Cơ chế của phản ứng phân hủy DDT bằng phương pháp thế tĩnh (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ THƯƠNG THƯƠNG CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG PHÂN HỦY DDT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẾ TĨNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa lý Người hướng dẫn khoa học Th.S TRẦN QUANG THIỆN HÀ NỘI – 2017 LỜI CẢM ƠN Để hồn thiện khóa luận nỗ lực lớn khơng thể hồn thành thiếu đóng góp quan trọng nhiều thầy cô bè bạn Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS TRẦN QUANG THIỆN người hướng dẫn tận tình cho tơi suốt thời gian thực khóa luận Thầy cung cấp cho nhiều kiến thức lĩnh vực này, trình thực thầy ln tận tình định hướng sửa chữa góp ý để giúp tơi hồn thành tốt khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội truyền thụ kiến thức bổ ích để tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cảm ơn người thân, bạn bè hết lòng quan tâm tạo điều kiện giúp tơi hồn thành tốt khóa luận Trân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2017 Sinh viên Nguyễn Thị Thương Thương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn Th.S Trần Quang Thiện Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu trước Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, kết khóa luận Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thương Thương DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Kí hiệu Tên bảng Trang bảng Bảng 1.1 Các đồng phân phổ biến DDT Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý DDT Bảng 3.1 Hàm lượng thành phần DDT sau 25 thời gian điện phân DANH MỤC HÌNH VẼ STT Kí hiệu Tên hình vẽ Trang Quan hệ dòng điện cực đại với tốc độ 13 hình vẽ Hình 2.1 quét Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị GC 16 Hình 3.1 Phổ CV chu kì 22 Hình 3.2 Đường catot phổ CV chu kì (c1 đồ thị) 23 đến c5, đường c2 đến c5 có dạng Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ i-t (tại điện 24 V = -850mV với mẫu có DDT (1) khơng có DDT (0)) Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ i-t (tại điện 24 V = -850mV với mẫu có DDT) Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ i-t (t=120 phút) 26 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DDD : Diclo Diphenyl Dicloetan DDE : Diclo Diphenyl Dicloetylen DDT : Diclo Dipheny Tricloetan nZVI : nano Zero Valent iron – hạt nano sắt hóa trị (Fe0) MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái quát DDT 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc 1.1.2 Một số tính chất 1.1.3 Ảnh hưởng DDT đến môi trường sức khỏe người 1.1.4 Phương pháp xử lý DDT 10 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 13 2.1 Phương pháp nghiên cứu 13 2.1.1 Phương pháp CV 13 2.1.2 Phương pháp sắc kí khí – phối phổ (GC/MS) 14 2.1.3 Phương pháp tĩnh 18 2.1.4 Phương pháp xử lý số liệu 18 2.2.Thực nghiệm 20 2.2.1 Thiết bị, dụng cụ 20 2.2.2 Hóa chất 20 2.2.3 Cách tiến hành thực nghiệm 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Phổ CV 22 3.2 Ảnh hưởng thời gian 23 3.3 Ảnh hưởng điện 26 KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO .29 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thuốc bảo vệ thực vật đóng vai trò quan trọng sản xuất nông nghiệp nước ta giới trồng lương thực, rau màu… để phòng trừ loại sâu bệnh, chuột, cỏ dại… nhằm nâng cao suất mùa vụ, thay đổi cấu trồng Hiện Việt Nam nước giới tình trạng nhiễm thuốc bảo vệ thực vật xảy diện rộng lượng dư thuốc bảo vệ thực vật sau sử dụng tồn dư ngấm sâu đất, di chuyển sang nguồn nước phát tán môi trường xung quanh Đặc biệt loại chất khó phân hủy (Persisten Organic Pollutant – POP), có tác dụng nguy hiểm khơng gây nhiều loại