Nghiên cứu quá trình khoáng hóa một số chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) bằng bột sắt nano

Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN TRỌNG TUYỀN NGHIÊN CỨU Q TRÌNH KHỐNG HĨA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ GÂY Ơ NHIỄM KHĨ PHÂN HỦY (POP) BẰNG BỘT SẮT NANO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 Footer Page of 237 Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌCKHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN TRỌNG TUYỀN NGHIÊN CỨU Q TRÌNH KHỐNG HĨA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ GÂY Ơ NHIỄM KHĨ PHÂN HỦY (POP) BẰNG BỘT SẮT NANO Chuyên ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 60440119 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ XUÂN QUẾ PGS.TS CAO THẾ HÀ Hà Nội – 2014 Footer Page of 237 Header Page of 237 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy cô khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình dạy dỗ em trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Xuân Quế PGS.TS Cao Thế Hà, người Thầy định hướng, động viên, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn anh chị phòng ăn mòn bảo vệ kim loại – Viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ em nhiều thời gian làm luận văn Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, gia đình người thân động viên giúp đỡ em trình làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Trần Trọng Tuyền Footer Page of 237 Header Page of 237 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………………… iii DANH MỤC CÁC HÌNH………………………………………………………….v BẢNG CHỮ VIẾT TẮT………………………………………………………… vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Phân loại thuốc bảo vệ thực vật Error! Bookmark not defined 1.1.1 Phân loại theo mục đích sử dụng Error! Bookmark not defined 1.1.2 Phân loại theo nguồn gốc sản xuất cấu trúc hoá họcError! Bookmark not defined 1.1.3 Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế giới (TCYTTG) Error! Bookmark not defined 1.1.4 Phân loại theo độ bền khó phân hủy Error! Bookmark not defined 1.1.5 Các dạng thuốc BVTV Error! Bookmark not defined 1.2 Hợp chất hữu khó phân hủy Error! Bookmark not defined 1.2.1 Hợp chất hữu khó phân hủy (POP) Error! Bookmark not defined 1.2.2 Thực trạng ô nhiễm POP Error! Bookmark not defined 1.2.3 Xử lý POP Việt Nam giới Error! Bookmark not defined 1.2.4 Các phương pháp xử lý POP Error! Bookmark not defined 1.3 Sắt nano Error! Bookmark not defined 1.3.1 Đặc điểm cấu tạo Fe(0) Error! Bookmark not defined 1.3.2 Các phương pháp chế tạo Fe(0) Error! Bookmark not defined 1.3.3 Ưu điểm Fe(0) xử lý môi trường Error! Bookmark not defined CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookma 2.1 Thực nghiệm Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.1.2 Tiến hành thực nghiệm Error! Bookmark not defined 2.2 Các phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.1 Phương pháp quét tuần hoàn (CV) Error! Bookmark not defined 2.2.2 Phương pháp HPLC Error! Bookmark not defined 2.2.3 Phương pháp khử POP bột sắt nano Error! Bookmark not defined CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined i Footer Page of 237 Header Page of 237 3.1 Nghiên cứu trình tách POP từ đất Error! Bookmark not defined 3.1.1 Phân tích hàm lượng POP tổng mẫu đất Error! Bookmark not defined 3.1.2 Chiết rửa dung môi nước với phụ gia QH3 Error! Bookmark not defined 3.1.3 Hiệu