứu đã tập trung vào việc:

(1) Khảo sát quy trình phân tích FA trong không khí bằng thiết bị lấy mẫu thụ động

dạng huy hiệu Willems (Willems badge) với các chất hấp thụ thích hợp;

(2) Quy trình xử lý và phân tích mẫu bằng máy đo quang phổ UV-Vis với các thuốc thử, bao gồm: Chromotropic acid (CA) và Pararosaniline hydrochloride (PRA); (3) Xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke của thiết bị lấy mẫu thụ động;

(4) Bước đầu ứng dụng phương pháp trong việc phân tích các mẫu không khí ô nhiễm có chứa FA trong điều kiện phòng thí nghiệm và hộ gia đình

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Formaldehyde trong không khí trong nhà Phạm vi nghiên cứu:

- Địa điểm: Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Hóa Phân tích - Khoa Kỹ thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và hộ gia đình;

- Thời gian: từ ngày 06/02/2023 đến ngày 10/12/2023

1.4 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu thành công sẽ góp phần xây dựng nên một kỹ thuật phân tích (phương pháp lấy mẫu và phương pháp phân tích) cụ thể trong việc xác định nồng độ FA trong không khí trong nhà Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn là tiền đề cho các nghiên cứu sau tiếp nối và phát triển

1.5 Ý nghĩa thực tiễn

Xác định hàm lượng formaldehyde trong không khí trong nhà nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm do formaldehyde gây ra Từ đó, đưa ra các biện pháp nhằm kiểm soát và giảm thiểu các nguy cơ có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về không khí

Không khí được định nghĩa là hỗn hợp các chất khí không màu, không mùi, không vị bao quanh Trái Đất để duy trì và bảo vệ sự sống của con người cũng như toàn bộ sinh vật trên hành tinh này [7]

Ô nhiễm không khí là sự thay đổi trong thành phần của không khí theo chiều hướng xấu đi hoặc có sự xuất hiện của các khí lạ làm cho không khí không còn sạch, toả mùi, gây biến đổi khí hậu và đe doạ sự sống còn trên Trái Đất [8] Các tác động

kết hợp của ô nhiễm không khí xung quanh/ngoài trời (ambient/outdoor air pollution) và ô nhiễm không khí trong nhà (indoor air pollution) là nguyên nhân gây ra khoảng

7 triệu ca tử vong sớm mỗi năm [9] Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây phần lớn tập trung vào việc điều tra tác động của các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh hoặc

trong môi trường công nghiệp, như: nitrogen dioxide, bụi (particulate matter - PM),

ozone… [3] Cho đến gần đây, người ta đã nhận thấy rằng các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà (IAPs) cũng đóng vai trò quan trọng không kém trong việc gây hại sức khoẻ con người [3, 10, 11]

2.1.1 Chất lượng không khí trong nhà

Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality - IAQ) đề cập đến chất

lượng không khí bên trong và xung quanh các toà nhà (chẳng hạn như nhà ở, trường học, văn phòng, bệnh viện và các không gian công cộng khác), có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và sự thoải mái của con người [3, 12] IAQ được xác định bằng giới hạn trạng thái nhiệt ẩm, nồng độ các thành phần ô nhiễm vật lý, ô nhiễm hoá học và ô nhiễm sinh học (vi sinh vật) chứa trong không khí trong nhà [13]

2.1.2 Tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà

Theo hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) [4], nghiên cứu của

SINPHONIE (Schools Indoor Pollution and Health Observatory Network in Europe)

[3] và Tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà Việt Nam (TCVN 13521:2022) [13],

các tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà phổ biến là: bụi (PM2.5 và PM10), chì, carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ozone, các hợp

chất hữu cơ dễ bay hơi (volatile organic compounds - VOCs, như: benzene, FA, naphthalene, tetrachloroethylene), các hydrocarbon thơm đa vòng (polycyclic

aromatic hydrocarbons - PAHs), vi khuẩn, nấm mốc, radon… với mức giới hạn được

khuyến nghị của một số chất như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Mức giới hạn của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà

7 mg/m3 (24 giờ) 35 mg/m3 (1 giờ)

10 mg/m3(9 ppm)