bệnh ung thư mà làm biến đổi gen di truyền gây dị tật bẩm sinh cho hệ sau, tương tự dioxin – chất độc mà quân đội Mỹ sử dụng chiến tranh nước ta DDT (Diclo Dipheny Tricloetan) loại thuốc trừ sâu tổng hợp biết đến nhiều DDT sử dụng với lượng lớn để kiểm soát muỗi truyền bệnh sốt rét, sốt phát ban bệnh côn trùng khác quân đội lẫn dân cư DDT trở thành loại thuốc trừ sâu phổ biến sử dụng nơng nghiệp chúng có mặt khắp nơi, khơng khí, đất, nước lượng lớn giải phóng phun cánh đồng rừng để diệt muỗi côn trùng Ngày nay, DDT bị cấm sử dụng tính độc có khả gây ung thư tiềm tàng, gây đột biến gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Để bảo vệ môi trường sức khỏe người, cần phải xử lý khử độc DDT môi trường đất môi trường khác DDT đất giảm bay hơi, sói mòn đất, hấp thu động vật , thực vật phân hủy sinh học vi sinh vật có sẵn đất với thời gian tương đối lâu Xuất phát từ tác hại DDT tiến hành nghiên cứu đề tài: “Cơ chế phản ứng phân hủy DDT phương pháp tĩnh” Mục tiêu chọn đề tài Nghiên cứu chế phản ứng phân hủy DDT phương pháp tĩnh Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu chế phân hủy DDT phương pháp tĩnh Các phương pháp nhiên cứu Để hồn thành nhiệm vụ nghiên cứu này, tơi sử dụng số phương pháp như: - Phương pháp điện hóa (CV, tĩnh) - Phương pháp GC/MS - Phương pháp xử lý số liệu Ý nghĩa khoa học Làm giảm lượng DDT dư thừa đất, góp phần tăng chất lượng cho trồng, giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao đời sống người CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phổ CV Kết nghiên cứu phổ CV mẫu chứa DDT xác định hình 3.1 J, mA/cm 0.0 a -0.5 c -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -2.5 c1 -2.0 -1.5 -1.0 E, V(Ag/AgCl) -0.5 0.0 Hình 3.1 Phổ CV chu kì Kết cho thấy có xuất phản ứng điện hóa đường catơt anơt (c1) Để nghiên cứu cụ thể thông số điện hóa nhánh catơt ứng với q trình khử điện hóa DDT, chúng tơi tiến hành phân nhánh xác định đường CV nhánh catơt chu kì CV Có thể dễ dàng phân biệt phản ứng khử dẫn xuất DDT Phân tch dạng đường cong phân cực catơt phản ứng nhận biết điểm bắt đầu, vùng động học vùng dòng tới hạn Tuy nhiên dạng đường cong catơt chu kì khác với chu kì sau, hình 3.2 Chu kì đến có dạng đường tương tự nhau, chứng tỏ q trình điện hóa ổn định J, mA/cm 0.0 -0.5 c1 c2 -1.0 c3 c4 c5 -1.5 -2.0 -2.0 b -1.5 -1.0 catơt -0.5 E, V (Ag/AgCl) 0.0 Hình 3.2 Đường catơt phổ CV chu kì (c1 đồ thị) đến c5, đường c2 đến c5 có dạng Đọc trực tiếp giá trị phản ứng đường cong catơt gặp nhiều khó khăn, độ xác phụ thuộc độ nhạy, dải giá trị nồng độ chất phản ứng Để xác định xác giá trị phản ứng cần lấy vi phân đường phân cực 3.2 Ảnh hưởng thời gian Đường cong i-t, điện - 0,85 V, thời gian điện phân 120 phút trình khử DDT giới thiệu hình 3.3 Ta thấy cường độ dòng điện chênh lệch lớn mẫu có DDT mẫu khơng có DDT: - Với mẫu khơng có DDT mật độ dòng catơt nhỏ, giảm từ -22 µA đến -5 µA (t=0), đến -5 µA (t biến đổi từ phút đến 120 phút) cường độ dòng điện khơng đổi - Mẫu có DDT mật độ dòng catơt lớn hơn, tăng mạnh từ -72 µA đến -35 µA (t=0), từ -35 µA đến khoảng -17 µA (t biến đổi từ phút đến 120 phút) cường độ dòng điện tăng chậm -15 i,  -30 -45 -60 -75 30 60 90 120 t, phút Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ i-t (tại điện V = -850 mV với mẫu có DDT (1) khơng có DDT (0)) Đường cong i-t, điện - 0,85 V, thời gian điện phân khác trình khử DDT giới thiệu hình 3.4 -20 i,  -40 -60 90 120 150 -80 -100 30 60 90 120 150 t, phút Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ i-t (tại điện V = -850 mV với mẫu có DDT) Dựa vào hình vẽ ta thấy với mốc thời gian khác cường độ dòng điện khác khơng nhiều Với thời gian điện phân 