suất chiết rửa đất Error! Bookmark not defined 3.2 Tính tốn lượng cho trình phân hủy POP Error! Bookmark not defined 3.3 Khảo sát điện hóa đến trình phân hủy POP Error! Bookmark not defined 3.3.1 Khảo sát điện hóa pH khác Error! Bookmark not defined 3.3.2 Nghiên cứu điện hóa cho trình phân hủy DDT tách chiết từ đất Error! Bookmark not defined 3.4 Khử POP bột sắt nano Error! Bookmark not defined 3.4.1 Phân hủy POP dịch chiết rửa Error! Bookmark not defined 3.4.2 Phân hủy POP hấp thu bột polyanilin Error! Bookmark not defined 3.4.3 Cơ chế phân hủy POP RF1.1 Error! Bookmark not defined 3.4.6 Ứng dụng qui mô nhỏ Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO ii Footer Page of 237 Header Page of 237 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại nhóm độc theo TCYTTG…………………………………………….4 Bảng 2.1 Thời gian trình làm thực nghiệm Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Kết phân tích độ ẩm hàm lượng POP tổngError! Bookmark not defined Bảng 3.2 Kết phân tích hàm lượng DDT (theo đơn vị ppb) mẫu thu Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Hàm lượng DDT (theo đơn vị ppb) thu sau lần chiết nồng độ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.4 Hàm lượng DDT (theo đơn vị ppb) thu sau lần chiết nồng độ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Hàm lượng DDT (theo đơn vị ppb) thu sau lần chiết nồng độ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Hợp phần DDE trình chiết điều kiện khác nhauError! Bookmark not def Bảng 3.7 Hợp phần DDD (theo đơn vị ppb) trình chiết điều kiện khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.8 Hợp phần op-DDT (theo đơn vị ppb) trình chiết điều kiện khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.9 Hợp phần DDE (theo đơn vị ppb) thu thay đổi nồng độ chất HĐBM lần chiết khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.10 Hợp phần DDD (theo đơn vị ppb) thu thay đổi nồng độ chất HĐBM lần chiết khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.11 Hợp phần op-DDT (theo đơn vị ppb) thu thay đổi nồng độ chất HĐBM lần chiết khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.12 Hàm lượng DDT (theo đơn vị ppb) tổng cộng thu thay đổi nồng độ chất HĐBM lần chiết khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.13 Hàm lượng chất DDT (theo đơn vị ppb) thu nồng độ 2.5% QH3 Error! Bookmark not defined Bảng 3.14 Hàm lượng chất DDT (theo đơn vị ppb) thu nồng độ 10% QH3 Error! Bookmark not defined Bảng 3.15 Hàm lượng chất DDT (theo đơn vị ppb) thu nồng độ 15% QH3 Error! Bookmark not defined iii Footer Page of 237 Header Page of 237 Bảng 3.16 Hàm lượng DDT (theo đơn vị ppb) tổng cộng thu trình chiết Error! Bookmark not defined Bảng 3.17 Kết phân tích mẫu đất sau chiết rửa dung mơi E1.1, qui mg/kg (ppm) Error! Bookmark not defined Bảng 3.18 Hiệu suất chiết rửa DDT cho trình Error! Bookmark not defined Bảng 3.19 Sự biến đổi mật độ dòng (J) theo pH, chu kì điện (E)Error! Bookmark not defin Bảng 3.20 Sự biến đổi mật độ dòng (J) theo số chu kì qt điện thếError! Bookmark not defin Bảng 3.21 Sự biến đổi J (anot) theo chu kì 1, 2, điện (E) S0 S1 Error! Bookmark not defined Bảng 3.22 Sự biến đổi mật độ dòng (J) theo số chu kì qt điện (E) khác S2 Error! Bookmark not defined Bảng 3.23 Sự biến đổi mật độ dòng (J) (anot) theo chu kì điện (E) S0 S2 Error! Bookmark not defined Bảng 3.24 Sự biến đổi mật độ dòng (J) (anot) vào điện (E) chu kì S1 S2 