LỜI CẢM ƠN
Khĩa luận với đề tài: “Wghiên cứu xử lý đất 6 nhiễm thuốc BVTV khĩ
phân hủy (POPs) bằng phương pháp chiết nước với phụ gia QH2” được
thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, dưới sự động viên, khích lệ của các thầy cơ, bạn bè và gia đình
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cơ trong khoa Hĩa học đã đào tạo và trang bị cho em những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện khĩa luận này Đồng thời, em xin bày tỏ lịng cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những
người đã động viên, khuyến khích, tạo mọi điều kiện để em cĩ thể thực hiện
khĩa luận thành cơng
Đặc biệt, em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Dương Quang Huấn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện khĩa
luận
Trong quá trình thực hiện khĩa luận, em khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, kính mong các thầy cơ và các bạn nhiệt tình đĩng gĩp ý kiến để đề tài của em được hồn thiện hơn nữa
Trang 2Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát MỤC LỤC Mở đầu 1 Lí do chọn để tài cs-sSt SE EEkEEESEEEEEEEE1111711211111121111 111 Exk, 1 V0 ối(0:6i3)ni/9i 0i 8 3
3 Nhiệm vụ nghiÊn CỨU + + s93 1v vn nh nh ngư 3
4 Ý nghĩa khoa học và thực tiỄn -¿- 2c 5£ 2x22 EEEEEEEErrrrrrkrerreee 3
CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN - 6k SE EEEEKEEEEEEEEEEEkErkerkererrerkee 5
1.1 Các chất bảo vệ thực vật khĩ phân hủy (POP) . - 5 1.1.1 Định nghĩa 5 5c se cxsserserrereeeee 5 1.1.2 Các nhĩm thuốc BVTV . c¿©c-cccsce+ 5
1.2 Nhĩm chất thuốc BVTV hữu cơ khĩ phân hủy POP - 1.2.1 Đặc điểm hĩa học của POP - set SEeEEtSEEEEeEEEvEkerkerresresrke 8
1.2.2 Đặc điểm, tính chất của một số chất gây ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân I1 8 1.2.2.1 DDT (diclodiphenyltriCÏO€faT)) - - << << sEeekeeeseeeeeese 8 IV ;(0:1( 2c 00v 1 10 1.2.2.3 ca 11 I2 PC na na 12 I5 con - 12 1.2.2.6 H€p(aACÌO - SG TT HT HH HT nh nàn Hàn nh cưng 13 110 U nh 13 1.2.2.8 Thuốc diệt cỏ 2,4 D -.cccccEEkrtthHHHHrrrreriee 14 1.2.2.9 Polychlorinatedbiphenyls (PCBs) «555 sssesserseeseesrs 15 II bNA(bc nga 16
1.3 Tác hại sự cần thiết phải xử lý phân hủy . c-©ccccccccccxs 16 1.3.1 Đối với mơi trường - + ©+<+©+x+EEE+EEESEEEEEEEEE1E 1.1.1 crrrrrei l6
Trang 3
1.3.2 POPs và sức khỏe con ØưỜII - «+ sex vssxeeeeersereeeeevre 17
1.4 Chính sách của nhà nƯỚC . 2 55232 3+2 E*£EE+EEEEEEEEEeeeerrrseeescee 18
1.5 Phương pháp xử lý phục hồi dat 6 nhiễm POP + 19
1.5.1 Phan huy bang tia cuc tim (UV) hoac bang ánh sáng mat troi 20 1.5.2 Pha hity bang vi s6ng Plasma .c.cccscsesssessssssesssssessseessesssesseesseeeseees 20
1.5.3 Biện pháp ozon hĩa/LUJV .- - + xxx 1k1 HH HH TH 21
1.5.4 Biện pháp oxi hĩa bằng khơng khí ướt -. : ¿e2 +2 21 1.5.5 Biện pháp oxi hĩa ở nhiỆt đỘ CaO - 555 St ssersrrekeree 21
1.5.6 Biện pháp xử lý tồn dư HCBVTV bằng phân hủy sinh học 22 1.5.7 Phương pháp tách chiết . s+©ce+cvxevcrxevrrecee 24
1.6 Thực trạng ơ nhiễm thuốc BVTV POP ở nước ta 24
1.7 Kết luận về tỔng quan . -2- 2+ ©<+2+<+EEE+EEEvEEEvEEErEkrerkrrrkrree 2Ĩ
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1 Đối tượng nghiên cứu 27
2.2 Tìm hiểu về chất hoạt động bề mặt . ¿- ¿+2 ++ez+cxeecrxee 27 2.2.1 Đặc điỂm .-2 ©2+c 22x EE1E0271102711121112711E 1.112.111 eCeerve 27 2.2.2 PAN 1Odk cc ecseessssescssessssessssesssecsssessssecsssesssssessssessusessuccssssessecsssecesseeeseeesses 28 2.2.3 Ứng Quing cceecceeccccssesssesssesssesssesssesssesssesssesssesssessuesssesssesseeessesseeseeeseeseees 28 2.2.4 Cách tính HLB của một chất HĐBM 2 5Sc+cecEeEEerkeerxeee 29 VN ii 380i) 0 0u 0 30 2.3.1 Phương pháp tách chiẾt 2-2 ©<+2+<+EEt+EEEEEEEEEEvEEEerkrrrkrrrkrrek 30 2.3.1.1 Các phương pháp tách - -s-sscsstssxeeereerserrrrrrrrrerrrrerree 31 2.3.1.2 Đặc điểm của phương pháp chiẾt -2- 2c©cxc+cxe+zxcrxecrx 31
2.3.2 Phurong phap Sc KY sccccsessssessssessssessssesssssssssscssssesssscsssscsseccssecesscessecesses 32
VN), 88h 6 -.<AädHB.,H),HH 32
2.3.2.2 Nguyén tac Cla SAC KY eecsescssessssessssessssessssecssusesssccssecessecsssecesseeesecesses 32
2.3.2.3 Phan loai cac phuong phap SAC kY .ccccescsescsesssesssesssessseesseesseesseesseees 32
Trang 4
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát 2.3.3 Sắc ký lớp mỏng (thinlayer chromatography) . -.-: -+ 33 2.3.4 Sắc ký giấy (paper chromatographry) -¿ s¿©cee©cxeccrxesrreee 33 2.3.5 Sắc ký CỘ( 2s 2s H1 TH HH HH Hàn He HH ray 34 2.4 Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm - + 35
2.4.1 Hĩa chất, vật tư và thiết bị csc©csxvccxeerkkrerkkrerkrrrrkrerrrrerrvee 35 2.4.1.1 Hĩa chất và Vật tưr - c2 E111 91111211 11111211 Exrrk 35 ph 2n nh hố 35 2.4.2 An tồn thực nghiỆm - + 51t 33193 9v 9 9 vn ng ren 35 2.4.3 Thực nghiỆm .- 5 << 1 3191 1 91v HH ng nh nghi 36 2.4.3.1 Chuẩn bị hĩa chất và chất phụ gia 36 2.4.3.2 Các bước tiến hành 36 2.4.3.2.1 Thí nghiệm thử -cccccc-: 36
2.4.3.2.2 Tiến hành thí nghiệm với mẫu nước trắng 36
2.4.3.2.3 Tiến hành thí nghiệm với chất phụ gia QH2-15% .37
2.4.3.2.4 Tiến hành thí nghiệm với thuốc thử QH2-20% .- - 38
2.4.3.2.5 Tiến hành thí nghiệm với thuốc thử QH2-25% .- 38
2.4.3.2.6 Tiến hành thí nghiệm với thuốc thử QH2-30% .- 38
2.4.3.2.7 Tiến hành thí nghiệm với thuốc thử QH2-35% .- 38
CHƯƠNG 3 KÉT QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
3.1 Phân tích hàm lượng POP tổng trong mẫu đất -: < 39 3.2 Chiết rửa bằng dung mơi nước với phụ gia QH2 15 - 35% 39
3.2.1 Số lần chiết và tỉ lệ phụ gia QH2 2 ©c2c+evcrxeerreecrre 40 3.2.1.1 Chiết lần 1 . -c2-©25+222+E2E k2 E212 cEerrke 40 3.2.1.2 Chiết lần 2 -¿-22cc ke L2 12212171121112111211121110.1 1xx 41 k?n noi 6n hố (“(-%+£AHgH HH , 42
3.2.2 Các hợp phần chiết được và ảnh hưởng của điều kiện rửa 43 3.2.2.1 Hợp phần DDE - 2-2 ©+©EE+EEEEEEE2E1122112211 2111 crreee 43
Trang 5
3.2.2.2 Hợp phần DDD 2-2 ©2++©E<+EEEEEEE2E1122112211211 121.1 crreee 44 3.2.2.3 Hợp phần op-DIDT -2-©+++2+++E+22EE22EE271E27112711271e271eerxeee 44
3.2.2.4 Tổng lượng DDT chiết rửa được . -¿-ccc+cxcvcxevrxeerseee 45
3.2.3 So sánh ái lực của phụ gia với từng hợp phần DDE, DDD và op-DDT 45
3.2.3.1 So sánh ái lực của phụ gia với hợp phần DDE -. - 45
3.2.3.2 So sánh ái lực của phụ gia với hợp phần DDD -: 46
3.2.3.3 So sánh ái lực của phụ gia với hợp phần opDDT 47
3.2.3.4 So sánh ái lực của phụ gia với hợp phần DDT tổng 47
Trang 6Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát DANH MỤC CÁC TU VIET TAT POP BVTV TBVTV HCBVTV NĐTĐCP KHCN UBND TN&MT HDBM HHBM HLB
