5. Phương pháp nghiên cứu
1.4.4.Phương pháp oxi hóa bằng không khí ướ t
Phương pháp này dựa trên cơ chế oxi hóa bằng hỗn hợp không khí và hơi nước ở nhiệt độ cao > 350° с và áp suất 150 atm. Kết quả xử lý đạt hiệu quả 95%. Chi phí cho xử lý theo phương pháp này chưa được nghiên cứu.
1.4.5. Phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ cao
Phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ cao có hai công đoạn chính:
Công đoạn 1 : Công đoạn tách chất ô nhiễm ra hỗn hợp đất bằng phương pháp hóa hơi chất ô nhiễm.
Công đoạn 2: Là công đoạn phá hủy chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao. Dùng nhiệt độ cao có lượng oxi dư để oxi hóa các chất ô nhiễm thành C 02 , H20 , NOx , РгОб-
Ưu điểm của phương pháp xử lý nhiệt độ cao là phương pháp tổng hợp vừa tách chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất ô nhiễm; khí thải rất an toàn cho môi trường (khi có hệ thống lọc khí thải). Hiệu suất xử lý tiêu độc cao > 9 5 %; cặn bã tro sau khi xử lý chiếm tỷ lệ nhỏ (0,01%). Hạn chế của phương pháp này là chi phí cho xử lý cao, không áp dụng cho xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng, cấu trúc đất sau khi xử lý bị phá hủy, khí thải cần phải lọc trước khi thải ra môi trường.
1.4.6. Phương pháp x ử lý tồn dư hóa chẩt BVTV bằng phân hủy sinh học
Việc loại bỏ có hiệu quả tồn dư thuốc BVTV là một trong các khó khăn chính mà nền nông nghiệp phải đối mặt. Yi sinh vật đất được biết đến như những cơ thể có khả năng phân hủy rất nhiều thuốc BVTV dùng toong nông nghiệp. Trong những năm gần đây xu hướng sử dụng vi sinh vật để phân hủy lượng tồn dư thuốc BVTV một cách an toàn được chú trọng nghiên cứu. Phân hủy sinh học tồn dư thuốc BVTV ữong đất, nước, rau quả là một trong những phương pháp loại bỏ nguồn gây ô nhiễm môi 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 nhóm vi sinh vật có sẵn môi trường đất, các sinh vật có khả năng phá hủy sự phức tạp trong cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của thuốc BYTY. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường đất quần thể vi sinh vật trong môi trường đất luôn luôn có khả năng thích nghi đối với sự thay đổi điều kiện sống. Ở trong đất, thuốc BVTV bị phân hủy thành các hợp chất vô cơ nhờ các phản ứng oxi hóa, thủy phân, khử oxi xảy ra ở mọi tầng đất và tác động quang hóa xảy ra ở tầng đất mặt. Nhóm Vi sinh vật đất rất phong phú và phức tạp. Chúng có thể phân hủy thuốc BVTV và dùng thuốc như là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng, cung cấp sinh vật có thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng dẫn tới sự khoáng hóa hoàn toàn sản phẩm thành C 02 , H20 và một số chất khác. M ột số loại thuốc thường chỉ bị một số loài vi sinh vật phân hủy. Nhưng có một số loài vi sinh vật có thể phân hủy được nhiều thuốc BVTY trong cùng một nhóm hoặc ở các nhóm thuốc khá xa nhau. Các nghiên cứu cho thấy trong đất tồn tại rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất photpho hữu cơ, ví dụ như nhóm bacillus mycoides, B.subtilis, proteus vulgaris..., đó là những vi sinh vật thuộc nhóm hoại sinh trong đất.