Error! Bookmark not defined Bảng 3.25 Kết phân tích mẫu nước sau khử phân hủy POP bẳng chất RF1.1, dung môi chiết E0.0 E1.1, qui mg/kg (ppm)Error! Bookmark not defined Bảng 3.26 Kết phân tích POP khử RF1.1 sau hấp thu bột polyanilin dung môi E0.0 E1.1, qui mg/kg (ppm)Error! Bookmark not defined Bảng 3.27 Kết phân tích POP tổng mẫu thí nghiệmError! Bookmark not defined iv Footer Page of 237 Header Page of 237 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Cột sắc ký dùng để tách chiết thực nghiệm Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Đồ thị quét vòng cyclicvoltametry Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Quan hệ dòng – điện qt tuần hồn CVError! Bookmark not defined Hình 3.1 Giản đồ sắc kí mẫu dịch chiết sau rửa đất 48 Hình 3.2 Sự hình thành gốc từ phân tử DDT với biến thiênError! Bookmark not defined.9 Hình 3.3 Sự biến đổi lượng trình hình thành sản phẩm trung gianError! Bookmark n Hình 3.4 Sự hình thành sản phẩm trung gian từ DDT, DDD, DDE.Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Chu kì đến chu kì giá trị pH = 5, tốc độ quét 50mV/sError! Bookmark n Hình 3.6 Chu kì 1, pH = 5, tốc độ quét 50mV/sError! Bookmark not defined Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng chu kì qt, pH đến điện tích Q……………65 Hình 3.8 Phổ CV S0 trình phân hủy DDT S1 66 Hình 3.9 Phổ CV chu kì 1, S0 S1 Error! Bookmark not defined.7 Hình 3.10 Phổ CV trình phân hủy DDT S2 69 Hình 3.11 Phổ CV chu kì 1, S0 trình phân hủy DDT S2Error! Bookmark no Hình 3.12 Chu kì phổ CV DDT có S1 S2 Error! Bookmark not defined.3 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng chu kì, phân hủy DDT đến điện tích (Q) S1 S2 Error! Bookmark not defined.5 Hình 3.14 Vai trò hạt sắt kim loại phản ứng khử chất hữu cloError! Bookmark not defin v Footer Page of 237 Header Page of 237 BẢNG CHỮ VIẾT TẮT 2,4-D 2,4,- dichlorophenoxyacetic acid 666 C6H6Cl6 BDE Bromodiphenyl ether BVTV Bảo vệ thực vật DDD Dichlorodiphenyldichloroethan DDE Dichlorodiphenyldichloroethylen DDT 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethan HCB Hexachlorobenzen HCH Hexacyclohexan HĐBM Hoạt động bề mặt PBBS Hexabromobiphenyl PCB Polychlorinated Biphenyls PCDDs Đibenzo dioxins poly clo hóa PCDFs Đibenzofurans poly clo hóa PECB Pentachlorobenzen PFOS Axit Perfluorooctanesulfonic POP Persistent Organic Pollutant POSF Perfluorooctanesulfonyl florua PTN Phòng thí nghiệm PVC Poly vinylclorua IARC International Agency for Research on Cancer TCYTTG Tổ chức y tế Thế giới TN&MT Tài nguyên môi trường vi Footer Page of 237 Header Page 10 of 237 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thuốc bảo vệ thực vật đóng vai trò quan trọng sản xuất nông nghiệp nước ta nước giới, trồng lương thực, rau màu… để phòng trừ loại sâu bệnh, chuột, cỏ dại… nhằm nâng cao hiệu kinh tế góp phần tăng suất, tăng mùa vụ, thay đổi cấu trồng… Tuy nhiên, người thiếu hiểu biết việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật để lại tác dụng phụ ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người Sự tồn dư gây ô nhiễm số chất hữu độc hại, bền khó phân hủy, kí hiệu POP (Persistent Organic Pollutant), vấn đề xúc, tồn hàng chục năm 1000 điểm nóng, với hàng loạt hệ lụy, gây nhiễm độc, ung thư Vấn đề xử lý chất POP nhà nước coi trọng, nước tổ chức quốc tế quan tâm Ô nhiễm POP tồn dư chủ yếu từ kho chứa, bãi tập kết, sau lan truyền đất nguồn nước Vấn đề cấp thiết