: Persistent Oraganic Pollutant
: Bao vé thuc vat
: Thuốc bảo vệ thực vật
: Hĩa chất bảo vệ thực vật
: Nồng độ tối đa cho phép : Khoa học cơng nghệ : Ủy ban nhân dân
Trang 71 Lí do chọn đề tài
Việt Nam là nước sản xuất nơng nghiệp, khí hậu nhiệt đới nĩng và âm của Việt Nam thuận lợi cho sự phát triển của cây trồng nhưng cũng thuận lợi cho sự phát sinh, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại gây hại mùa màng Để đáp
ứng nhu cầu ngày càng tăng do việc bùng nỗ dân số, cùng với xu hướng đơ thị hĩa và cơng nghiệp hĩa ngày càng mạnh, con người chỉ cịn một cách duy nhất là: thâm canh để tăng sản lượng cây trồng Khi thâm canh cây trồng, một hau qua tat yếu khơng thé tránh được là gây mắt cân bằng sinh thái, kéo theo
sự phá hoại của dịch hại ngày càng tăng Do vậy, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) để phịng trừ sâu hại, dịch bệnh bảo vệ mùa màng, giữ vững
an ninh lương thực quốc gia là một biện pháp quan trọng và chủ yếu Cùng với phân bĩn hĩa học, thuốc BVTV là yếu tố rất quan trọng để đảm bảo an ninh lương thực cho lồi người
Theo thống kê sơ bộ, Việt Nam đã và đang sử dụng khoảng 300 loại
thuốc trừ sâu, 200 loại thuốc trừ bệnh, gần 150 loại thuốc trừ cỏ, 6 loại thuốc
diệt chuột và 23 loại thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng khác nhau gọi chung là hĩa chất BVTV Phần lớn, các hĩa chất BVTV nĩi trên cĩ nguồn
gốc hữu cơ (hợp chất cơ - clo), trong đĩ cĩ một số loại thuộc nhĩm cĩ độc
tính cao đối với mơi trường và sức khỏe, khĩ phân hủy, nằm trong danh mục các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy (POP§s) trong Cơng ước Stockhom
tháng 5/2001 Việt Nam là nước chịu thiệt hại nặng nề từ ảnh hưởng của các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy POPs Theo khảo sát, hiện cả nước vẫn cịn tới 1.140 tấn thuốc BVTV POPs cần tiêu hủy Một cuộc khảo sát kiểm kê
các khu tồn lưu hĩa chất BVTV POP trong khuơn khổ dự án "xây dựng năng
lực nhằm loại bỏ hĩa chất BVTV POPs tồn lưu tại Viêt Nam" cho thấy, tại 25
Trang 8
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
tỉnh dự kiến hoặc được biết là cĩ lượng tồn dư lớn, đã tìm thấy 70 tấn hĩa chất BVTV POPs tồn lưu trên mặt đất và ước tính là 150 tấn trên cả nước
Tuy nhiên, điều đáng lo ngại hơn cả là số tồn dư hĩa chất BVTV đã được tìm thấy ở các điểm chơn lắp lẫn với đất trên cả nước với số lượng ước tính lên tới 1.140 tấn Theo đánh giá, các điểm chơn lấp đáng lo ngại hơn nhiều so với các nguồn tồn lưu trên mặt đất vì chúng cĩ quy mơ lớn hơn và ít được kiểm sốt hơn Các điểm chơn lấp này thực sự đang gây nguy hiểm cho sức khỏe con người Mặt khác, trong khi các nguồn tồn lưu trên mặt đất được biết đến, thì hồ sơ về nguồn tồn lưu chơn lấp thường khơng đầy đủ và nhiều khi thất lạc hồn tồn Kết quả là đã khơng ít nơng dân sử dụng khu vực đất đĩ để làm vườn, thậm chí dựng nhà ngay trên đĩ
Việc sử dụng thuốc BVTV ngồi mặt tích cực là tiêu diệt các sinh vật
gây hại mùa màng, thuốc BVTV cịn gây nhiều hậu quả nghiêm trọng như: phá vỡ cân bằng hệ sinh thái đồng ruộng, gây ơ nhiễm nguồn nước, ơ nhiễm mơi trường sống và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng và cả cho người sản xuất Đứng trước thực trạng ơ nhiễm mơi trường do hĩa chất BVTV trong ngành nơng nghiệp hiện nay cần cĩ một biện pháp xử lý hĩa chất BVTV tồn lưu trong đất
Với mục đích làm hạn chế ảnh hưởng của hĩa chất BVTV với mơi
trường và con người, em đã chọn đề tài: "Nghiên cứu xử lý đất ơ nhiễm
thuốc BVTV khĩ phân húy (POPs) bằng phương pháp chiết nước với phụ gia QH2" Dé tài thành cơng sẽ mở ra một hướng đi mới cho nền kinh tế của
Việt Nam đi lên, hơn nữa đây cịn là một phương pháp thân thiện với mơi trường gĩp phần bảo vệ sức khỏe con người và bảo vệ mơi trường, xây dựng
một mơi trường xanh, sạch, đẹp
Trang 9
2 Mục đích nghiên cứu
+ Xử lý đất nhiễm hĩa chất bảo vệ thực vật POP cịn tồn lưu trong đất, làm sạch đất ở những nơi bị nhiễm thuốc bảo vệ thực vật
+ Tìm ra phương pháp tối ưu đề loại bỏ thuốc bảo vệ thực vật trong đất với mức chi phí thấp mà lại đạt hiệu quả cao
+ Quá trình khử thuốc bảo vệ thực vật đảm bảo an tồn, khơng phát tán chất độc, khơng phát sinh chất độc hại thứ cấp, khơng gây hại tới mơi trường
+ Dung mơi dùng đề khử thuốc bảo vệ thực vật cĩ thể tái tạo sử dụng
+ Các thiết bị, máy mĩc đơn giản, dễ sử dụng phù hợp với điều kiện
thực tế của Việt Nam
3 Nhiệm vụ nghiên cứu
+ Nghiên cứu, tham khảo các tài liệu về vấn đề ơ nhiễm thuốc BVTV, các
loại HCBVTV và các phương pháp xử lý thuốc BVTV cịn ton dư trong dat + Khảo sát hiện trạng ơ nhiễm, lấy mẫu đất nghiên cứu đem phân tích
để tìm ra các loại thuốc BVTV cĩ trong đất, khoanh vùng đất bị ơ nhiễm, đánh giá mức độ, phạm vi ơ nhiễm tại các điểm đã phát hiện dat bi 6 nhiễm
thuốc BVTV
+ Tách rửa đất ơ nhiễm thuốc BVTV cĩ trong đất bằng phương pháp chiết nước với chất phụ gia QH2 ở các nồng độ khác nhau
+ Phân tích, đánh giá kết quả mẫu nước sau khi đã xử lý với chất phụ gia QH2
4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Qua quá trình nghiên cứu của bài tiểu luận đã làm cơ sở khoa học để
giúp ta đánh giá khả năng xử lý đất bị ơ nhiễm thuốc BVTV bằng việc sử
dụng thêm chất phụ gia, từ đĩ giúp ta tìm ra chất phụ gia thích hợp và thân thiện với mơi trường
Trang 10
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
Ta cĩ thê áp dụng phương pháp nghiên cứu trong khĩa luận triển khai vào thực tế để xử lý tại chỗ các điểm bị ơ nhiễm thuốc BVTV tồn đư trong
đất voi chi phí thấp và đạt hiệu quả tốt
Trang 11
CHUONG 1 TONG QUAN
1.1 Các chất bảo vệ thực vật khĩ phân hủy (POPs) ([1], [5], [17], [18Ù 1.1.1 Định nghĩa
Thuốc BVTV là những hợp chất hố học (vơ cơ, hữu cơ), những chế
phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng,
), những chất cĩ nguồn gốc thực vật, động vật, được sử dụng để bảo vệ cây
trồng và nơng sản, chống lại sự phá hại của những sinh vật gây hại (cơn trùng,
nhện, tuyến trùng, chuột, chim, thú rừng, nắm, vi khuẩn, rong rêu, cỏ đại, .)
Theo quy định tại điều 1, chương 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), ngồi tác dụng phịng trừ sinh vật gây hại tài nguyên thực vật, thuốc BVTV cịn bao gồm cả những chế phẩm cĩ tác dụng điều hồ sinh trưởng thực vật, các chất làm rụng lá, làm khơ cây, giúp cho việc thu hoạch mùa màng bằng cơ giới được thuận tiện (thu hoạch bơng vải, khoai tây bằng máy mĩc, .)