90 phút, cường độ dòng điện nhỏ nhất, tăng thời gian điện phân lên cường độ dòng điện có tăng lên không đáng kể Hàm lượng thành phần DDT sau thời gian điện phân giới thiệu bảng 3.1 Bảng 3.1 Hàm lượng thành phần DDT sau thời gian điện phân Hàm lượng (ppm) Thời gian (phút) DDT DDD DDE M 176,10 15,68 0,32 90 66,67 10,51 0,46 4,58 120 49,61 8,27 0,33 3,84 150 34,28 6,56 0,33 3,13 Khi thời gian điện phân tăng lên, hàm lượng chất DDT, DDD, M giảm, hàm lượng DDE tăng thời gian điện phân 90 120 phút sau 150 phút điện phân hàm lượng DDE giảm, biến đổi hàm lượng DDE nhỏ so với DDT, DDD M (các sản phẩm khác DDT dẫn suất trình điện phân) trình điện phân điện -0,85V Kết cho thấy, trình khử điện hóa DDT điện tĩnh -0,85V đồng thời xảy q trình chuyển hóa hóa học cân hình 3.5 trình khử điện hóa DDT Hình 3.5 Q trình chuyển hóa DDT, DDE DDD [3] 3.3 Ảnh hưởng điện Đường cong i-t, với điện điện phân khác nhau, thời gian điện phân 120 phút giới thiệu hình 3.6 -0,85 -1,30 -150 i, -1,55 -300 -450 -2.0 -600 30 60 90 120 t, phút Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ i-t (t=120 phút) Ta thấy thời gian 120 phút điện lớn cường độ lớn Trong khoảng điện tăng từ -2,0 V lên -1,55 V biến đổi cường độ dòng điện rõ rệt Đến mốc điện - 0,85 V cường độ dòng điện lại giảm so với mốc điện -1,30 V, nhiên giảm cường độ không đáng kể Tại điện điện phân, tỷ lệ % hàm lượng sản phẩm DDT, DDD, DDE M sau thời gian điện phân khác không giống Trong đó, điện điện phân, tỷ lệ % DDE có biến đổi nhỏ so với chất lại Tỷ lệ % hàm lượng sản phẩm %DDT: %DDD: %DDE: %M điện điện phân xác định cụ thể: - Tại điện - 1,30 V: sau 90 phút điện phân 81,5: 12,10: 0,28: 6,08; Tỷ lệ sau 120 phút điện phân tương ứng là: 77,18: 14,91: 0,38: 7,53 sau 150 phút 79,99: 12,98: 0,24: 6,79 - Tại điện - 1,55 V: sau 90 phút điện phân 80,52: 13,01: 0,42: 6,05; Tỷ lệ sau 120 phút điện phân tương ứng là: 74,72: 16,63: 0,82: 7,83 sau 150 phút 80,00: 18,95: 0,89: 9,16 - Tại điện - 2,0 V: sau 90 phút điện phân 80,83: 12,69: 0,45: 6,04; Tỷ lệ sau 120 phút điện phân tương ứng là: 71,00: 18,95: 0,89: 9,16 sau 150 phút 75,69: 15,98: 0,44: 7,89 Điện phân làm thay đổi tỉ lệ khối lượng thành phần DDT DDT, DDE DDD Dù có khác biệt định, tổng thể cho thấy điện điện phân thời gian điện phân, hai khơng có tác động đáng kể đến mức độ thay đổi tỉ lệ DDT thành phần KẾT LUẬN Kết nghiên cứu phổ CV cho thấy, ứng với trình catot điện - V; -1,55 V; -1,3 V - 0,85 V xảy trình chuyển hóa DDT Nghiên cứu ảnh hưởng điện điện phân tới trình biến đổi i-t cho thấy, đường cong i-t chia khoảng phản ứng khác ứng với biến đổi thời gian từ đến 40 phút, từ 40 phút đến 120 phút Tốc độ q trình điện hóa khoảng thời gian khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Đào Thị Ngọc Ánh, 2009 Nghiên cứu phân loại khả phân hủy DDT sinh laccase chủng nấm sợi phân lập từ đất ô nhiễm hỗn hợp thuốc trừ sâu Luận văn thạc sĩ Trường Đại học KHTN, Đại học Thái Nguyên [2] Phan Thị Bình, 2006 Điện hóa ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội [3] Vũ Thị Mai, 2015 Nghiên cứu phân hủy DDT đất ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật hạt Fe0 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà nội [4] Nghiêm Ngọc Minh, Vũ Mạnh Chiến, Đặng Thị Cẩm Hà (2006) Nghiên cứu phân loại khả sử dụng DDT chủng XKNA21 phân lập từ đất ô nhiễm DDT Tạp chí công nghệ sinh học, số (Tập 2): 257-264 [5] Nguyễn Văn Minh cộng (2002), Nghiên cứu phương pháp xử lý chất độc da cam- ddiooxxin tồn lưu phù hợp với điều kiện Việt Nam, Đề tài cấp Bộ Quốc phòng [6] Trịnh Xuân Sén, 2009 Điện hóa học (in lần 3), Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội [7] Trần Quang Thiện, Lê