Trờn thế giới, việc xử lý 2,4-D, 2,4,5-T được nghiờn cứu với nhiều cỏc phương phỏp và cụng nghệ khỏc nhau Đối với phương phỏp oxi húa ở nhiệt độ thấp, người ta sử dụng cỏc chất oxi húa mạnh để phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T về cỏc chất khụng độc hoặc ớt độc hại với mụi trường Quỏ trỡnh oxi húa diễn ra trong mụi trường nước với cỏc tỏc nhõn như hydropeoxit (H2O2), ozon (O3) hoặc sử dụng kết hợp với cỏc phản ứng Fenton Cú thể kể đến như cụng nghệ xỳc tỏc quang húa Fe2+/H2O2/UV dựng để phỏ huỷ cỏc hợp chất nhiễm trong dung dịch ở pH thấp và dưới ỏnh sỏng tử ngoại 300ữ400 nm Quỏ trỡnh oxi húa diễn ra trong thời gian dưới 30 phỳt với điều kiện dung dịch 5 10-5 M Fe2+ , 1 10-2 M H2O2, T= 25 oC, pH thấp, quang thụng 1,2 1019 1-1s-1, cú thể thờm muối Fe(ClO4)3, muối NaClO4, H2O2 (30%) để tăng hiệu suất xử lý
Một phương phỏp oxi húa khỏc là sử dụng cụng nghệ oxi húa húa học tại chỗ (in-situ chemical oxidation) dựng trong quỏ trỡnh xử lý đất nhiễm cỏc chất da cam dioxin Trong cụng nghệ này người ta bơm trực tiếp dung dịch cỏc tỏc nhõn oxi húa mạnh vào trong mụi trường đất Phản ứng oxi húa diễn ra phỏ huỷ cỏc liờn kết hydrocacbon hỡnh thành cỏc ion khụng độc, muối, O2, CO2 và H2O Cỏc tỏc nhõn oxi húa cú thể kể đến như H2O2, Na2S2O8, KMnO4, O3
xử lý nhanh Tuy nhiờn chi phớ xử lý cao, đối với phương phỏp xử lý bằng cỏc tỏc nhõn oxi húa trong dung dịch cũn sử dụng đến húa chất gõy ụ nhiễm thứ cấp Để khắc phục những nhược điểm này, một số nghiờn cứu đó sử dụng cụng nghệ điện húa, cụng nghệ plasma lạnh trong quỏ trỡnh phõn hủy cỏc chất hữu cơ trong nước mà khụng cần sử dụng đến húa chất gõy ụ nhiễm thứ cấp Trong đú cú thể kể đến như tỏc giả Dargahi A và cộng sự [34] đó khảo sỏt sự phõn huỷ 2,4-D bằng cỏch sử dụng điện cực 3 chiều G/b-PbO2 Kết quả nghiờn cứu cho thấy quỏ trỡnh phúng điện tạo ra gốc tự do OH• đó oxi húa 2,4-D về dưới dạng hợp chất clo phenol, sau đú quỏ trỡnh oxi húa tiếp tục diễn ra qua nhiều giai đoạn tới khi hỡnh thành hợp chất quinon, tiến tới mở vũng hợp chất quinon hỡnh thành cỏc axớt hữu cơ, quỏ trỡnh oxi húa tiếp tục cho đến khi hỡnh thành CO2 và H2O
Cỏc hạt nano Fe0 cũng được sử dụng trong quỏ trỡnh phõn hủy cỏc hợp chất hữu cơ độc hại kể cả cỏc hợp chất cơ clo trong dung dịch Trong mụi trường nước hiếu khớ cỏc hạt nano Fe0 kết hợp với phõn tử oxi hỡnh thành gốc tự do hoạt động OH• theo phản ứng (1 77) đến (1 81) [64] Quỏ trỡnh sử dụng cỏc hạt nano sắt húa trị khụng trong dung dịch đúng vai trũ như phản ứng Fenton gúp phần oxi húa đối với phõn tử 4-clo phenol hỡnh thành quinon [48], phõn hủy phenol thành hydroquinon, axớt oxalic, axớt focmic [49], phõn hủy 2,4-diclophenol thành cỏc axớt hữu cơ kể cả cỏc axớt hữu cơ chưa no, sau đú tiếp tục khoỏng húa cỏc axớt này thành CO2, H2O, Cl- [68] Quỏ trỡnh sử dụng cỏc hạt nano sắt húa trị khụng trong dung dịch khi cú mặt của tia UV do quỏ trỡnh hỡnh thành plasma tạo ra sẽ gúp phần thỳc đẩy sự hỡnh thành gốc tự do OH• làm tăng hiệu quả quỏ trỡnh xử lý chất hữu cơ ụ nhiễm [54] Nghiờn cứu của tỏc giả Nguyễn Đức Hựng và cộng sự cho thấy khi sử dụng dũng điện một chiều cao ỏp phúng điện tạo plasma trờn điện cực sắt cũng gúp phần hỡnh thành cỏc hạt nano sắt húa trị khụng [6] Đõy cú thể được xem là mụi trường