Những chế phẩm cĩ tác dụng xua đuơi hoặc thu hút các lồi sinh vật gây hại
tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt
Ở nhiều nước trên thế giới thuốc BVTV cĩ tên gọi là thuốc trừ địch hại
Sở dĩ gọi là thuốc trừ dịch hại là vì những sinh vật gây hại cho cây trồng và
nơng sản (cơn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, nấm, vi khuẩn, cỏ đại,
) cĩ một tên chung là những dịch hại, do vậy những chất dùng để diệt trừ chúng được gọi là thuốc trừ dịch hại
1.1.2 Các nhĩm thuốc BVTV
Thuốc bảo vệ thực vật cĩ thể được phân loại theo nhiều cách như: phân
loại theo đối tượng phịng trừ (thuốc trừ sâu, thuốc tình trừ bệnh,thuốc trừ cỏ
đại, ) hoặc phân loại theo gốc hĩa học (nhĩm clo hữu cơ, nhĩm lân hữu cơ, ) Các thuốc trừ sâu khác nhau thì độc tính và khả năng gây độc khác nhau
Trang 12
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
+ Phân loại dựa trên đối tượng sinh vật hại:
- Thuốc trừ bệnh - Thuốc trừ cá hại mùa mang
- Thuốc trừ sâu - Thuốc trừ thân cây mộc - Thuốc trừ cỏ dại - Thuốc làm dụng lá cây
- Thuốc trừ nhện hại cây - Thuốc làm khơ cây
- Thuốc trừ tuyến trùng - Thuốc điều hịa sinh trưởng cây
- Thuốc trừ ốc sên - Thuốc trừ chuột
+ Phán loại theo gốc hĩa học:
- Nhĩm thuốc thảo mộc: cĩ độ độc cấp tính cao nhưng mau phân hủy trong mơi trường
- Nhĩm clo hữu cơ: DDT, “666”, nhĩm này cĩ độ độc cấp tính tương đối thấp nhưng tồn lưu lâu trong cơ thể người, động vật và mơi trường, gây độc mãn tính nên nhiều sản phẩm bị cấm hoặc hạn chế sử dụng
- Nhĩm lân hữu cơ: Wofatox Bi-58 độ độc cấp tính của các loại
thuốc thuộc nhĩm này tương đối cao nhưng mau phân hủy trong cơ thê người và mơi trường hơn so với nhĩm clo hữu cơ
- Nhĩm carbamate: Mipcin, Bassa, Sevin, đây là thuốc được dùng
rộng rãi bởi vì thuốc tương đối rẻ tiền, hiệu lực cao, độ độc cấp tính tương đối
cao, khả năng phân hủy tương tự nhĩm lân hữu cơ
- Nhĩm Pyrethoide (Cúc tổng hợp): Decis, Sherpa, Sumiecidine, nhĩm này dễ bay hơi và tương đối mau phân hủy trong mơi trường và cơ thể người
- Các hợp chất pheromone: Là những hĩa chất đặc biệt do vi sinh vật
tiết ra để kích thích hành vi của những vi sinh vật khác cùng lồi Các chất
điều hịa sinh trưởng cơn trùng (Nomolt, Applaud, ): là những chất được dùng để biến đối sự phát triển của cơn trùng Chúng ngăn cản cơn trùng biến thái từ tuổi nhỏ sang tuổi lớn hoặc ép buộc chúng phải trưởng thành từ rất sớm: Rất ít độc với người và mơi trường
- Nhĩm thuốc trừ sâu vi sinh (Dipel, Thuricide, Xentari, NPV, ): Rất Ít độc với người và các sinh vật khơng phải là dịch hại
Trang 13
- Ngồi ra cịn cĩ nhiều chất cĩ nguồn gốc hĩa học khác, một số sản phẩm từ dầu mỏ được dùng làm thuốc trừ sâu
Trong các nhĩm thuốc BVTV trên đây được sử dụng phơ biến hơn cả là thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh và thuốc trừ cỏ dại Trong đĩ các loại thuốc BVTV khĩ phân hủy (Persistent Organic Pollutant — POP) 1a nguy hiém cho mơi trường sinh thái và sức khỏe con người nhất Hầu hết các loại thuốc
BVTV nhĩm POP đã bị cắm sử dụng như DDT, thuốc trừ sâu 666, tuy nhiên
các điểm ơ nhiễm POP hiện nay hầu hết là tồn dư từ hàng chục năm nay 1.2 Nhĩm thuốc BVTV hữu cơ khĩ phân hủy POPs ([1], [5], [14], [15])
Thống kê cho thấy ở nước ta cĩ tới 13 chất thuộc nhĩm hữu cơ khĩ phân hủy POP gay 6 nhiém, bang 1
Bang 1 13 chất thuộc nhĩm hữu cơ khĩ phân hủy POP tìm thấy ở nước ta STT| Tên chất Cơng thức |STT Tên chất Cơng thức cl 1 Thuoc diét cd sx oA, 8 Hexachloro- cl ^ cl 24D 3 benzene a Yc cl 3? Cl cl cr ofl : œ@ Chow = “Cl Aldrin oe ˆ cl 2 9 Mirex ory ay oy 7 cl CIS; Cl 3 2 2 3 a og Polychlorinated 4È s2 3 Chlordane 10 biphenyls (PCBs) | «ir (cin cl cl bị 6 es Cr Oo ¬e Polychlorinated |Clh~~ SL Cln 4 DDT | N I1 |, dibenzo-p-dioxins _ À^q¬Z J 1 cr cl Cl 5 Dieldrin 12 Toxaphene 3 oO cl li CH on lộ
Trang 14Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
1.2.1 Đặc điểm hĩa học của POP
POPs là các hợp chất hữu cơ bền cĩ khá năng chống phân hủy sinh học, quang hĩa hoặc bằng hĩa chất POPs thường là các dẫn xuất halogen, nhất là
dan xuat clo Cl Các liên kết carbon-clo rất bền và 6n định đối với thủy phân
phân hủy sinh học và quang hĩa Dẫn xuất Clo — nhân thơm (benzen) vịng cịn bền và ồn định hơn
Các chất POP cĩ đọ tan trong nước rất thấp, độ hịa tan trong dầu mỡ
cao, dẫn đến xu hướng của họ để vượt qua dễ đàng màng sinh học thấm vào tế bào, tích lũy trong mỡ
Các chất bảo vệ thực vật thuộc nhĩm khĩ phân hủy nguy hiểm POP điển hình được ghi trong bang 1
Hầu hết các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy ở nước ta cĩ nguồn gốc gần như hồn tồn từ các hoạt động sản xuất nơng nghiệp
Các chất hữu cơ khĩ phân hủy thường là hợp chất dễ bay hơi, phát tán
vào khơng khí, cĩ thể được phân tán xa nguồn ơ nhiễm trên một khoảng cách lớn trong khi quyền Bay hơi cĩ thê xảy ra từ bề mặt lá cây và đất sau khi áp dụng các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy được sử dụng làm thuốc trừ sâu
Do độ bền hĩa cao nên POP cĩ khả năng chống lại các quá trình phân hủy hĩa — lí — sinh, do đĩ tế bào hay cơ thể nhiễm POP rất khĩ bài tiết những
chất gây ơ nhiễm này do đĩ cĩ xu hướng tích lũy trong các sinh vật
Duong 6 nhiễm đối với sinh vật cĩ thể do tiếp xúc, do nước uống,
khơng khí, đặc biệt cĩ thể thơng qua chuỗi dinh dưỡng — thức ăn
1.2.2 Đặc điểm, tính chất của một số chất gây ơ nhiễn hữu cơ khĩ phân hủy
1.2.2.1, DDT (diclodiphenyltricloetan)
DDT 1a téng hop cua 3 dang 1a p,p’-DDT (85%), 0,p’-DDT (15%) va
0,0’-DDT (lwong vét) DDT 1A mét chat hitu co khé phan hay phé bién nhat được sử dụng rộng rãi trong chiến tranh thế giới thứ 2 nhằm ngăn chặn các
Trang 15
dịch bệnh lây truyền bởi cơn trùng (đặc biệt là bệnh sốt rét và bệnh do ruồi vàng) Ở một số nước nĩ được sử dụng liên tục trong nhiều năm để diệt muỗi, hạn chế sốt rét Dạng chế phẩm thường gặp: 30ND, 75BHN, 10BR, 5H,
Cơng thức hĩa học của DDT: C¡¿HoC1:s
Tén héa hoc: 1,1,1-triclo-2,2-bis(p-clorophenyl)etan Cấu tạo phân tử DDT:
|
về
Hình 1 Cấu tạo phân tử DDT [5J
Tính chất vật lý: DDT kỹ nghệ là một hỗn hợp nhiều đồng phân para cĩ độ độc cao nhất đối với cơn trùng Sản phẩm cơng nghiệp ở thể rắn, màu trắng ngà cĩ mùi hơi
Tính chất hĩa học: rất bền ở điều kiện thường nhưng dễ bị kiềm phân huy tao thanh DDE (1,1-diclo-2,2-bis-(4-clophenyl)eten), nhất là khi hiện diện các muối sắt BỊ tia cực tím phân hủy
Độc tính: LDao (chuột) = 113mg/kg; thuốc cĩ khả năng tích lũy trong cơ thể người và động vật đặc biệt là ở các mơ mỡ, mơ sữa, đến khi đủ lượng gây độc thì thuốc sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo như: ung thư, sinh quái thai DDT gây độc mạnh với cá và ong mật nhưng an tồn đối với cây trồng, trừ
những cây thuộc họ bầu bí Thuốc bị cắm sử dụng
Phổ phịng trị: rộng với tác dụng vị độc và tiếp xúc, thuốc trị được rất
nhiều loại sâu hại sống khơng ấn náu, nhất là các lồi nhai gặm trên nhiều lồi cây trồng khác nhau
Trang 16
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
1.2.2.2 HCB (hexaclobenzen)
HCB được dùng để diệt nắm hại cây lương thực, bảo vệ hạt giống
HCB là một phụ phẩm của quá trình sản xuất một số hĩa chất nhất định và là
kết quả của những quá trình phát thải đioxin và furan
Cơng thức hĩa hoc cua HCB: CạClo Tên hĩa học: Hexaclobenzen
Cấu tạo phân tử của HCB:
Cl
C Cl
Cl
Tinh chat vật lý: Là bột hoặc tinh thé, khơng màu hoặc trắng khơng tan
trong nước, tan trong bezen và etanol sơi, te = 231°C, t¿ = 3229C, dé thang
hoa Điều chế bằng cách cho clo tac dung với benzen ở 300°C và cĩ xúc tác Trong mơi trường lao động, HCB xâm nhập cơ thể qua đường hơ hấp và qua đa, nĩ kích ứng mũi họng, đường hơ hấp và mắt HCB được tích lũy trong mỡ cơ thê, nĩ gây trở ngại cho sự chuyên hĩa của porphyrin, làm tăng bài tiết coproporphyrin và uroporphyrin trong nước tiểu Nĩ gây tốn thương gan, nĩ gây kích ứng da và tăng sự nhạy cảm của da đối với ánh sáng, sau đĩ cĩ thể làm biến đổi sắc tố da và làm phịng rộp da, nước tiểu cĩ màu đỏ hoặc sim màu Đặc biệt HCB cĩ thé gay ung thu, người ta đã thấy nĩ gây ung thư gan và tuyến giáp ở động vật