Xuân Quế (2016), Nghiên cứu khử phân hủy DDT phân cực điện hóa, Tạp chí Hóa học [8] Trịnh Thị Thanh, Nguyễn Khắc Linh (2005), Quản lý chất thải nguy hại NXB ĐH QG Hà Nội, Hà Nội 77 Tài liệu tiếng anh [9] A.A Isse, G Sandonà, C Durante, A Gennaro, Voltammetric investgaton of the dissociative electron transfer to polychloromethanes at catalytc and noncatalytc electrodes, [10] A.A Peverly, J.A Karty, D.G Peters, Electrochemical reduction of (1R,2r,3S,4R,5r,6S) - hexachlorocyclohexane (Lindane) at silver cathodes in organic and aqueous–organic media, Journal of Electroanalytcal Chemistry 692 (2013) 66 [11] Adrinens and et al (1999), Emerging technology series, Genetic Engineering and Biotechnology Monitor, No.1 and No.2, 1999 [12] Adrinens and et al (1999), Emerging technology series, Genetic Engineering and Biotechnology Monitor, No.1 and No.2, 1999 [13] Agency for Toxic Substances and Disease Registry (2002) Toxicology profile for DDT, DDE and DDD [14] Dr M.A.S Burton, I Newton, Dr S Dobson, Dr M Gilbert, MR P.D Howe (1989), DDT and its derivatives Environment aspects Environment Health Criteria Geneva, Switzerland, World Health Organization, 83 (1989) [15] Garabrant, D.H., Held, J., Langholz, B., Peter, J.M and Mack (1996) DDT and related compounds and risk of pancreatic cancer, J Natl Cancer Inst, 84 (1996) 764-711 [16] M.P Foley, P Du, K.J Griffith, J.A Karty, M.S Mubarak, K Raghavachari, D.G Peters, Electrochemistry ofsubsttuted salen 30 acetylenic halides, Journal of Electroanalytical Chemistry 647 (2010) 194 [17] National Academy of Sciences (1993), Alternative technologies for the destructon of Chemical Agents and Munitons, Commitee on alternative chemical demilitarization on army science and technology commission on engineering and technical systems national research [18] P Vanalabhpatana, D.G Peters, Catalytc reducton of 1,6dihalohexanes by nickel(I) salen electrogenerated at glassy carbon cathodes in dimethylformamide, Journal of The Electrochemical [19] Zhang, H., Lu.,Y., Dawson, R.W, Shi,Y., Wang,T (2005), “Classification and ordination of DDT and HCH in soil samples from the Guanting Reservoir, China”, Chemosphere, 60 (6), pp 762 – 769 Tài liệu internet [20] www.vietnamsingle.com/f_ans.asp?ID=232989&page=3 [21] https://www.amazon.com/Casarett-Doulls-ToxicologyScience /dp/B0036O0FS [22] http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page [23] http://nilp.vn/chitetchude/id/2813/Phan-loai-va-tac-dung-cua-thuocbao-ve-thuc-vat [24] http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-hocnong[25] nghiep/1895-phan-loai-va-tac-dung-cua-thuoc-bao-ve-thuc-vat.html http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-hocnong[26] nghiep/1895-phan-loai-va-tac-dung-cua-thuoc-bao-ve-thuc-vat.html http://www.POP.org.vn/Portals/0/users/host/082011/ke_hoach_quoc_ gia 31 [27] Viện khoa học vật liệu, http:// www.ims.vast.ac.vn [28] http://uv-vietnam.com.vn/NewwsDetail.aspx?newsId=1334[29] http://luanvan365.com/luan-van/tieu-luan-quan-ly-anh-huongcua- 32 ... tài: Cơ chế phản ứng phân hủy DDT phương pháp tĩnh Mục tiêu chọn đề tài Nghiên cứu chế phản ứng phân hủy DDT phương pháp tĩnh Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu chế phân hủy DDT phương pháp tĩnh. .. pháp xử lý DDT chủ yếu như: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học , 1.4.1 Các phương pháp vật lý ❖ Phương pháp phá hủy vi sóng Plasma Phương pháp tiến hành thiết bị cấu... nồng độ DDT đo sữa mẹ thường sử dụng phép đo tiếp xúc DDT dân cư 1.4 Phương pháp xử lý DDT Có nhiều phương pháp xử lý DDT giới nghiên cứu áp dụng Có thể tóm tắt thành nhóm phương pháp xử lý DDT chủ