Quá trình phân hủy thuốc BVTV của sinh vật đất đã xảy ra trong môi trường có hiệu suất chuyển hóa thấp. Để tăng tốc độ phân hủy thuốc BVTV và phù hợp với yêu cầu xử lý, người ta đã tối ưu hóa các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như: pH, môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dưỡng, độ thoáng khí, bổ sung
vào môi trường đất chế phẩm sinh vật có khả năng phân hủy thuốc BVTV. M ột số trở ngại có thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý sinh học là những điều kiện môi trường tại nơi cần xử lý, như sự có mặt của các kim loại nặng độc, nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ cao có thể làm cho vi sinh vật tự nhiên không phát triển được và làm chết vi sinh vật đưa vào, giảm đáng kể ý nghĩa thực tế của xử lý sinh học.
Có những phát minh mới mở rộng khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm môi trường. M ột ví dụ sử dụng các chủng vi sinh vật kháng các dung môi hữu cơ ở nồng độ rất cao. Ngoài ra, với những kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại có thể tạo ra những chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy đồng thời nhiều hóa chất độc hại mà không yêu cầu điều kiện nuôi cấy phức tạp và không 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 nó khi xử lý các chất thải độc hại ngày càng được mọi người chấp nhận.
1.4.7. Phương pháp tách chiết
Phương pháp này dựa vào việc rửa các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy ra khỏi đất. Quá trình rửa tập trung vào việc di dời các chất ô nhiễm hữu cơ khó 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, chi phí thấp và đạt hiệu quả cao.
1.5. Các chất hoạt động bề mặt [5,15,16]
1.5.1. Định nghĩa
Chất hoạt động bề mặt (HĐBM, tiếng anh: surfactant, surface active agent) đó là một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: Đầu ưa nước (Hydrophyl) và đầu kị nước (Hydrophop). Tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào hai phần này.
Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch cacbon từ 8 - 21, ankyl thuộc mạch ankan, anken mạch thẳng hay có gắn vòng xiclo hoặc vòng benzen...
Đầu ưa nước phải làmột nhóm phân cực mạnh như cacboxyl (- COOH), Hydroxyl (-OH), amin(- NH2 ),Sulfat (-OSO3)...
1.5.2. Đ ặc điểm
Chất hoạt động bề mặt được dùng 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. Neu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất HĐBM làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó. Khi hóa chất hoạt hóa bề mặt vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám (micelle, được dịch là mixen), nồng độ mà tại đó 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 đuôi kị 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 thông số là "độ cân bằng ưa kị nước" (tiếng anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị này có thể từ 0 đến 40. HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nước, HLB càng thấp thì càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu.
1.5.3.1. Tính thấm ướt
Tính thấm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nước một cách dễ dàng nên đóng vai trò rất quan trọng.
Vải sợi có khả năng thấm ướt dễ dàng nhưng nước khó thấm sâu vào bên trong cấu ữúc vì sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi vải sợi bị dây bẩn bằng dầu mỡ. Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt của nước và vải sợi - nước.
1.5.3.2. Khả năng tạo bọt
Bọt được tạo thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng. Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lên.
Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+ , M g2+ trong dung dịch chất tẩy rửa.
1.5.3.3. Khả năng hòa tan
- Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước. Nhóm ưa nước ở đầu m ạch dễ hòa tan hơn nhóm ở giữa mạch.
- Chiều dài của mạch hydrocacbon. Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan hơn mạch nhánh . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nhiệt độ
- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+ , K+ dễ hòa tan hơn các ion Ca2+ ,Mg2+...
1.5.3.4. Khả năng nhũ hóa
Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa.
Xà phòng thường được dùng làm chất ổn định nhũ tương. Tác dụng của chúng là giảm sức căng bề mặt của hai hướng dầu - nước. Sau đó, làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định.
1.5.3.5. Điểm Kraft - điểm đục
Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ. Khả năng hòa tan này tăng trưởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạo thành Micell. Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đó các M icell có thể hòa tan được.
Độ tan của các chất hoạt động bề mặt Ni phụ thuộc vào liên kết hydro toong nước với chuỗi polyoxetylen. Năng lượng của liên kết hydro rất lớn khi tăng nhiệt độ vì khi đó sự mất nước làm giảm độ tan. Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đó các chất hoạt động bề mặt Ni không hòa tan được.