Tiếp xúc lâu dài cĩ thể ảnh hưởng đến sinh sản, tốn thương gan, hệ
miễn dịch, tuyến giáp, thận và hệ thần kinh, tiếp xúc lâu dài với da làm cho da bị biến đối
Trang 17
Trong nhiễm độc cấp tính do HCB, người ta thử dùng EDTA và cĩ một số kết quả, nhiễm độc mãn tính cần điều trị dài hạn và chủ yếu là điều trị triệu chứng Nồng độ tác động cho phép của HCB ở Mỹ (1998) là 0,002mg/m°
HCB đã bị cắm sử dụng ở Việt Nam từ năm 1996
1.2.2.3 Aldrim
Aldrin được sử dụng như một loại hĩa chất bảo vệ thực vật được dùng để diệt các loại cơn trùng như: mối, châu chấu, sâu rễ ngơ và nhiều loại cơn
trùng gây hại khác
Tên hĩa học cua Aldrin: 1,2,3,4,10,10-hexaclo-1,4,4a,5,8-hexahydro- exo-1,4-endo-5,8-dimetylen naphtalin
Aldrin được sản xuất từ hexachlorocyclopentadiene và norbornadiene
trong phan tng Diels-Alder: cl ạ O + ŒI “ Diels-Alder (Ye) ạ a cl cl a cl Aldrin Cấu tạo phân tử của aldrin:
Aldrin cĩ độ bền hĩa học lớn, khơng bị ánh sáng, kiềm và axit phân
hủy Tác dụng tiếp xúc, vị độc và cả xơng hơi, ở trong đất và trong cây thuốc
chuyên hĩa thành Diedrin Khi phun thuốc lên cây, thuốc diệt sâu tương đối nhanh nhưng khơng lâu dài; khi phun thuốc lên đất tác dụng trừ sâu kéo dài
nhiều ngày
Trang 18
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
1.2.2.4 Dieldrin
Dieldrin được sử dụng chủ yếu đề diệt mối và các loại sâu hại cây họ
vải, kiểm sốt các dịch bệnh lây lan do cơn trùng và các loại cơn trùng sống trong đất nơng nghiệp
Tên hĩa học của Dieldrin: 1,2,3,4,10,10-hexaclo-6,7-epoxy- 1,4,4a,5,6,7,8,8a-octahydro-exo-1,4-endo-5,8-dimetylen naphtalin Cơng thức phân tử của Dieldrin: Đặc điểm hĩa học rất giống Aldrin Dieldrin cĩ độ độc cấp tính cao hơn Aldrin LDs» (chudt) = 25-30 mg/kg 1.2.2.5 Endrin
Endrin là một đồng phân lập thể của Diedrin Endrin là loại hĩa chất
báo vệ thực vật sử dụng để diệt cơn trùng trên những cánh đồng trồng bơng và
ngũ cốc và diệt chuột, các lồi gặm nhắm khác
Tên hĩa học của Endrin: 1,2,3,4,10,10-hexachloro-6,7-epoxy-
1,4,4a,5,6,7,8,8a-octahydro-exo-I,4-exo-5,8-dimethanonaphth [2,3-b]oxirene Cơng thức hĩa hoc cua Endrin: C;aHsCl¿O
Trang 19Tinh chat vật lý: là chất kết tinh trang, bền vững trong mơi trường nước và cồn metylic, tan trong một số dung mơi hữu cơ khác
Endrin cĩ đặc tính sinh lý, hĩa học tương tự Diedrin Tính độc của Endrin kha cao, LDso (chudt) = 7-35 mg/kg
1.2.2.6 Heptaclo
Heptaclo được dùng chủ yếu để diệt các loại cơn trùng và mối trong đất, các loại cơn trùng hại bơng, châu chấu, các loại gây hại cho nơng nghiệp khác và muỗi truyền bệnh sốt rét
Cơng thức hĩa hoc cua heptaclo: CjoHisCliz
Tên hĩa học của heptaclo: 1,4,5,6,7,8,8-heptaclo-3a,4,7,7a-tetrahyđro-
4,7-metyleninden
Tên khác của heptaclo: heptox, heptamul, termid Cơng thức cấu tạo của heptaclo:
Heptaclo là một chất rắn, màu trắng đến màu nâu nhạt, cĩ mùi giống long não, khơng tan trong nước, tan trong xylen, điểm chảy từ 95 - 96°C
Heptaclo ít bị kiềm phân hủy hơn DDT, heptaclo cĩ LDao (chuột) vào khoảng 90 mg/kg Với tác động tiếp xúc, vị độc, heptaclo được dùng để trừ các loại sâu sống trong đất hại ngơ, bơng và các loại hoa màu khác và được
Trang 20Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
Cơng thức cấu tạo của Chlodane:
Chlodane là một chất lỏng sáng như dầu, khơng màu hoặc màu nâu nhạt, khơng tan trong nước, tan trong dung mơi hữu cơ
Chlodane cĩ độc tính như heptaclo, nĩ gây ung thư ở súc vật thực nghiệm, cĩ khả năng gây ung thư ở người
Nồng độ cho phép: Mỹ NĐTĐCP (1998) là 0,5 mg/m, Liên Xơ NDTDCP 1a 0,01 mg/m’ 1.2.2.8 Thuốc diệt cỏ 2,4 D * Đặc điểm: O.K 683 DD là thuốc trừ cỏ thuộc nhĩm chlovinatephenoxy, chế phẩm ở dạng dung dịch
O.K 683 DD là thuốc trừ cỏ chọn lọc, nội hấp, hậu nảy mầm
O.K 683 DD cĩ tác dụng kích thích sự phát triển quá mức của tế bào, ức chế quá trình quang hợp, làm thay đối đột ngột cường độ hơ hấp, ngọn cỏ bị quăn queo, lá bị uốn vặn, thân giịn nứt làm cho cây cỏ chết
O.K 683 DD cĩ độc tính thuộc nhĩm độc II LDso qua miệng (chuột): §00 mg/kg Độc trung bình với người, gia súc và cá Ít hại thiên địch trong ruộng lúa Thuốc khơng tồn lưu lâu trong mơi trường, ở trong đất 2,4 D bị các
vi sinh vật đất phân giải
* Cơng dụng:
Thuốc trừ cỏ O.K 683 DD chủ yếu diệt trừ các loại cỏ năn lác và cỏ lá rộng như cỏ cháo, cỏ chác, cỏ năn, cỏ cú (cỏ gấu), cỏ mực, mác bao, cỏ bợ,
dên gai, rau sam, trên ruộng lúa, mía, bắp, các vườn cây ăn quả, cây cơng
Trang 21
nghiệp Thuốc khơng hiệu quả với cỏ hịa bản như cỏ lồng vực, đuơi phụng, man trau,béng tua
Trên cây lúa: phun thuốc 15-20 ngày sau sạ hoặc 7-10 ngày sau cấy Khi phun chân ruộng phải cĩ nước 2-3 cm và giữ nước từ 3-4 ngày
Trên bắp, mía, cây ăn quả, cây cơng nghiệp: phun khi cây trịng đã lớn (bắp, mía cao 20-30 cm), tránh đừng để thuốc chạm vào cây trồng và các mơ sinh trưởng
1.2.2.9 Polychlorinatedbiphenyls (PCBs)
PCBs là mơt nhĩm các hợp chất nhân tạo dược sử dụng rộng rãi trong
quá khứ, chủ yếu trong các thiết bị điện nhưng chúng đã bị cắm vào cuối những năm 1970 ở nhiều nước bởi nguy cơ gây tác hại cho mơi trường và sức
khỏe Tuy nhiên, PCBs là những hợp chất rất bền vững hiện nay chúng vẫn
cịn ton tại trong mơi trường
Các chất POPs nĩi chung và PCB nĩi riêng cĩ thê gây tác hại nghiêm trọng tới mơi trường và sức khỏe con người, động vật gây ung thư, tốn thương
gene, hệ thần kinh, hệ miễn dịch, gây rối loạn sinh sản
Polychlorinatedbiphenyls viết tắt là PCBs là một nhĩm các hĩa chất
nhân tạo Trước đây, PCBs được sử dụng trong các sản phẩm như thiết bị điện, chất phủ bề mặt, mực, keo dán, các chất làm chậm bốc cháy và sơn Khi ta đốt hoặc chơn các phế phẩm cĩ chứa PCBs thì PCBs sẽ phát thải vào mơi
trường Khoảng 10% PCBs sản xuất từ năm 1929 vẫn cịn tồn tại trong mơi trường ngày nay Vì những ảnh hưởng cĩ thể xảy ra của chúng đối với sức khỏe con người và mơi trường nên việc sử dụng và sản xuất PCBs hiện nay dã bị cắm hay bị hạn chế một cách nghiêm ngặt ở nhiều nước
Tắt cả PCBs đều là nhân tạo và cĩ cấu trúc cơ bản tương tự nhau, chúng
được cấu tạo bởi các nguyên tử cacbon, hydro và clo Các nguyên tử này cĩ khả năng tạo các liên kết khác nhau nên chúng cĩ thể tạo ra 209 loại phân tử
Trang 22
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
PCBs với mức độ độc hại của chúng khác nhau Thơng thường, PCBs rất bền
vững điều này giải thích cho sự tồn tai dai dang cua chúng trong mơi trường Ở nhiệt độ cao, PCBs cĩ thể cháy và tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm Cũng như các chất độc dioxin, PCBs khơng cĩ khuynh hướng bay hơi hay hịa tan trong nước tuy nhiên chúng hịa tan được chất béo và các chất tương tự Đĩ cũng là lí đo giải thích vì sao PCBs cĩ thể hình thành trong mỡ động
vật và tích tụ qua chuỗi thức ăn
1.2.2.10 Toxaphene
Tên gọi khác là camphechlor là hĩa chất bảo vệ thực vật, sử dụng trong
nơng nghiệp trồng bơng, ngũ cốc, hoa quả hạt và rau xanh Chất Toxaphene
cịn được sử dụng dùng để diệt các loại ve, rệp kí sinh và các vật nuơi Cơng thức héa hoc 1a: CioHgCls
Khối lượng phân tử là: 411,79452 g/mol
Độc tính: Thuốc cĩ độ độc cấp tính cao với người, gia súc và cá nhưng đặc biệt ít độc đối với ong mật An tồn đối với cây trồng, ngoại trừ một số cây mẫn cảm như dưa leo, dưa bở
Tính chất khác: Là thuốc vị độc và tiếp xúc Tác động đến sâu hại chậm
nhưng hiệu lực kéo dài hơn DDT, thuốc chỉ phát huy tác dụng khi nhiệt độ mơi trường lớn hơn 20°C
1.3 Tác hại sự cần thiết phải xử lý phân hủy ([1], [11], [12], [13]) 1.3.1 Đối với mơi trường
Phân tích trong các mơ sinh học hoặc mẫu mơi trường ơ nhiễm, một số
POPs hầu như luơn luơn được tìm thấy POPs cĩ khả năng được tích lũy, tồn tại và tích tụ sinh học làm tăng nồng độ độc hại mặc dù quá trình ơ nhiễm,