11,5 mg/m3 (24 giờ) 28,6 mg/m3 (1 giờ) Nitrogen dioxide

(NO2)

40 g/m3 (1 năm) 200 g/m3 (1 giờ)

100 g/m3 20 g/m3 (24 giờ) 170 g/m3 (1 giờ)

Bụi PM2.5

10 g/m3 (1 năm) 25 g/m3 (24 giờ)

50 g/m3 Giữ ở mức thấp nhất có thể

Bụi PM10

20 g/m3 (1 năm) 50 g/m3 (24 giờ)

3 (trung bình 30 phút)

100 g/m3(0,08 ppm)

50 g/m3 (8 giờ) 123 g/m3 (1 giờ) Naphthalene

250 g/m3 (trung

(*) Đối với các loại nhà công cộng là trị số trung bình 8 giờ làm việc trong ngày, đối với các loại nhà ở là trị số trung bình 24 giờ trong ngày

2.1.3 Nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà

Các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể bắt nguồn từ bụi, các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh xâm nhập vào trong nhà, cũng như các khí thải từ chính các hoạt động diễn ra trong nhà [2, 9, 15, 16] Những nguồn này có thể bao gồm:

- Các hoạt động sinh hoạt của con người như nấu nướng, dọn dẹp, đốt nhiên liệu, hút thuốc lá, sử dụng thiết bị điều hoà ;

- Khí và hơi từ các vật liệu xây dựng, thiết bị và đồ trang trí nội thất;

- Các chất gây ô nhiễm sinh học như nấm móc, vi rút hoặc các chất có khả năng gây dị ứng

2.1.3.1 Các hoạt động nấu nướng, đốt nhiên liệu:

Phần lớn các hộ gia đình ở khu vực thành thị sử dụng điện, khí đốt tự nhiên hoặc

LPG (liquefied petroleum gas) để nấu ăn cũng như sưởi ấm; trong khi đó, ở nông

thôn, người dân thường sử dụng nhiên liệu sinh khối (bao gồm gỗ, phế phẩm nông nghiệp, phân động vật và than củi) cho các hoạt động này Đây được xem là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà [2, 16]

- Việc rò rỉ/đốt cháy LPG và khí tự nhiên trong quá trình sử dụng tạo ra IAPs, chẳng hạn như: sulfur oxides, hợp chất của thuỷ ngân, bụi, nitrogen oxides (chủ yếu là nitrogen dioxide) [16];

- Quá trình đốt cháy nhiên liệu sinh khối sinh ra nhiều bụi và các chất gây ô nhiễm (như: hạt carbon, sắt, chì, cadmium, silica, phenols, gốc tự do, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, FA, các hợp chất hydrocarbon, PAHs, VOCs…) ở nồng độ cao [16] Theo thống kê, có khoảng 3 tỉ người trên thế giới sử dụng nhiên liệu sinh khối để nấu ăn/sưởi ấm và có khoảng 2 triệu kg sinh khối được đốt mỗi ngày Chỉ tính riêng Trung Quốc đã có khoảng 420 000 ca tử vong/năm do ô nhiễm không khí trong nhà có nguồn gốc từ việc sử dụng nhiên liệu rắn [16, 17]

Ngoài ra, thành phần nguyên liệu và phương pháp chế biến cũng tác động đến mức độ phát thải các hạt vật chất vào không khí, cũng như sinh ra một số IAPs [2] Chẳng hạn như phương pháp chiên/nướng thịt bằng than đóng góp khoảng 21% lượng

hạt vật chất thải ra, dầu được sử dụng trong quá trình nấu nướng thải ra một lượng PAHs đáng kể; điều này góp phần làm tăng mức độ ô nhiễm không khí trong nhà [16]