1.5.3.6. HLB (tính ưa nước - tỉnh ưa dầu - cân bằng)
HLB là một đơn vị đo lường lưỡng tính đối cực của phân tử Giá trị của HLB
1 -4 không phân tán trong nước 3 -6 ít phân tán
8 - 1 0 phân tán đục nhưng ổn định 13 dung dịch trong
1.5.4. 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 hóa bề mặt thì có thể phân chúng thành các loại sau:
+ Chất hoạt hóa ion: khi bị phân cực thì đầu phân cực bị ion hóa
Chất hoạt hóa ion dương: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện dương, ví dụ: cetyltrimetylamoni bromua (СТАВ), cetyl trimetylammonium bromua (СТАВ), cetyl pyridinium clorua (CPC),polyethoxylated tallow amin (POEA), benzalkonium clorua (ВАС), benzethonium clorua (BZT).
Chất hoạt hóa âm: khi bị phân cực thì đầu phân cực m ang điện âm như natri dodecyl Sulfat (SDS), am oni lauryl Sulfat và các m uối ankyl Sulfat khác,natri laureth sulfat hay natri lauryl ete Sulfat (SLES), ankylbenzen sulfonat, xàphòng và các m uối của axit béo.
+ Chat hoạt hóa phi ion: đầu phân cực không bị ion hóa, ví dụ: ankyl poly (etylen oxit), copolymers của poly (etylen oxit) và poly (propylen oxit) (trong thương mại gọi là các poloxamer hay poloxamin), ankyl polyglucozit bao gồm octyl glucozit, decyl maltosit, các rượu béo, rượu cetyl, rượu oleyl, cocamit MEA, coacmit DEA.
+ Chất hoạt hóa lưỡng cực: khi bị phân cực thì đầu phân cực có thể mang điện âm hoặc mang điện dương tùy vào pH của dung môi, ví dụ:dodecyl dimetylamin oxit, dodecyl betain, dodecyl dimetylamin oxit,cocamidopropyl betain, coco ampho glycinat.
1.5.5. ử ng dụng
Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày, ứ n g dụng phổ biến nhất là bột giặt, sơn, nhuộm,...
Ngoài ra còn có những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như:
+ Trong công nghiệp dệt nhuộm: chất làm mềm cho vải sợi, chất trợnhuộm + Trong công nghiệp thực phẩm: chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa vàđồ hộp. + Trong công nghiệp mỹ phẩm: chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt
+ Trong ngành in: chất trợ ngấm và phân tán mực in + Trong nông nghiệp: là chất để gia công thuốc BVTV
+ Trong xây dựng: dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bêtông
+ Trong dầu khí: chất nhũ hóa dung dịch khoan
+ Trong công nghiệp khoáng sản: làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản.
1.6. Chiết rửa đất [6]
1.6.1. Sắc k í cột [11]
1.6.1.1. Định nghĩa sắc k í (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Định nghĩa của M ikhail s . Tsvett (1996):
Sắc kí là một phương pháp tách trong đó các cấu tử của một hỗn hợp được tách ữên một cột hấp thụ đặt ữong một hệ thống đang chảy.
Định nghĩa của UIPAC (1993):
Sắc kí là một phương pháp tách trong đó cấu tử được tách được phân bố giữa hai pha, một trong hai pha là pha tĩnh đứng yên còn pha kia chuyển động theo một hướng xác định.
1.6.1.2. Phân loại
N gười ta phân loại các phương pháp sắc kí dựa vào cơ chế hoạt động sắc kí: hấp phụ, phân bố, trao đổi ion... và vào tính chất của pha tĩnh cũng như phương pháp thể hiện sắc kí. Ví dụ:
- Phương pháp sắc kí lỏng - rắn trên cột, phương pháp sắc kí phân bố khí lỏng ữên cột.
- Phương pháp sắc kí lỏng - lỏng trên bản phẳng hai chiều.
- Phương pháp sắc kí bố lỏng - lỏng pha ngược áp suất cao trên cột.