tiếp xúc với POP cĩ thê rời rạc khơng liên tục
Đáng chú ý sự tồn dư lâu đài trong mơi trường và trong cơ thé sinh hoc
của chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy POP đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự
Trang 23
tích tụ các đơn vị nồng độ dường như nhỏ khơng đáng kể trong thời gian dài, gây ra tác hại nguy hiểm Kết quả thực nghiệm cho thấy tiếp xúc tích lũy như vậy làm cho mức ơ nhiễm chất độc thấp nhưng tồn tại lâu ngày trở thành mãn tính, tuy khơng gây chết người ngay nhưng cĩ tác động gây ra hiệu ứng làm
suy giảm miễn dịch, giảm sức đề kháng, biến đổi tính chất bên ngồi (hiệu ứng
da, vở cây, lá .), làm suy giảm chất lượng sinh sản và trực tiếp gây ung thư Các kết quả điều tra cho thấy rối loạn miễn dịch do ơ nhiễm tích lũy thuốc bảo vệ thực vật POP là một nguyên nhân chính làm tăng tỷ lệ tử vong nhiều lồi động vật biển và cũng đã chứng minh rằng chế độ ăn uống nhiễm POP cĩ thể dẫn đến thiếu hụt vitamin, biến dạng tuyến giáp, làm cho cơ thể man cảm với vi sinh và đặc biệt dẫn đến rối loạn sinh sản Nhiều lồi động vật
hoang dã nhiễm POP như chlordane, toxaphene va DDT, 666, trong đĩ cĩ
một số lồi động vật cĩ vú sống ở biển như cá heo, cá heo mũi chai và cá voi đã cĩ biểu hiện suy giảm sinh san
1.3.2 POPs và sức khỏe con người
Cho đến nay, mặc dù chưa xác định được cơ chế tương tác trực tiếp gây
bệnh chết người và di chứng sinh sản của ơ nhiễm POP từ từ kéo dài đối với
con người, nhưng kết quả nghiên cứu liên tục nhiều năm chỉ ra rằng nghề nghiệp và tiếp xúc (dù là vơ tình — ngẫu nhiên) ở mức cao với POP là nguyên
nhân cho cả hai loại bệnh do ơ nhiễm bệnh cấp và bệnh mãn
Các nước đang phát triển việc sử dụng các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ
phân hủy POP cho nơng nghiệp nhiệt đới đã dẫn đến một số lượng lớn người nhiễm độc và rất nhiều ca tử vong hoặc dé lai di chứng thương tâm
Ngồi các đường tiếp xúc thơng thường, cơng nhân tiếp xúc với các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân huỷ trong quá trình quản lý chất thải là một nguồn quan trọng của rủi ro nghề nghiệp ở nhiều quốc gia Tiếp xúc với nồng độ cao các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân huỷ dù chỉ ở mức ngắn hạn nhưng
Trang 24
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
vẫn dẫn đến bệnh tật và cái chết Ví dụ, một nghiên cứu ở Việt Nam cho thấy
vào năm 1990, thuốc endosulfan trong bình xịt bảo vệ cây xồi lại trở thành nguyên nhân số một gây ra ngộ độc cấp tính cho nơng dân trồng lúa ở gần
Sự sử dụng trực tiếp do nghề nghiệp, việc bị tiếp xúc với hĩa chất độc hại do mơi trường bị ơ nhiễm thường rất khĩ bị hạn chế ở các nước đang phát
triển Những khĩ khăn trong quản lý, điều kiện làm việc, thiếu hiểu biết do khơng được đào tạo vì nghèo đĩi, thiếu thiết bị an tồn, khơng đạt tiêu chuẩn
lưu kho vận chuyển và bảo quản là những nguyên nhân khĩ tránh dẫn đến nhiễm độc POP ở các nước này
Một vụ ngộ độc cấp ở Ý năm 1976 đã xảy ra do một lượng lớn 2,3,7,8-
TCDD thải vào mơi trường, dẫn đến sự gia tăng của chất chloracne
Những tác động của phơi nhiễm POP cĩ thể bao gồm rối loạn chức
năng miễn dịch, thần kinh, đị thường sinh sản, rỗi loạn hành vi, và hàng loạt
các loại bệnh về tiêu hĩa khác, và cuối cùng là gây ung thư, đẻ non sảy thai, sinh con di dạng, thiểu năng trí tuệ, tram cam
Các bằng chứng khoa học chứng minh một liên kết giữa phơi nhiễm mãn tính với nồng độ gây chết Thụy Điển đã thơng báo kết quả nghiên cứu rằng chế độ ăn uống nhiễm POP là nguyên nhân làm giảm tế bào lymphoytes, rằng trẻ em cĩ chế độ ăn uống nhiều clo hữu cơ cĩ thể nhiễm độc cao khoảng
10-15 lần so với trẻ em tiêu thụ clo hữu cơ thấp
Sự phát triển thai nhi và trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với POP và dễ bị
tốn thương do tiếp xúc với các chat ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân huỷ
Trẻ em ở khu vực phía Bắc Quebec của Canada, nhiễm POP qua sữa mẹ lại nhiều hơn so với những trẻ em khơng bị nhiễm do ăn sữa sạch (bú bình)
1.4 Chính sách của nhà nước ([8])
Hồn thiện cơ chế, chính sách, tăng cường năng lực quản lý POP, đây
mạnh cơng tác điều tra, nghiên cứu và áp dụng KHCN nâng cao nhận thức,
tăng cường hợp tác quốc tế
Trang 25
Xác định các điểm tồn lưu thuốc BVTV gây ơ nhiễm mơi trường trên phạm vi cả nước (240 điểm ơ nhiễm nghiêm trọng cần xử lý trước 2015, 95 điểm gây ơ nhiễm cần xử lý trước 2020)
Xác định trách nhiệm của cán bộ, ngành liên quan và UBND các tỉnh/thành phố trực thuộc TW, xác định nguồn kinh phí xử lý, cải tạo và phục hồi mơi trường các điểm ơ nhiễm do hĩa chất BVTV tồn lưu
Xây dựng và tơ chức thực hiện các dự án xử lý, cải tạo và phục hồi mơi
trường các điểm ơ nhiễm do hĩa chất BVTV tồn lưu theo đúng nội dung kế hoạch và kinh phí dược phê duyệt
Điều tra bố sung, xác định mức độ, phạm vi ơ nhiễm của các điểm tồn
lưu hĩa chất BVTV, báo cáo bộ TN&MT
Tiến hành cơ lập, ngăn chặn phát sinh ơ nhiễm và di đời các hộ dân,
cơng trình cơng cộng nằm trên các điểm ơ nhiễm đến nơi an tồn khi chưa cĩ
điều kiện xử lý triệt đề
Xây dựng , ban hành và hướng dẫn các quy định về quản lý, sử dụng
hĩa chất BVTV, thu gom, xử lý, cải tạo và phục hồi mơi trường do hĩa chất
BVTV tồn lưu gây ra theo thâm quyền
1.5 Phương pháp xử lý phục hồi đất ơ nhiễm POP ([15])
Các nhà khoa học trên thế giới đã cảnh báo rằng: cùng với ơ nhiễm nguồn nước, ơ nhiễm khơng khí thì ơ nhiễm đất đai cũng 1a van đề đáng báo
động hiện nay, đặc biệt trong việc sử dụng nơng dược và phân bĩn hĩa học Ơ
nhiễm đất khơng những ảnh hưởng xấu tới nơng nghiệp và chất lượng nơng sản, mà cịn thơng qua lương thực, rau quả ảnh hưởng gián tiếp tới sức khỏe con người và động vật
Sử dụng hĩa chất BVTV khơng hợp lí gây ơ nhiễm mơi trường và mức độ ơ nhiễm tùy theo dư lượng trong đất, nước, khơng khí Hiện nay trên thế giới đã cĩ nhiều biện pháp khác nhau được nghiên cứu và sử dụng để xử lý
Trang 26
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
các đối tượng nhiễm hĩa chất BVTV cũng như tiêu hủy chúng Những biện pháp được sử dụng chủ yếu là:
+ Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời) + Phá hủy bằng tia sĩng Plasma
+ Phá hủy bằng ozon/UV + Ơxi hĩa bằng khơng khí ướt
+ Ơxi hĩa bằng nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lị nung chảy) + Phân hủy bằng cơng nghệ sinh học
+ Phương pháp tách chiết
Ngồi ra cịn một số phương pháp khác cũng được vận dụng để xử lý thuốc BVTV cịn tồn lưu trong đất
1.5.1 Phân hủy bằng tia cực từn (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời
Các phản ứng phân hủy bằng tỉa cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt trời thường làm gãy mạch vịng hoặc gãy các mối liên kết giữa Clo và Cacbon hoặc nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ và sau đĩ thay thế nhĩm Cl bằng nhĩm Phenyl hoặc nhĩm Hydroxyl và giảm độ độc của hoạt chất Ưu điểm của phương pháp này là hiệu suất xử lý cao, chi phí cho xử lý thấp, rác thải an tồn ngồi mơi trường Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là khơng thể áp dụng để xử lý chat ơ nhiễm chảy tràn va chất thải rửa cĩ nồng độ đậm đặc Nếu áp dụng để xử lý ơ nhiễm đất thì lớp đất trực tiếp được
tia UV chiếu khơng dày hơn 5mm Do đĩ, khi cần xử lý nhanh lớp đất bị ơ
nhiễm tới các tầng sâu hơn 5mm thì phương pháp này ít được sử dụng và đặc biệt trong cơng nghệ xử lý hiện trường
1.5.2 Phá hủy bằng vi sĩng Plasma
Phương pháp này được tiến hành trong thiết bị cấu tạo đặc biệt Chất
hữu cơ được dẫn qua ống phản ứng ở đây là Detector Plasma sinh ra sĩng phát xạ electron cực ngắn (vi sĩng) Sĩng phát xạ electron tác dụng vào các
Trang 27
phân tử hữu cơ tạo ra nhĩm gốc tự đo và sau đĩ dẫn tới các phản ứng tạo SO›, CO;, HPOu?, Clo, Bro, (san pham tạo ra phụ thuộc vào bản chất thuốc BVTV)
Ví dụ: Malathion bị phá hủy như sau:
Plasma + C¡oH¡sOPS§; —> 15O; + 10CO¿ + 9H20 + HPO.”