2.1.3.2 Khói/hơi thuốc lá, nhang muỗi, nến, hương (nhang)

Khói thuốc lá có thể tạo ra một lượng lớn IAPs, bao gồm bụi [2] (chỉ cần đốt một điếu thuốc lá có thể thải ra từ 7 - 25 mg bụi PM2.5 [17]) và khoảng 7357 các hợp chất hoá học khác nhau, có thể kể đến như: benzene, carbon monoxide, PAHs, amin dị

vòng (heterocyclic amine), cyanide, FA, terpenoids, phenols, nicotine, các kim loại

nặng… gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người (kể cả người trực tiếp hút thuốc và người hút thuốc lá thụ động) Thế nhưng, theo thống kê trên phạm vi toàn cầu, có đến khoảng 1,1 tỷ người hút thuốc lá và con số này vẫn đang tăng đều [16] WHO ước tính rằng việc sử dụng thuốc lá là nguyên nhân gây ra khoảng 6 triệu ca tử vong trên toàn thế giới mỗi năm, trong đó có khoảng 600 000 ca tử vong do ảnh hưởng của khói thuốc thụ động [2]

Hình 2.1 Các sản phẩm chống muỗi thông dụng [16]

Việc sử dụng các sản phẩm có chứa các chất hoá học để phòng, chống côn trùng và muỗi cũng là một trong những nguyên nhân chính sinh ra IAPs Theo thống kê,

nhang muỗi (hình 2.1.a) là loại sản phẩm được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất (có

khoảng 2 tỷ người trên thế giới đang sử dụng nhang muỗi để phòng tránh những nguy cơ liên quan đến các bệnh do muỗi truyền) Một khoanh nhang muỗi có thể cháy âm ỉ trong khoảng từ 6 - 7 giờ và đạt hiệu quả cao nhất trong không gian kín Đây là điều kiện thuận lợi để lượng hạt vật chất và PAHs thải ra có thể tương đương việc đốt từ 50 - 100 điếu thuốc lá, nồng độ bụi PM2.5 và carbon monoxide có thể cao lần lượt gấp

2200 lần và 50 lần so với giới hạn cho phép của WHO (hình 2.2) Các sản phẩm xua

muỗi/côn trùng khác như bình xịt, thuốc xịt, nhang ít khói/không khói… (hình 2.1.b)

không tạo ra nhiều các hạt bụi nhưng cũng có thể tạo ra IAPs gây kích ứng niêm mạc đường hô hấp [16]

Hình 2.2 Nồng độ PM2.5 khi đốt 3 loại nhang muỗi ở 3 điều kiện thông gió khác nhau WCDC (window closed - door closed): cửa sổ và cửa ra vào đều đóng; WODC (window opened - door closed): cửa sổ mở, cửa ra vào đóng; WODO

(window opened - door opened): cửa sổ và cửa ra vào đều mở [16, 18]

Đốt nến/hương (nhang)/hương liệu và thắp đèn dầu cũng là một nguồn tạo ra nhiều IAPs (như: bụi PM2.5, bụi PM10, PAHs, benzene, FA, nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide…) [19-21], đặc biệt ở các quốc gia mang đậm bản sắc tôn giáo Họ thường sử dụng các sản phẩm này trong các buổi cầu nguyện hằng ngày, các dịp lễ, tết và các ngày quan trọng Chỉ tính riêng ở Ấn Độ đã có khoảng 3 triệu nơi thời cúng tôn giáo và khoảng 10 triệu cuộc hôn nhân được thực hiện mỗi năm; việc bán hương (nhang) mang lại giá trị kinh tế khoảng 225 triệu USD cho Ấn Độ và con số này vẫn đang tăng trưởng ở mức 10% mỗi năm Ở Trung Quốc, có khoảng 76,9% dân số thắp hương hằng ngày và hơn 90% dân số đã sử dụng hương trong hơn 20 năm [16]

2.1.3.3 Thiết bị điều hòa nhiệt độ

Việc sử dụng các thiết bị điều hoà không khí (gồm các thiết bị sưởi ấm và làm mát) thường xuyên tạo ra môi trường thông gió kém, dẫn đến sự tích tụ các IAPs Bên

cạnh đó, với các thiết bị lâu ngày không được vệ sinh hoặc vệ sinh không đúng cách cũng là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại nấm mốc và vi khuẩn [16] Tuy nhiên, việc thường xuyên mở cửa sổ lại là điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh vào trong nhà, đặc biệt với những ngôi nhà ven đường, nơi có mật độ giao thông đông đúc hoặc gần các công trình xây dựng [16] Động cơ đốt trong từ các phương tiện giao thông là nguồn sản sinh ra nhiều chất gây ô nhiễm không khí như: bụi, carbon monoxide, nitrogen oxides (chủ yếu là nitrogen dioxide), sulfur dioxide, FA, VOCs… [1, 22]