cho quỏ trỡnh hỡnh thành gốc tự do OH• phõn hủy chất hữu cơ ụ nhiễm Ngoài cỏc cụng nghệ đó đề cập ở trờn thỡ tuỳ theo đặc điểm tồn tại của 2,4-D, 2,4,5-T trong mụi trường và điều kiện kinh tế, kỹ thuật mà cú thể ỏp dụng phương phỏp và cụng nghệ xử lý thớch hợp, kết hợp ở từng giai đoạn và cú thể hỗ trợ lẫn nhau Một số phương phỏp được sử dụng cú thể kể đến như: Cụng nghệ oxi húa muối núng chảy (molten salt oxidation) dựng để phõn huỷ cỏc chất thải hữu cơ độc hại và nguy hiểm bằng cỏch sử dụng hỗn hợp muối natri, kali cacbonat núng chảy ở nhiệt độ 700ữ950 oC
Cụng nghệ phun đốt chất lỏng (liquid injection inceneration technology) sử dụng nguyờn lý đốt trờn hai buồng sơ cấp và thứ cấp với nhiệt độ chỏy từ ngọn lửa khoảng 1375ữ1610 oC, nhiệt độ vựng chỏy từ 1100ữ1200 oC, thời gian lưu từ 1ữ2 giõy [10], [43]
Cụng nghệ sử dụng lũ nhiệt hồng ngoại (infrared incineration) với hai buồng đốt chỏy sơ cấp và thứ cấp, điện cực gia nhiệt silic cacbua được đốt núng tới 1850 oC trong 10 phỳt đến 3 giờ Khớ thải sau khi đi ra từ buồng sơ cấp sẽ đi qua hệ thống làm ẩm để loại bỏ cỏc hạt bụi và đi qua hệ thống làm lạnh trước khi thải vào mụi trường
Cụng nghệ lũ phản ứng điện (advanced electric reactor), sử dụng cỏc điện cực cacbon, nhiệt độ cung cấp xấp xỉ 2500 oC Chất thải sau khi đi qua lũ phản ứng bị nung núng tạo thành cỏc sản phẩm thải nhiệt phõn, khớ thải Sau đú cỏc sản phẩm này được đưa đến 2 buồng tiếp theo, buồng thứ nhất cung cấp nhiệt đốt khoảng 1000 oC, buồng thứ hai làm lạnh khớ Sau khi làm lạnh, khớ được đi qua hệ thống cyclone để loại bỏ cỏc hạt rắn, hệ thống tỳi lọc để loại bỏ cỏc hạn mịn, hệ thống dập nước để loại bỏ khớ axớt, clo tự do, hệ thống than cacbon hoạt tớnh để loại bỏ lượng vết của clo và hợp chất hữu cơ [110]
Cụng nghệ xỳc tỏc oxớt kim loại chuyển tiếp ở nhiệt độ cao, cụng nghệ này cú giỏ thành rẻ Thường được sử dụng là cỏc oxit của Ag, V, Cr, Mn, Fe,
Co Xỳc tỏc oxit kim loại được sử dụng trong quỏ trỡnh xử lý cỏc hợp chất hữu cơ ụ nhiễm chứa Cl trong phõn tử, cỏc hợp chất này bị phỏ vỡ cấu trỳc và chuyển húa thành CO2 và H2O [15]
Cụng nghệ khử húa học pha khớ (gas phase chemical reduction) dựng phản ứng khử giữa khớ hydro và cỏc hợp chất hữu cơ chứa clo nhiễm trong đất hoặc trong chất rắn Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao từ 850 oC trở lờn
Cụng nghệ phõn huỷ xỳc tỏc kiềm (base catalysed decomposition) được sử dụng bao gồm hai giai đoạn Giai đoạn đầu chất nhiễm được trộn với nồng độ thấp của cỏc hợp chất cú tớnh kiềm như Na2CO3, NaOH, sau đú gia nhiệt trực tiếp để nõng cao hiệu quả giải hấp từ đất của cỏc chất hữu cơ halogen Giai đoạn hai cỏc hợp chất được gia nhiệt đến 326 oC để cỏc phản ứng trao đổi và chuyển húa diễn ra làm thay đổi cỏc liờn kết giữa hydro và halogen [113] Ngoài ra, một số phương phỏp khỏc cũng được sử dụng cho quỏ trỡnh phõn hủy thuốc bảo vệ thực vật như phương phỏp điện húa [58], phương phỏp siờu õm, phương phỏp điện húa kết hợp với sinh học [41]