Kết quả thực nghiệm theo phương pháp trên một số loại thuốc BVTV
đã phá hủy đến 99% (với tốc độ từ 1,8 đến 3 kg/h)
Ưu điểm của phương pháp này là hiệu suất xử lý cao, thiết bị gọn nhẹ Khí thải khi xử lý an tồn cho mơi trường Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chỉ sử dụng hiệu quả trong pha long và pha khí, chi phí
cho xử lý cao, phải đầu tư lớn
1.5.3 Biện phap ozon héa/UV
Ozon hĩa kết hợp với chiếu tia cực tím là phương pháp phân hủy các chất thải hữu cơ trong đung dịch hoặc trong dung mơi Kỹ thuật này thường được áp dụng để xử lý ơ nhiễm thuốc trừ sâu ở Mỹ Phản ứng hĩa học để
phân hủy hợp chất là:
Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O; —>› CO¿ + H;O + các nguyên tố khác
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng thiết bị gọn nhẹ, chi phi van
hành thấp, chất thải ra mơi trường sau khi xử lý ít độc, thời gian phân hủy rất
ngắn Nhược điểm của phương pháp là chỉ sử dụng cĩ hiệu quả cao trong các
pha lỏng, pha khí Chi phí ban đầu cho xử lý là rất lớn
1.5.4 Biện pháp oxi hĩa bằng khơng khí ướt
Phương pháp này dựa trên cơ chế oxy hĩa bằng hỗn hợp khơng khí và
hơi nước ở nhiệt độ cao > 350°C và áp suất 150atm Kết quả xử lý đạt hiệu
qua 95% Chi phi cho xử lý theo phương pháp này chưa được nghiên cứu 1.5.5 Biện pháp oxi hĩa ở nhiệt độ cao
Phương pháp oxy hĩa ở nhiệt độc cao cĩ hai cơng đoạn chính:
Trang 28
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
Cơng đoạn 1: Céng đoạn tách chất ơ nhiễm ra hỗn hợp đất bằng
phương pháp hĩa hơi chất ơ nhiễm
Cơng đoạn 2: Là cơng đoạn phá hủy chất ơ nhiễm bằng nhiệt độ cao Dùng nhiệt độ cao cĩ lượng oxy dư để oxy hĩa các chất ơ nhiễm thành CO;, H:O, NO,, P;Os
Ưu điểm của phương pháp xử lý nhiệt độ cao là phương pháp tổng hợp vừa tách chất ơ nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất ơ nhiễm; khí thải
rất an tồn cho mơi trường (khi cĩ hệ thống lọc khí thải) Hiệu suất xử lý tiêu độc cao > 95%; cặn bã tro sau khi xử lý chiếm tỷ lệ nhỏ (0,01%)
Hạn chế của phương pháp này là chỉ phí cho xử lý cao, khơng áp dụng
cho xử lý đất bị ơ nhiễm kim loại nặng, cấu trúc đất sau khi xử lý bị phá hủy, khí thải cần phải lọc trước khi thải ra mơi trường
1.5.6 Biện pháp xứ lý ton dw HCBVTV bang phan hity sinh hoc
Việc loại bỏ cĩ hiệu quả tồn dư thuốc BVTV là một trong các khĩ khăn
chính mà nền nơng nghiệp phải đối mặt Vi sinh vật đất được biết đến như những cơ thế cĩ khả năng phân hủy rất nhiều thuốc BVTV dùng trong nơng nghiệp Trong những năm gần đây xu hướng sử dụng vi sinh vật để phân hủy
lượng tồn dư thuốc BVTV một cách an tồn được chú trọng nghiên cứu Phân
hủy sinh học tồn dư thuốc BVTV trong đất, nước, rau quả là một trong những phương pháp loại bỏ nguồn gây ơ nhiễm mơi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nền kinh tế
Phương pháp phân hủy thuốc BVTV bằng tác nhân sinh học dựa trên cơ sở sử dụng nhĩm vi sinh vật cĩ sẵn trong mơi trường đất, các sinh vật cĩ
khả năng phá hủy sự phức tạp trong cấu trúc hĩa học và hoạt tính sinh học của
thuốc BVTV Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng trong mơi trường đất quần thé vi sinh vật trong mơi trường đất luơn luơn cĩ khả năng thích nghỉ đối với sự thay đổi điều kiện sống Ở trong đất, thuốc BVTV bị phân hủy thành các hợp
Trang 29
chất vơ cơ nhờ các phản ứng oxy hĩa, thủy phân, khử oxy xảy ra ở mọi tầng đất và tác động quang hĩa xảy ra ở tầng đất mặt Tập đồn vi sinh vật đất rất phong phú và phức tạp Chúng cĩ thể phân hủy thuốc BVTV và dùng thuốc như là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng, cung cấp cacbon, nitơ và năng lượng để chúng xây dựng cơ thê Quá trình phân hủy của vi sinh vật cĩ thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng dẫn tới sự khống hĩa hồn tồn sản phẩm thành CO, H;O và một số chất khác Một số
loại thuốc thường chỉ bị một số lồi vi sinh vật phân hủy Nhưng cĩ một số
lồi vi sinh vật cĩ thể phân hủy được nhiều thuốc BVTV trong cùng một nhĩm hoặc ở các nhĩm thuốc khá xa nhau Các nghiên cứu cho thấy trong đất
tồn tại rất nhiều nhĩm vi sinh vật cĩ khả năng phân hủy các hợp chất phơtpho
hữu cơ, ví dụ như nhĩm Bacillus mycoides, B.subtilis, Proteus vulgaris, , đĩ
là những vi sinh vật thuộc nhĩm hoại sinh trong đất Rất nhiều vi sinh vật cĩ kha năng phân hủy 2,4-D, trong đĩ cĩ achrombacter, alcaligenes,
corynebacterrium, flavobaterium, pseudomonas, Yadav J.S và cộng sự đã phát hiện nắm Phanerochaete Chrysosporium cĩ khả năng phân hủy 2,4-D và rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng cĩ cấu trúc khác như clorinated phenol, PCBs, dioxin, monoaromatic va polyaromatic hydrocacbon, Nitromatic Nam 1974, Type và Finn đã báo khả năng thích nghỉ và sử dụng thuốc BVTV như nguồn dinh đưỡng cacbon của một số chủng Pseudomonas sp Khi chúng phát triển trên mơi trường cĩ chứa 2,4-dichlorophenoxy axetic axit và 2,4- dichlophenol Năm 1976, Franci và cộng sự đã nghiên cứu về khả năng chuyển hĩa DDT analogues của chủng Pseudomonas sp Năm 1977, Doughton và Hsieh khi nghiên cứu sự phân hủy parathion như một nguồn dinh dưỡng thì quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Kim Cúc và Phạm Việt Cường đã tiễn hành phân lập và tuyển chọn một số chủng thuộc chỉ Pseudomonas cĩ khả năng phân hủy được Metyl parathion và đạt được kết quả khả quan
Trang 30
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
Quá trình phân hủy thuốc BVTV của sinh vật đất đã xảy ra trong mơi
trường cĩ hiệu suất chuyển hĩa thấp Đề tăng tốc độ phân hủy thuốc BVTV
và phù hợp với yêu cầu xử lý, người ta đã tối ưu hĩa các điều kiện sinh trưởng
và phát triển của vi sinh vật như: pH, mơi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh
dưỡng, độ thống khí, bỗ sung vào mơi trường đất chế phâm sinh vật cĩ khả
năng phân hủy thuốc BVTV
Một số trở ngại cĩ thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý sinh học là những
điều kiện mơi trường tại nơi cần xử lý, như sự cĩ mặt của các kim loại nặng độc, nồng độ các chất ơ nhiễm hữu cơ cao cĩ thể làm cho vi sinh vật tự nhiên
khơng phát triển được và làm chết vi sinh vật đưa vào, giảm đáng kê ý nghĩa thực tế của xử lý sinh học
Cĩ những phát minh mới mở rộng khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý ơ nhiễm mơi trường Một ví dụ sử dụng các chủng vi sinh vật kháng các dung mơi hữu cơ ở nồng độ rất cao Ngồi ra, với những kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại cĩ thể tạo ra những chủng vi khuẩn cĩ khả năng phân hủy
đồng thời nhiều hĩa chất độc hại mà khơng yêu cầu điều kiện nuơi cấy phức
tạp và khơng gây hại cho động, thực vật cũng như con người Phương pháp này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai vì ý nghĩa thực tế của nĩ khi xử lý các chất thải độc hại ngày càng được mọi người chấp nhận
1.5.7 Phương pháp tách chiết
Phương pháp này dựa vào việc rửa các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy ra khỏi đất Quá trình rửa tập trung vào việc đi đời các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân hủy Quá trình được tiến hành với một vài loại tác nhân rửa khác nhau
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ sử dụng, chỉ phí thấp và
đạt hiệu quả cao
1.6 Thực trạng ơ nhiễm thuốc BVTV POP ở nước ta ([1], [19], [20]) Nước ta cĩ khoảng trên 1.153 khu vực ơ nhiễm nặng thuốc bảo vệ thực vat dang POP Phần lớn các điểm ơ nhiễm này đều cĩ từ thế kỉ trước, thậm chí
Trang 31
trước 1975 trong thời chiến tranh Đấy là nơi tập kết, là kho bảo quản lưu cất của địa phương Một số điểm do lâu ngày bị xuống cấp, kho bị hư hại, giĩ bão ngập lụt lâu ngày làm phát tán thuốc BVTV POP ra xung quanh, vào khu dân cư Cĩ nơi thắm vào nguồn nước sinh hoạt ảnh hưởng đến nhiều người