2.1.3.4 Vật liệu xây dựng, thiết bị và đồ trang trí nội thất

Các loại sơn, vecni, đồ trang trí nội thất, vật liệu cách nhiệt là một trong những nguồn thải ra VOCs, nhất là ở những ngôi nhà mới Thêm vào đó, bụi từ vật liệu xây dựng (như: amiăng, gạch và xi măng) cũng làm tăng nồng độ IAPs Việc sử dụng các thiết bị điện tử công nghệ cao (như máy tính, máy tính bảng, iPads, máy in và điện thoại di động) góp phần thải ra lượng ozone đáng kể [16]

Hệ thống ống nước xuống cấp tại những căn hộ cũ kết hợp với điều kiện thời tiết là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các loại nấm, bào tử và một số loại vi khuẩn, chẳng hạn như: Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Penicillium, Streptococcus, Micrococcus, Staphylococcus, Mycobacterium, Nocardia, Strepto… cũng góp phần đáng kể trong việc tạo ra các IAPs [16]

2.1.3.5 Một số nguồn khác

Các chất gây ô nhiễm sinh học trong không khí (Airborne Biological Pollutants

- ABPs) có nguồn gốc từ động - thực vật cũng là nguồn tạo ra IAPs Theo EPA (U.S Environmental Protection Agency), các ABPs có thể đến từ: phấn hoa; mold (một lại

nấm mốc mềm màu xanh, xám hoặc đen phát triển trên thức ăn cũ hoặc trên các vật bị để lâu trong không khí ẩm); virus, vi khuẩn truyền bệnh từ người và động vật; lông, tóc, nước bọt, chất thải từ vật nuôi/côn trùng… [3]

Chất tẩy rửa và các sản phẩm chăm sóc cá nhân cũng là một nguồn phổ biến tạo

ra VOCs và các hợp chất bán bay hơi (semi-volatile organic compounds - SVOCs)

gây ô nhiễm không khí trong nhà [23] Trong một nghiên cứu của Steinemann được tiến hành trên 37 sản phẩm tiêu dùng, đã xác định có tới 156 VOCs khác nhau được tìm thấy, trong đó có 42 hợp chất độc hại/nguy hiểm được phân loại bởi Cục Quản lý

thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (US Food and Drug Administration) [16]

Như vậy, có thể thấy rằng các nguồn tạo ra các chất gây ô nhiễm không khí

trong nhà là rất đang dạng, bảng 2.2 tóm tắt một số nguồn tạo ra các chất gây ô nhiễm

không khí trong nhà phổ biến

Bảng 2.2 Nguồn phát thải của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà [3, 24]

3 Carbon tetrachloride (CCl4)

Vật liệu xây dựng, thuốc trừ sâu, các sản phẩm tẩy rửa

4 FA (HCHO)

Chất kết dính, chất cách điện, sơn, sản phẩm từ gỗ/thạch cao, nhựa, các loại thảm, tấm cách âm, khí thải từ các phương tiện giao thông

5 Nitrogen dioxide (NO2) Sản phẩm của quá trình đốt cháy, khí thải từ các phương tiện giao thông

6 Ozone (O3) Các thiết bị điện hoạt động ở điện áp cao (máy in, máy photocopy), không khí xung quanh

7 Bụi (PM1, PM2.5 và PM10)

Sản phẩm của quá trình đốt nhiên liệu, nến, khói thuốc lá, khói hương (nhang) và sự hình thành acrosol hữu cơ từ một số sản phẩm tiêu dùng