làm đất bị nhiễm POP, hoàn nguyên đất trở lại trạng thái tự nhiên để sử dụng (trong nông nghiệp, khu dân cư …) POP tách phải thu hồi – phân hủy triệt để Tuy nhiên việc xử lý, phân hủy chất độc hại tồn dư nêu ln u cầu cấp thiết, chưa có giải pháp phù hợp, chưa có cơng nghệ khả thi hiệu quả, nguồn nhân lực có kỹ thuật Đã có số đề tài, cơng trình nghiên cứu vấn đề Cho đến giải pháp rửa đất (washing POP contaminated soil) cho có hiệu cao Cơng nghệ rửa đất gồm hai giai đoạn chính: 1- rửa chất POP hoàn nguyên đất, 2- Thu gom phân hủy chất POP sau tách rửa từ đất Đề tài luận văn “Nghiên cứu q trình khống hóa số chất hữu gây nhiễm khó phân hủy (POP) bột sắt nano” nội dung nghiên cứu góp phần thực giai đoạn hai công nghệ rửa đất ô nhiễm Footer Page 10 of 237 Header Page 11 of 237 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu q trình khống hóa số chất hữu nhiễm khó phân hủy POP Nội dung nghiên cứu - Phân tích xác định hàm lượng chất POP - Nghiên cứu tách chiết DDT từ đất - Xử lý đất nhiễm thuốc BVTV khó phân hủy (POP) phụ gia QH3 - Khử hợp chất POP bột sắt nano Đối tƣợng nghiên cứu - Mẫu đất khu vực nhiễm BVTV khó phân hủy (POP) Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp đo điện hóa - Phương pháp tính tốn lượng tử - Nghiên cứu tách chiết DDT từ đất - Phương pháp khử POP bột sắt nano Footer Page 11 of 237 Header Page 12 of 237 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Thị Cẩm Duyên, Trần Văn Thanh, Lê Thanh Hải (2007), Đánh giá trạng đề xuất giải pháp giảm thiểu phát thải hợp chất ô nhiễm hữu bền (POPs) từ lò đốt chất thải rắn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, tr – 19 Lê Đức (2011), Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lí DDT tồn lưu mơi trường đất nước sắt nano, Luận văn Thạc sĩ, Trường Khoa học Tự nhiên, Khoa môi trường Nguyễn Xuân Huân (2011), Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano để xử lý diclodiphenyltricloetan (DDT) đất ô nhiễm kho Hương Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa môi trường Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa lí thuyết, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phan Hiền Lương (2012), Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC), Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Thị Nhung, Hoàng Hưng (2007), Nghiên cứu trạng hợp chất ô nhiễm hữu bền POPs phát thải nghành sản xuất tái chế nhựa khu vực TP.HCM, tr.18 - 28 Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Kim Thường (2007), Nghiên cứu tổng hợp Nano sắt phương pháp hố học, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ , 23: tr 253 – 256 Nguyễn Trần Oánh (Chủ biên), Nguyễn Văn Viên, Bùi Trọng Thủy (2007), Giáo trình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Trịnh Xuân Sén (2004), Điện hóa học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội Footer Page 12 of 237 Header Page 13 of 237 10 Bùi Minh Thái (2011), Nghiên cứu điều kiện phân tích sulfamit phương pháp sắc ký, Luận văn thạc sĩ hóa phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 11 Trần Quang Thiện (2011), Tổng hợp nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu lai ghép oxit vô với polime dẫn TiO2PANi, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, tr.12 -13 12 Lê Quốc Trung (2011) , Nghiên cứu động học q trình chuyển hóa sắt, kẽm hóa trị khơng với 2, 4,6 – trinitrotoluene 2,4,6-trinitroesorxin, Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, tr.35 – 38 13 Trung tâm công nghệ xử lý mơi trường, Bộ Tư lệnh Hóa học (2005), Dự án xử lý, tiêu huỷ lượng thuốc bảo vệ thực vật tồn đọng, hạn sử dụng cấm lưu hành Việt Nam 14 Ngô Đức Tùng (2010), Nghiên cứu hình thái cấu trúc đặc tính điện hóa polyaniline tổng hợp đường điện hóa, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, tr 34 - 36 Tiếng Anh 15 Du, H Y (2008), Controlled platinum nanoparticles uniformly dispersed on nitrogen-doped carbon nanotubes for methanol oxidation, Diamond and Related Material, 17, pp 535-541 16 Emma L Tilston, Chris D Collins, Geoffrey R Mitchell, Jessica Princivalle, Liz J Shawa (2013), Nanoscale zerovalent iron alters soil bacterial community structure and inhibits chloroaromatic biodegradation potential in Aroclor 1242-contaminated soil, Environmental Pollution 173, pp 38-46 17 L Ritter, K.R Solomon, J Forget, and M Stemeroff and C.O'Leary (2013), PERSISTENT ORGANIC POLLUTANTS, The International Programme on Chemical Safety (IPCS), 620 Gordon Street Guelph ON Canada 18 Li X., Daniel W.E., and Zhang W (2006), Zero-valent iron nanoparticles for Abatement of Environmental Pollutants:Materials and Footer Page 13 of 237 Engineering Header Page 14 of 237 Aspects, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 31: pp.111-122 19 Su-Cai Yangb, Mei Lei, Tong-Bin Chen, Xiao-Yan Li, Qi Liang, Chuang Ma (2010), Application of zerovalent iron (Fe0) to enhance degradation of HCHs and DDX in soil from a former organochlorine pesticides manufacturing plant, Chemosphere 79, pp 727–732 20 Yang-hsin Shih, Chung-yuHsu, Yuh-fanSu (2011), Reduction of hexachlorobenzen by nanoscale zero-valent iron: Kinetics, pH effect, and degradation mechanism - Separation and Purification Technology 21 Yu-Hoon Hwang, Do-Gun Kim, Hang-Sik Shin (2011), Mechanism study of nitrate reduction by nano zero valent iron, Journal of Hazardous Materials 185, pp 1513–1521 22 Yunfei Xi, Megharaj Mallavarapu, Ravendra Naidu (2010), Reduction and adsorption of Pb2+ in aqueous solution by nano-zero-valent iron-A SEM, TEM and XPS study, Materials Research Bulletin 45, pp 1361–1367 Trang web 23 http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page 24 http://nilp.vn/chitietchude/id/2813/Phan-loai-va-tac-dung-cua-thuoc-bao-vethuc-vat 25 http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-hoc-nongnghiep/1895-phan-loai-va-tac-dung-cua-thuoc-bao-ve-thuc-vat.html 26 http://www.pops.org.vn/Portals/0/users/host/082011/ke_hoach_quoc_gia_thuc_ hien_cong_uoc_stockholm-2006%20(VN).pdf 27 http://vst.vista.gov.vn/home/database/an_pham_dien_tu/nong_thon_doi_moi/20 05/2005_00036/MItem.2005-09-08.2403/MArticle.2005-0908.2412/marticle_view Footer Page 14 of 237  ... rửa chất POP hồn ngun đất, 2- Thu gom phân hủy chất POP sau tách rửa từ đất Đề tài luận văn Nghiên cứu q trình khống hóa số chất hữu gây nhiễm khó phân hủy (POP) bột sắt nano nội dung nghiên cứu. .. - TRẦN TRỌNG TUYỀN NGHIÊN CỨU Q TRÌNH KHỐNG HĨA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ GÂY Ơ NHIỄM KHĨ PHÂN HỦY (POP) BẰNG BỘT SẮT NANO Chuyên ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 60440119 LUẬN VĂN THẠC SĨ... đoạn hai công nghệ rửa đất ô nhiễm Footer Page 10 of 237 Header Page 11 of 237 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu q trình khống hóa số chất hữu ô nhiễm khó phân hủy POP Nội dung nghiên cứu - Phân tích