Riêng tỉnh Nghệ An cĩ đến hàng trăm điểm Điển hình là Hịn Trơ Diễn Châu Nghệ An, Kim Liên, Nam Đàn Nghệ An
Kho thuốc bảo vệ thực vật tại xã Diễn Yên, huyện Diễn Châu Nghệ An, địa điểm Hịn Trơ là một trong 913 điểm tồn lưu thuốc bảo vệ thực vật trên
địa ban tinh ta Tén tại hàng chục năm nay, kho thuốc đã gây ra tình trang 6 nhiễm mơi trường ảnh hưởng đến đời sống dân sinh của người dân Đã cĩ nhiều người chết vì ung thư, đặc biệt là trong xĩm cuối nguồn nước Nơi đây trở thành điểm nĩng, được quan tâm nghiên cứu khảo sát và đưa vào danh mục những điểm sẽ được xử lý mơi trường đầu tiên của cả nước
Vĩnh Phúc đã cĩ những bước đi đầu tiên điều tra khảo sát và đánh giá
thực trạng ơ nhiễm tồn lưu TBVTV Theo nhiều kết quả nghiên cứu thống kê đã cơng bĩ, tình trạng dư lượng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) nĩi chung và thuốc BVTV khĩ phân hủy nĩi riêng, xảy khá phức tạp ở nhiều vùng trong tinh Kết qua phân tích cho thấy: Dư lượng thuốc BVTV trong đất trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc nĩi chung đều vượt quá mức cho phép từ 10 — 15%; trong
đĩ huyện Mê Linh vượt trên 18%, Yên Lạc, Vĩnh Tường vượt trên 20%
TBVTV họ Clo là loại thuốc khĩ phân hủy, tồn tại rất lâu trong mơi trường
đất nhưng đã phát hiện cĩ trong 10 mẫu, chiếm 23,03%
Mơi trường đất bị ơ nhiễm thuốc BVTV và cĩ xu hướng thối hố
nhanh, chủ yếu tại các huyện đang chuyển đổi mạnh cơ cấu cây trồng (từ trồng lúa sang trồng hoa và rau xuất khẩu, chăn nuơi gia súc gia cầm với quy mơ lớn) như huyện Mê Linh (các xã Mê Linh, Văn Khê, Tiền Phong, Thanh Lâm) huyện Yên Lạc (thị trấn Yên Lạc, xã đồng Cương, Đồng Văn), Vĩnh
Tường (Thổ Tang, Đại Đồng)
Trang 32
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
1.7 Kết luận về tống quan ([1], [11], [12], [13
Việc sử dụng hĩa chất trong phịng và chống dịch bệnh ở Châu Âu đầu
thé kỉ trước là một tiến bộ khoa học cơng nghệ Nhờ thuốc bảo vệ thực vật,
thuốc trừ sâu, trong đĩ cĩ nhiều chất POP, trong thế kỉ 20 sản xuất nơng
nghiệp phát triển vượt bậc, dịch bệnh sốt rét, phát ban, được phịng chống cĩ
hiệu qua cao Dién hình là chất DDT, người phát minh ra DDT là nhà hố học Thuy Sỹ Paul Miller đã nhận được giải thưởng Nobel hồ bình năm 1948
Tuy nhiên ngày càng phát hiện ra mối liên hệ giữa tồn dư ơ nhiễm POP với suy thối mơi trường sinh thái, nhiều bệnh hiểm nghèo, suy giảm chất
lượng sinh san Su ton dư, tích tụ TBVTV, các chất POP đã đến mức nguy
hiểm cho mơi trường và sức khỏe con người
Hàng loạt nước trên thế giới đã quan tâm thúc đẩy cuộc chiến với TBVTV, POP tồn dư trong đất, trong nước, ban hành hàng loạt chính sách quy định về sản xuất, vận chuyên, bảo quản lưu kho, kinh doanh, sử dụng các loại hĩa chất nguy hiểm này
Đối với những điểm, những nơi cịn tồn lưu hàm lượng TBVTV POP
lớn trên mức cho phép, các nước đã rốt ráo tìm biện pháp xử lý, khơi phục
mơi trường, tiêu hủy chất POP tồn lưu Ở nước ta Bộ TN&MT đã ban hành
chính sách quản lý tiêu hủy và xử lý ơ nhiễm POP Đã cĩ những nghiên cứu ban đầu về điều tra khảo sát và xử lỹ mơi trường ơ nhiễm
Xuất phát từ tầm quan trọng và ý thức trách nhiệm trong xử lý mơi
trường ơ nhiễm thuốc bảo vệ thực vật khĩ phân hủy, đề tài đã đặt ra mục tiêu
xây dựng phương pháp phục hồi đất nơng nghiệp ơ nhiễm tồn dư chất POP và xử lý phân hủy triệt để các chất POP bằng nguyên liệu chế tạo trong nước,
khơng cĩ chất thải thứ cấp
Trang 33
CHƯƠNG 2
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu
Đất ở các khu vực cĩ kho chứa thuốc BVTV đang hoạt động và đã ngừng hoạt động Trong đề tài này là nghiên cứu đất ở tỉnh Nghệ An
2.2 Tìm hiểu về chất hoạt động bề mặt ([21], [22])
Chất hoạt động bề mặt (HĐBM, tiếng anh: surfactant, surface active agent) do la một chất làm ướt cĩ tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một
chất lỏng Là chất mà phân tử của nĩ phân cực: một đầu ưa nước và một đầu kỊị nước
2.2.1 Đặc điểm
Chất HĐBM được dùng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng bằng cách làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc (inferface) của hai
chất lỏng Nếu cĩ nhiều hơn hai chất lỏng khơng hịa tan thì chất HĐBM làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đĩ Khi hĩa chất hoạt hĩa bề mặt
vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hĩa bề mặt cĩ xu hướng
tạo đám (micelle, được dịch là mixen), nồng độ mà tại đĩ các phân tử bắt đầu
tạo đám được gọi là nồng độ tạo đám tới hạn Nếu chất lỏng là nước thì các
phân tử sẽ chụm đuơi kỊị nước lại với nhau và quay đầu ưa nước ra tạo nên
những hình dạng khác nhau như hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng
(2 chiều)
Tính ưa, kị nước của chất HĐBM được đặc trưng bởi một thơng số là
"độ cân bằng ưa kị nước" (tiếng anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị này cĩ thể từ 0 đến 40 HLB càng cao thì hĩa chất càng dễ hịa tan trong nước, HLB càng thấp thì càng dễ hịa tan trong các dung mơi khơng phân cực như đầu
Trang 34
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
2.2.2 Phân loại
Tùy theo tính chất mà chất HĐBM được phân theo các loại khác nhau
Nếu xem theo tính chất điện của đầu phân cực của phân tử chất hoạt hĩa bề
mặt thì cĩ thể phân chúng thành các loại sau:
+ Chất hoạt hĩa ion: khi bị phân cực thì đầu phân cực bị ion hĩa
Chất hoạt hĩa ion dương: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện duong, vi du: cetyltrimetylamoni bromua (CTAB), cetyl trimetylammonium bromua (CTAB), cetyl pyridinium clorua (CPC), polyethoxylated tallow amin
(POEA), benzalkonium clorua (BAC), benzethonium clorua (BZT)
Chất hoạt hĩa âm: khi bi phân cực thì đầu phân cực mang điện âm như
natri dodecyl sulfat (SDS), amoni lauryl sulfat và các muối ankyl sulfat khác, natri laureth sulfat hay natri lauryl ete sulfat (SLES), ankylbenzen sulfonat, xa phịng và các muối của axit béo
+ Chất hoạt hĩa phi ion: dau phân cực khơng bi ion héa, vi du: ankyl
poly (etylen oxit), copolymers cua poly (etylen oxit) va poly (propylen oxit) (trong thương mại gọi là các poloxamer hay poloxamin), ankyl polyglucozit bao gém octyl glucozit, decyl maltosit, các rượu béo, rượu cetyl, rượu oleyl,
cocamit MEA, coacmit DEA
+ Chất hoạt hĩa lưỡng cực: khi bị phân cực thì đầu phan cực cĩ thể mang điện âm hoặc mang điện dương tùy vào pH của dung mơi, ví dụ: dodecyl dimetylamin oxit, dodecyl betain, dodecyl dimetylamin oxit, cocamidopropyl betain, coco ampho glycinat
2.2.3 Ung dung
Chất hoạt hĩa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày
Ứng dụng phổ biến nhất là bột giặt, sơn, nhuộm,
Ngồi ra cịn cĩ những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như:
+ Trong cơng nghiệp dệt nhuộm: chất làm mềm cho vải SỢI, chất trợ nhuộm
Trang 35
+ Trong cơng nghiệp thực phẩm: chất nhũ hĩa cho bánh kẹo, bơ sữa và
đồ hộp
+ Trong cơng nghiệp mỹ phẩm: chất tây rửa, nhũ hĩa, chất tạo bọt + Trong ngành in: chat tro ngắm và phân tán mực in
+ Trong nơng nghiệp: là chất dé gia cơng thuốc BVTV
+ Trong xây dựng: dùng để nhũ hĩa nhựa đường, tăng cường độ đĩng rắn của bêtong
+ Trong dầu khí: chất nhũ hĩa dung dịch khoan
+ Trong cơng nghiệp khống sản: làm thuốc tuyên nổi, chất nhũ hĩa, chất tạo bọt để làm giàu khống sản
2.2.4 Cách tính HLB của một chất HĐBM
Xà phịng cĩ tính chất tây rửa các chất bản khỏi quần áo, đị vật tại sao
vậy? Đĩ là vì phân tử xà phịng cĩ một tính chất đặc biệt, nĩ gồm một đàu bị
phân cực và một cái đuơi hydrocacbon dài Phân tử nước được cấu thành từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxygen, nhưng hai nguyên tử hydro lại
khơng phân bố đều hai bên nguyên tử O (tức là ba nguyên tử H-O-H thắng