Có thể nói rằng, chất lượng không khí trong nhà đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sức khoẻ con người [10], bởi vì hiện nay thời gian cho các hoạt động trong nhà của con người (như làm việc, học tập, sinh hoạt, giải trí, nghỉ ngơi…) ngày càng kéo dài, đặc biệt là ở các đô thị lớn, mọi người chỉ ra ngoài khi đi lại hoặc tham gia một số hoạt động giải trí ngoài trời [3] Theo thống kê ở Mỹ và các nước châu Âu, người dân trung bình dành khoảng 90% thời gian ở trong nhà [2, 15, 25], nơi nồng độ các chất ô nhiễm có thể cao hơn từ 2 - 5 lần so với nồng độ bình thường ngoài trời [1, 26] Do đó, việc thường xuyên tiếp xúc với không khí có chất lượng kém có thể gây ra nhiều vấn đề sức khoẻ, điển hình là các bệnh liên quan đến đường hô hấp như kích ứng đường hô hấp, viêm phổi, viêm phế quản… [27]

2.1.4 Tác hại của ô nhiễm không khí trong nhà

Các chất gây ô nhiễm không khí nói chung và ô nhiễm không khí trong nhà nói

riêng có thể gây ra nguy cơ nhiễm độc cấp tính (short-term effects) và nhiễm độc mãn tính (long-term effects) đối với sức khoẻ con người Nhiễm độc cấp tính xảy ra sau

một khoảng thời gian tiếp xúc ngắn với IAPs, các triệu chứng có thể bao gồm: kích ứng đường hô hấp, chảy nước mắt, chóng mặt, đau đầu và mệt mỏi Những biểu hiện này dễ khiến ta lầm tưởng với các triệu chứng của cảm lạnh thông thường và chúng dễ biến mất khi người đó di chuyển sang không gian khác/ngoài trời Khi tiếp xúc dài hạn với IAPs, nhiễm độc mãn tính có thể xảy ra sau nhiều năm và nguy cơ dẫn đến các bệnh liên quan đến ung thư, tim và phổi [3]

Theo WHO, ô nhiễm không khí được gọi là “kẻ giết người thầm lặng” (silent

killer) và nó có liên quan đến hàng triệu ca tử vong mỗi năm [1] Năm 2016, có khoảng 3,8 triệu ca tử vong sớm có liên quan đến vấn đề ô nhiễm không khí trong nhà [28]; năm 2020, con số này là khoảng 3,2 triệu người (trong đó có hơn 237 000 ca tử vong ở trẻ em dưới 5 tuổi) [29] Các ảnh hưởng nghiêm trọng đối với sức khoẻ thường thấy liên quan đến ô nhiễm không khí trong nhà bao gồm: bệnh tắc nghẽn phổi mãn tính

(chronic obstructive pulmonary disease), ung thư phổi, giảm chức năng phổi, các

bệnh về đường hô hấp, suy yếu hệ thống miễn dịch, tim mạch và các bệnh về mắt,

thậm chí là các biến chứng ở phụ nữ khi mang thai [24] Một số căn bệnh có nguyên

nhân bắt nguồn từ IAPs được tóm tắt trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Một số bệnh và rủi ro liên quan đến ô nhiễm không khí trong nhà [24]

1 Bệnh về đường hô hấp

Benzene, 1,3-butadiene, carbon monoxide, NOx (hỗn hợp NO và NO2), FA, PAHs, bụi (PM2.5, PM10), sulfur dioxide

2 Hen xuyễn Lông động vật, aldehydes, carbon monoxide, bụi, khói thuốc lá, nấm mốc, nitrogen dioxide, ozone, phấn hoa

3 Viêm phổi Amiăng, benzene, carbon monoxide, FA, nitrogen dioxide, PAHs, bụi (PM2.5, PM10), sulfur dioxide

4 Bệnh lao Vi sinh vật, vi khuẩn, bụi, phấn hoa, khói thuốc lá

5 Giảm chức năng phổi

Amiăng, carbon monoxide, carbon dioxide, NOx, ozone, radon, sulfur dioxide, khói thuốc lá, VOCs

6 Ung thư Amiăng, benzene, 1,3-butadiene, carbon monoxide, NOx, ozone, bụi (PM2.5, PM10), radon, VOCs

7 Bệnh tim mạch Carbon monoxide, carbon dioxide, NOx, ozone, bụi (PM2.5, PM10), radon, sulfur dioxide, khói thuốc lá, VOCs