Cơ chế sắc kí có nhiều nhưng để thực hiện quá trình sắc kí thì chỉ có hai dạng: dạng cột và dạng bản phẳng (bản kính, polime, kim loại, giấy).
Trong sắc kí cột, pha tĩnh được giữ trong một cột ngắn và pha động được cho chuyển động qua cột bởi áp suất hoặc do trọng lực. Trong sắc kí bản mỏng, pha tĩnh được phủ trên một mặt phang thủy tinh hoặc kim loại.
Bảng 1.3: Phân loại các phương pháp sắc k í cột.
Phân loại chung Phương pháp cụ thể Pha tĩnh Kiểu cân bằng
Sắc kí lỏng (LC) (Pha động: lỏng) - Lỏng - lỏng hoặc phân bố - Pha lỏng liên kết - Lỏng-rắn hoặc hấp thụ trao đổi ion
- Lỏng được phủ trên một chất rắn - Chất hữu cơ được gắn trên một bề mặt rắn - Rắn
Nhựa trao đổi ion
Phân bố - Phân bố giữa chất lỏng và bề mặt liên kết - Hấp thụ, trao đổi ion Sắc kí khí(GC) (Pha động: khí) - Khí - lỏng - Khí - pha liên kết - Khí - rắn - Lỏng được phân bố phủ tên một chất rắn - Chất hữu cơ được liên kết trên một bề mặt rắn - Rắn - Phân bố giữa khí và lỏng - Phân bố giũa lỏng và bề m ặt liên kết - Hấp phụ Sắc kí lỏng siêu tới hạn - Pha lỏng: chất lỏng siêu tới hạn.
- Chất hữu cơ được liên kết một bề mặt rắn. - Phân bố giữa chất lỏng siêu tới hạn và bề mặt liên kết. 1.6.1.3. Nguyên tắc hoạt động
Các cấu tử cần tách trong một hỗn hợp mẫu được vận chuyển bởi pha động đi qua pha tĩnh. M au đi vào tướng động được mang theo dọc hệ thống sắc ký (cột, bản mỏng) có chứa pha tĩnh phân bố đều khắp.
Pha động có thể là pha lỏng hoặc khí, pha tĩnh có thể là một lớp phim được phủ trên bề mặt của chất mang trơ hoặc một bề mặt rắn. Sự tương tác xảy ra giữa các cấu tử với pha tĩnh nhờ đó các cấu tử sẽ phân bố giữa pha động và pha tĩn h .
Sự ái lực khác nhau của các chất tan trên pha tĩnh làm chúng di chuyển với những vận tốc khác nhau trong pha động của hệ thống sắc kí và chúng được tách thành những dải trong pha động và vào lúc cuối của quá trình các cấu tử lần lượt hiện ra theo trật tự tương tác với pha tĩnh, c ấ u tử di chuyển nhanh ra trước, cấu tử bị lưu giữ mạnh hơn ra sau dưới dạng đỉnh (pic) tách riêng rẽ tùy thuộc vào cách tiến hành sắc kí và được biểu thị dưới dạng sắc kí đồ.
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc a) sắc k í cột b) sắc k í bản mỏng
Hình 1.1 minh họa một quá trình tách một hỗn hợp đơn giản gồm hai chất A và B (lực tương tác với pha tĩnh của A < B) theo thời gian.
Cụ thể: Mầu chứa A và B được tiêm vào cột. Khi cho một chất rửa giải bắt đầu chảy qua cột M ầu chứa A và B được tiêm vào cột. Khi cho một chất rửa giải bắt đầu chảy qua cột, phần của mẫu được hòa tan trong pha động được di chuyển tại phần đầu của cột (tại thời điểm t„). Ở đây các cấu tử A và B tự phân bố giữa hai pha.
Tiếp tục cho pha động đi qua cột thì nó sẽ đẩy phần hòa tan này chạy xuống dưới và một sự phân bố mới giữa pha động và pha tĩnh sẽ xảy ra (thời điểm tx). Đồng