hàng, hay gĩc giữa H-H bằng 180°) mà tạo một gĩc 135° Do đĩ, phân tử nước bị phân cực, cực âm là O và cực dương là tổ hợp của hai nguyên tử H, do bị phân cực như thế nên nước là một dung mơi rất tốt Khi xà phịng được hịa vào nước, đầu phân cực của xà phịng sẽ cĩ xu hướng quay đầu về các phân tử nước do lực điện, cịn cái đuơi hydrocacbon thì khơng cĩ xu hướng đĩ Người ta gọi phân tử xà phịng cĩ cái đầu ưa nước và cái đuơi kị nước Đuơi kị nước sẽ tìm những nơi khơng cĩ nước như là chỗ bân của quần áo vì thế sẽ bị rời ra Việc này giống như ta dùng một cái xà beng, tương đương với phân tử xà phịng, bây một hịn đá, tương đương với chất bân trên quần áo ra
Xà phịng chỉ là một trường hợp đặc biệt của hàng triệu chất cĩ tính
chất tương tự như thế gọi là chất hoạt hĩa bề mặt - HHBM (surfactant) Khả
Trang 36
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
năng mà chất HHBM kị nước hoặc ưa nước được đặc trưng bởi một thơng số
gọi là độ cân bằng ưa-kị nước (hydrophilic-lipophilic Balance: HLB) HLB cĩ thể được tính từ cơng thức phân tử của chất HHBM
HLB = 7 +S (số nhĩm ưa nước) - S (số nhĩm kỊ nước)
Một số giá trị của nhĩm ưa nước: -SOxNa [38.7]; -COONa [19.1]; -N (amine) [9.4]; -COOH [2.1]; -OH (tự do) [1.9]; -O- [1.3]; -(CH2CH20)- [0.33] Mot số giá trị của nhĩm kị nước: -CH-; -CH:-; -CH:; =CH- [-0.475]; - (CH;CH;CH:O)- [-0.15] VDI: Tính giá trị HLB cua phan tt oleic acid CTPT: CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH Nhĩm ưa nước: -COOH cĩ giá trị HLB 14 2.1 Nhĩm kị nước: CH; (1); CH; (14); CH (2) tổng số bằng: 7*0.475 = -8.075
Vay HLB cua oleic acid 1a: 7 - 8.075 + 2.1 = 1.025 VD2: Tính giá trị HLB cua phan tu sodium oleate
CTPT: CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COONa Nhĩm ưa nước: -COONa cĩ gid tri HLB là 19.1
Nhĩm kị nước: CH; (1); CH; (14); CH (2) tổng số bằng:
7*0.475 = -8.075
Vay HLB cua oleic acid 1a: 7 - 8.075 + 19.1 = 18.1
Vi oleic acid co HLB = | nén né héa tan trong nước rất ít nhưng lại cĩ thé hoa tan trong dau, ngược lại, sodium oleate lai khéng thé hda tan trong dầu nhưng lại hịa tan được trong nước
Trang 37Hỗn hợp phức tạp —> tách một chất hoặc một nhĩm chất Tách cĩ thể dùng để tỉnh chế hoặc nghiên cứu thành phần của một hỗn hợp 2.3.1.1 Các phương pháp tách + Tách hỗn hợp khơng đồng nhất Hỗn hợp cĩ ít nhất hai pha khơng trộn lẫn vào nhau,ví dụ như: nhũ tương, hỗn dịch Tách hai pha: e Lọc, li tâm: áp dụng cho hỗn dịch e Thay đổi nhiệt độ, pH, lắng, gạn: áp dụng cho nhũ tương + Tách hỗn hợp đơng nhất
Chia cắt pha: hỗn hợp đồng nhất -› hỗn hợp khơng đồng nhất
Chuyển pha: chuyển một chất từ pha này sang pha khác: chiết, thâm thấu, sắc kí
Biến đối trạng thái: cất, thăng hoa
2.3.1.2 Đặc điểm của phương pháp chiết
+ Chiết lỏng - lỏng
- Ưu điểm: đơn giản, dễ thực hiện - Nhược điểm:
+ Dùng nhiều dung mơi ảnh hưởng đến sức khỏe người phân tích và gây ơ nhiễm mơi trường
+ Khĩ khăn trong việc kết nối với GC, HPLC gây cản trở cho
quá trình tự động hĩa việc phân tích
Trang 38Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
+ Đã cĩ một số thiết bị kết nối chiết pha rắn với GC hoặc HPLC,
dễ dàng tự động hĩa phân tích mẫu
+ Cĩ nhiều lựa chọn pha rắn SPE, nên cĩ cơ chế chiết đa dang, phù hợp hơn với chất phân tích, tính chọn lọc tốt hơn
- Nhược điểm:
+ Khĩ lưu giữ chất phân cực mạnh
+ Tinh chon lọc chỉ dựa vào tương tác phân cực, tương tác kỊ nước,
chưa dựa vào đặc điểm của chất phân tích
+ Lượng dung mơi dùng đã giảm nhiều nhưng hãy cịn lớn
2.3.2 Phương pháp sắc ký
2.3.2.1 Định nghĩa
Sắc ký là quá trình tách liên tục từ vi phân hỗn hợp các chất do sự phân bố
khơng đồng đều của chúng giữa pha tĩnh và pha động đi xuyên qua pha tĩnh 2.3.2.2 Nguyên tắc của sắc ký
Nguyên tắc chung của mọi phương pháp sắc kí là dựa trên sự phân bố chất giữa hai pha: một pha thường cố định gọi là pha tĩnh (stationary phase) và một pha chuyển động gọi là pha động (mobile phase)
2.3.2.3 Phân loại các phương pháp sắc ký
+ Phân loại theo trạng thái liên hợp của pha động và pha tĩnh: gồm sắc
ký lỏng và sắc ký khí
+ Phân loại theo cơ chế của quá trình tách: gồm sắc ký hấp phụ, sắc ký phân bĩ, sắc ký trao đối ion và sắc ký ray phân tử
+ Phân loại theo cách hình thành sắc đồ: phương pháp tiền lưu, phương pháp đây, phương pháp rửa giải
+ Phân loại theo thiết bị hình thành sắc đồ: sắc ký cột và sắc ký phẳng
Trang 39
2.3.3 Sắc ký lớp méng (thinlayer chromatography)
Sắc ký lớp mỏng hay cịn gọi là sắc ký phẳng là kĩ thuật phân bố rắn -
lỏng Trong đĩ pha động là pha lỏng được đi qua một lớp chất hấp thụ trơ như silicagel hoặc nhơm oxit, chất hấp thụ này được tráng thành một lớp mỏng, đều phủ lên một nền phẳng như tắm kính, tắm nhơm hoặc tắm plastic Sắc ký lớp mỏng được dùng trong cả phân tích định tính và phân tích định lượng Hệ số dịch chuyển R; là đại lượng đặc trưng quá trình về mức độ tách Hệ số di
chuyển R¿ được tính theo cơng thức:
l y
Re = —— hoặc Ry = Oo VO
l
Trong đĩ I là khống cách từ tuyến xuất phát tới tâm vệt sắc ký, lạ là khoảng cách từ tuyến xuất phát tới tuyến dung mơi, v là tốc độ di chuyển của chất tan và vọ là tốc độ của dung mơi Như vay Re chi co gid tri từ 0 đến 1
Khi R¿ = 0 thì chất tan hồn tồn khơng di chuyển, cịn khi R¿ = 1 thi chất tan
di chuyển bằng tốc độ của đung mơi
Cĩ nhiều yếu tơ ảnh hưởng đến R; nhưng quan trọng là:
+ Chất lượng và hoạt tính chat hấp phụ
+ Bề dày của lớp mỏng
+ Chất lượng và độ tinh khiết của pha động
2.3.4 Sắc ký giấy (paper chromatography)
Là một phương pháp sắc ký dùng giấy hấp thụ dé phân tích một lượng nhỏ chat lỏng mang (chất hịa tan) và lấy ra khi vạch chất hịa tan tiến gần đến đầu kia của một băng giấy Trong quá trình sắc ký các cấu tử được tách dọc theo lớp mỏng của tờ giấy Đặc trưng cho sự chuyển động của các chất trên
giấy là hệ số di chuyên R; như sau:
l
Ry = 1o hoặc R; = tốc độ chuyển động của một cấu tử/tốc độ
chuyền động của tuyến pha động
Trang 40
Khĩa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát
Trong đĩ I là đoạn đường đi của cấu tử, lạ là đoạn đường đi của dung mơi Nếu R¿ lớn quá thì khơng tách được các chất, R bé quá thì tách chậm 2.3.5 Sắc ký cột
Sắc ký cột là phương pháp sắc ký mà pha tĩnh được nhồi trong một cột hình trụ hở hai đầu hoặc được tráng trong lịng một mao quản cĩ đường kính trong rất hẹp Theo nghĩa rộng, sắc ký cột bao gồm cả sắc ký cột cổ điển dùng trong điều chế các chất và sắc ký cột hiện đại thường dùng trong phân tích như HPLC, GC Với kích thước cột lớn, sắc ký cột cỗ điển chủ yếu được dùng trong việc chiết tách và phân lập các chất
Trong sắc ký cột cơ điển, người ta thường dùng các cột thủy tinh đường
kính I-5cm, dài 30-100cm để nhồi pha tĩnh Chất nhồi cột cĩ kích thước từ
15-300 um Kích thước hạt càng lớn dung mơi qua cột càng đễ dàng nhưng khả năng tách kém Với vật liệu nhồi cột là Silicagel dùng cho sắc ký cột, người ta thường phân ra làm ba loại là loại mịn (14-40 km), loại vừa (40-63 uum) va loai thé (63-200 pm) Luong mẫu nạp lên cột thay đổi tùy theo tính chất phức tạp của mẫu và khả năng tách của hệ thống Tỉ lệ mẫu / pha tĩnh thường là 1/30 — 1/100 hay hơn Trong một vài kỹ thuật, tỉ lệ này cĩ thế tăng tới 1/10
Cột sẽ được triển khai bằng dung mơi thích hợp Dung mơi cĩ các chất được tách ra sẽ đi ra khỏi cột và được hứng thành từng phân đoạn, bằng tay hay bằng bộ phận hứng phân đoạn Các phân đoạn được kiểm tra bằng sắc ký lớp mỏng và những phân đoạn giống nhau được gộp chung, loại dung mơi để thu được chất tinh khiết Trong trường hợp sắc ký cột khơ hay cột ngược, các chất được tách ra khơng được rửa giải ra khỏi cột mà được cắt thành các “khoang” và giải hấp bằng dung mơi dé thu các chất
Trang bị cho sắc ký cột cơ điển rất đơn giản, khơng tốn kém nên hiện nay vẫn là phương tiện chủ yếu đề tách các chất cĩ trong thành phần hĩa học