8 Các bệnh về mắt

Amiăng, carbon monoxide, carbon dioxide, NOx, ozone, sulfur dioxide, VOCs

9 Biến chứng khi mang thai

Carbon monoxide, carbon dioxide, khói thuốc lá, NOx, ozone, bụi, radon, sulfur dioxide, VOCs

10 Hội chứng bệnh văn phòng

Chất gây dị ứng, amiăng, vi khuẩn, carbon monoxide, carbon dioxide, bào tử nấm, NOx, ozone, bụi, sulfur dioxide, VOCs

Tóm lại, các tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể đến từ nhiều

nguồn khác nhau và chúng đều có khả năng gây hại cho sức khỏe, ngay cả khi ở nồng độ thấp Trong số đó, phần lớn các chất đã được nghiên cứu từ sớm (cả về độc tính, giới hạn phơi nhiễm, phương pháp xác định, v.v ) thông qua việc đánh giá ô nhiễm không khí xung quanh Tuy nhiên, một số chất chỉ hiện diện trong môi trường không khí trong nhà lại chưa được tập trung nghiên cứu nhiều Do đó, trong bài viết này, nghiên cứu tập trung vào FA, một trong những chất gây ô nhiễm không khí trong nhà phổ biến và có các tác động nghiêm trọng đến sức khỏe con người nhưng vẫn đang được sử dụng rộng rãi ngày nay [30-35]

2.2 Tổng quan về formaldehyde

2.2.1 Tính chất

Formaldehyde (FA, tên gọi khác: methanal, methyl aldehyde hay methyl oxide; công thức phân tử: CH2O hay HCHO; công thức cấu tạo: hình 2.3) là một hợp chất hữu cơ đơn giản nhất thuộc nhóm aldehyde Ở nhiệt độ phòng, FA là một chất khí không màu, có mùi khó chịu, khả năng tham gia phản ứng cao và rất dễ cháy [4, 36-39]

với các tính chất hoá học và vật lý đặc trưng như trong bảng 2.4

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của FA [36]

Nhìn chung, FA dễ tan trong nước tạo thành dung dịch formalin (formol), tan được trong ethanol, chloroform và có thể trộn lẫn với acetone, benzen hay diethylether [4] Hoá chất thương mại formalin chứa từ 35 - 40% (thường là 37%) FA trong nước, với sản lượng đạt khoảng 20 triệu tấn mỗi năm trên toàn thế giới [30] và con số này vẫn đang tiếp tục gia tăng cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghiệp sản xuất [40]

Bảng 2.4 Tính chất của FA [4, 30, 36]

1 Áp suất hơi tương đối (ở 25C, Pa) 5,19  105

3 Hệ số phân bố riêng octanol/nước (log Kow) 0,35

5 Khối lượng riêng (FA lỏng, ở −20C, g/cm3) 0,8153

- Công nghiệp dệt: sản xuất các loại tơ nhân tạo, thuộc da, vải… giúp tăng độ bền màu, chống nhăn, bảo quản vải;

- Công nghiệp mỹ phẩm: FA thường có trong các loại sơn móng tay, chất làm cứng móng tay, thuốc duỗi tóc, dầu gội đầu, đồ trang điểm;

- Công nghiệp xây dựng, đồ trang trí nội thất: FA được tìm thấy trong một số

loại gỗ tự nhiên và nhiều loại gỗ nhân tạo (như: ván dăm (partical board), ván ép

(plywood), ván sợi mật độ cao (high-density fiber board), ván sợi mật độ trung bình (medium-density fiber board)), chất kết dính trong thảm, vật liệu cách nhiệt bằng urea

FA (urea FA foam insulation)…;

- Phụ gia thực phẩm: FA đóng vai trò như là một chất phụ gia trong quá trình sản xuất các loại thực phẩm như: bánh phở, bún, hủ tiếu, đậu phụ… giúp thực phẩm lâu ôi thiu, kéo dài thời gian bảo quản;

- Sản xuất nhựa, chất dẻo: formalin làm dung môi để chế tạo các loại nhựa như nhựa urea-FA, nhựa phenol-FA… Trong ngành công nghiệp ô tô, các loại nhựa này được sử dụng để chế tạo má phanh, bộ phận truyền động và một số bộ phận khác ở phần thân ô tô;

- Ngoài ra, các sản phẩm tẩy rửa gia dụng, chất khử trùng, thuốc diệt côn trùng, sơn, keo dán, chất kết dính… cũng chứa một lượng FA nhất định

Nhìn chung, các nguồn phơi nhiễm FA có thể đến từ không khí xung quanh,

không khí trong nhà và được tóm tắt như hình 2.4 Trong đó, mức ô nhiễm FA cao

nhất được phát hiện là trong môi trường không khí trong nhà với các nguồn phát thải chính đến từ vật liệu xây dựng, vật liệu cách nhiệt, các sản phẩm từ gỗ, đồ trang trí nội thất, các loại vải chống nhăn, thiết bị điện tử (như máy in laser, máy photocopy), quá trình đốt nhiên liệu, nến (hương), khói thuốc lá, v.v… [30, 38]

Hình 2.4 Các nguồn FA có thể gây ra ô nhiễm không khí trong nhà [38]

2.2.3 Tác động

Formaldehyde là một chất gây kích ứng mạnh, có độc tính cao và có thể xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau như: da, mắt, chế độ ăn uống nhưng chủ yếu vẫn bằng con đường hô hấp [36, 38] Mức độ phơi nhiễm và tác động của FA đối với cơ thể con người phụ thuộc vào liều lượng, thời gian tiếp xúc và môi trường làm việc [43] Nhìn chung, những người khoẻ mạnh dễ dàng nhận thấy mùi khó chịu của FA trong không khí ở mức từ 0,2 - 0,4 mg/m3, một số người nhạy cảm có thể phát hiện ở nồng độ khoảng 0,1 mg/m3 và ngưỡng phát hiện này có thể phụ thuộc vào điều

kiện sống, sinh hoạt của mỗi con người (bảng 2.5) [4]

Bảng 2.5 Ngưỡng phát hiện mùi FA của một số người [4]

Nghiên cứu Nồng độ phát hiện (mg/m3) Đối tượng nghiên cứu

Berglund & Nordin

0,068 22 người không hút thuốc lá 0,116 22 người hút thuốc lá

Các nghiên cứu chỉ ra rằng việc phơi nhiễm FA có thể gây ra các vấn đề với hệ thần kinh, hệ miễn dịch và sinh sản; dẫn đến các nguy cơ bệnh lý, gây ung thư và thậm chí tử vong [38, 44] Ở nồng độ thấp, khi vào cơ thể qua đường hô hấp, khoảng 90% FA được hấp thụ và nhanh chóng chuyển quá thành formate ở đường hô hấp trên, có thể gây khó chịu, kích ứng đường hô hấp, cổ họng và mắt, gây chóng mặt, nhức đầu và mệt mỏi Trường hợp tiếp xúc cấp tính và ngắn hạn với FA (nồng độ từ 0,10 - 0,37 mg/m3) có thể gây ra một số vấn đề sức khoẻ được trình bày như trong

bảng 2.6 [3, 4]

Khi tiếp xúc với FA ở nồng độ cao, ngoài các triệu chứng như kích ứng mắt và đường hô hấp, cơ thể còn có các phản ứng như ho, sặc, khó thở, tức ngực; thậm chí khi các niêm mạc bị kích ứng quá mạnh, nguy cơ dẫn đến hoại thư, dễ bị nhiễm trùng, v.v… [44] Trường hợp tiếp xúc mãn tính (dài hạn) có thể gây ra sự quá mẫn cảm với

FA, là nguyên nhân thúc đẩy sự phát triển của bệnh hen suyễn, viêm phế quản mãn tính và khí thũng phổi, nguy cơ dẫn đến ung thư [35] FA gây ra mối lo ngại về nguy cơ gây ung thư và nhiễm độc mãn tính cao [5], được WHO phân loại là chất có khả năng gây ung thư thuộc nhóm 1 [45] Chương trình Chất độc Quốc gia của Bộ Y tế và

Dịch vụ Hoa Kỳ (National Toxicology Program of the US Department of Health and

Human Services - NTP) và Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (International Agency for Research on Cancer - IARC) cũng nhận định rằng, FA là chất có khả năng

gây ung thư vòm họng, ung thư xoang mũi, ung thư phổi, bệnh bạch cầu, gây kích ứng và tổn thương mắt, mũi, họng và các mô khi tiếp xúc, giảm chức năng phổi, bất thường về tế bào máu, nguy cơ gây sẩy thai và sinh con nhẹ cân [3]

Bảng 2.6 Ảnh hưởng đến đường hô hấp sau khi tiếp xúc cấp tính và ngắn hạn với

FA [4]

Thời gian (phút) Các ảnh hưởng sức khoẻ

30 - 90 Không hoặc ít ảnh hưởng đến chức năng phổi; có thể gây nghẹt mũi

120 Sưng niêm mạc mũi, gây khó chịu ở người bị nghẹt mũi 150 Giảm 1 - 1,5% chức năng phổi

240 Gây kích ứng mắt, tăng số lần chớp mắt

2.2.4 Quy định về nồng độ formaldehyde trong không khí

Các tổ chức, quốc gia trên thế giới có những tiêu chuẩn, quy định khác nhau về giới hạn cho phép của FA trong không khí Theo đó:

- Tổ chức Y tế Thế giới giới hạn nồng độ trung bình trong khoảng thời gian tiếp xúc 30 phút là 100 g/m3 (81,5 ppb) [4] (1 g/m3 = 0,815 ppb ở 293K, 1013 mbar) [30];

- Cơ quan An toàn Nghề nghiệp và Sức khoẻ Hoa Kỳ (Occupational Safety and

Health Administration - OSHA) quy định giới hạn phơi nhiễm ngắn hạn (short-time

exposure limit) là không vượt quá 2 ppm (trong khoảng 15 phút) và nồng độ trung

bình cho phép (8-h time-weight average - TWA) là không vượt quá 0,75 ppm [3]

- Tiêu chuẩn của Viện An toàn và Sức khoẻ lao động Hoa Kỳ (National Institute

for Occupational Safety and Health - NIOSH) khuyến nghị giới hạn phơi nhiễm ngắn

hạn trong 15 phút là 0,1 ppm và nồng độ trung bình trong 10 giờ là 0,016 ppm [36]; - Chính phủ Canada giới hạn nồng độ phơi nhiễm ngắn hạn trong vòng 1 giờ là 123 g/m3 (100 ppb) và nồng độ phơi nhiễm dài hạn trong vòng 8 giờ là 50 g/m3(40 ppb) [3]

Tại Việt Nam, theo Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam (TCVN 13521:2022): Nhà

ở và nhà công cộng - Các thông số chất lượng không khí trong nhà quy định giới hạn

được chấp nhận với các loại nhà công cộng (trị số trung bình 8 giờ làm việc trong ngày) và các loại nhà ở (trung bình 24 giờ trong ngày) là 100 g/m3

2.3 Các phương pháp lấy mẫu formaldehyde trong không khí

Việc phân tích FA trong không khí bao gồm 2 giai đoạn: lấy mẫu và phân tích bằng thiết bị quang phổ hấp thu UV/Vis hay sắc ký Phần này đề cập đến các phương pháp lấy mẫu phổ biến để xác định nồng độ formaldehyde trong không khí

Lấy mẫu là giai đoạn rất quan trọng, mẫu được lấy phải có tính đại diện, không bị nhiễm bẩn và có độ tin cậy cao Ngày nay, nhiều phương pháp lấy mẫu đã được nghiên cứu và phát triển để xác định nồng độ FA trong không khí [3] Trong đó, hai

phương pháp phổ biến thường được đề cập là phương pháp lấy mẫu chủ động (active

sampling method - ASM) và phương pháp lấy mẫu thụ động (passive sampling method - PSM) [4] Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm nổi bật nhưng cũng phụ thuộc nhiều vào thiết bị, dụng cụ và điều kiện lấy mẫu

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu chủ động (ASM)

Lấy mẫu chủ động là phương pháp lấy mẫu tiêu chuẩn để xác định hàm lượng FA trong không khí, được đề xuất bởi các cơ quan/tổ chức có uy tín như: International Organization for Standardization (ISO), the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam (TCVN) Phương pháp này sử dụng bơm để hút không khí có chứa chất ô nhiễm (formaldehyde) vào các bình hấp thụ