Tại Việt Nam, đó sử dụng cỏc phương phỏp xử lý như chụn lấp cụ lập, chụn lấp kết hợp với sinh học [10] Cỏc phương phỏp này yờu cầu thời gian xử lý kộo dài Phương phỏp rửa giải bằng nước kết hợp với cỏc chất hoạt động bề mặt để tỏch loại cỏc hợp chất 2,4-D, 2,4,5-T cũng được nghiờn cứu Cụng nghệ này đó tỏch được 2,4-D, 2,4,5-T với hiệu quả cao, nhưng vẫn cần thờm một cụng đoạn đốt để phỏ hủy cỏc hợp chất này một cỏch hoàn toàn Một số nghiờn cứu cũng đó sử dụng ống nano cacbon để hấp phụ 2,4-D, 2,4,5-T hoặc dựng vật liệu nano Fe0 để phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T Trong những năm gần đõy 2,4-D và 2,4,5-T trong đất được xử lý cựng với dioxin bằng cụng nghệ giải hấp nhiệt, kết quả cho thấy hiệu quả xử lý hoàn toàn Cụng nghệ này đó và đang được chớnh phủ Mỹ sử dụng để hỗ trợ Việt Nam trong quỏ trỡnh tẩy độc và làm sạch chất độc da cam tại sõn bay Biờn Hũa, Đà Nẵng, A So Tuy nhiờn,
cụng nghệ này cú qui mụ lớn, cụng nghệ phức tạp và chi phớ xử lý cao Túm lại, cỏc phương phỏp xử lý nờu trờn đều rất phức tạp đũi hỏi một qui trỡnh cụng nghệ lớn, tiờu tốn vật tư húa chất cũng như năng lượng, một số phương phỏp như phương phỏp sử dụng nhiệt cũn cú sự phỏt thải vào mụi trường khụng khớ, khú kiểm soỏt hoặc yờu cầu cụng nghệ xử lý kốm theo sau quỏ trỡnh đốt Một số cụng nghệ thõn thiện với mụi trường thỡ xử lý chưa triệt để và thời gian xử lý cũn kộo dài Vỡ vậy, việc đưa ra một cụng nghệ khụng quỏ phức tạp để xử lý hoàn toàn 2,4-D , 2,4,5-T là hết sức cần thiết
1 4 Kết luận chương 1
Trờn thế giới và tại Việt Nam, cỏc nghiờn cứu sử dụng kỹ thuật plasma lạnh đa số mới chỉ tập trung vào phõn hủy cỏc đối tượng là hợp chất phenol, phẩm màu hữu cơ và một số hợp chất thuốc bảo vệ thực vật mà chưa thấy cú cụng trỡnh nghiờn cứu nào đề cập đến sự phõn hủy 2,4-D và 2,4,5-T bằng kỹ thuật điện húa dũng một chiều cao ỏp với sự xuất hiện plasma trờn điện cực Đối với axớt 2,4-D và 2,4,5-T là những chất độc ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thỏi Đặc biệt, đõy lại là những chất độc cú vũng thơm và nguyờn tử Cl đớnh trong vũng làm cho hợp chất thờm tớnh bền vững và rất khú phõn huỷ Từ cỏc kết quả tổng hợp nghiờn cứu xử lý 2,4-D, 2,4,5-T nờu trờn cho thấy việc lựa chọn kỹ thuật và cụng nghệ để xử lý cỏc chất này một cỏch hiệu quả là hết sức cần thiết Vỡ vậy, luận ỏn tập trung vào nghiờn cứu sử dụng kỹ thuật điện húa dũng một chiều cao ỏp tạo plasma xuất hiện trờn điện cực với mục đớch xử lý cỏc chất gõy ụ nhiễm mụi trường 2,4-D, 2,4,5-T trong mụi trường nước cú ý nghĩa khoa học và cú tớnh thực tiễn cao
Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 2 1 Đối tượng nghiờn cứu
Đối tượng nghiờn cứu trong luận ỏn là cỏc yếu tố ảnh hưởng đến sự hỡnh thành plasma, sự hỡnh thành cỏc tỏc nhõn hoạt tớnh cao, hiệu suất, cơ chế, động học, cỏc hợp chất trung gian của quỏ trỡnh phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T bằng plasma Khảo sỏt cỏc chỉ số ụ nhiễm mụi trường như COD, TOC, TDS, Cl-, pH trong dung dịch sau quỏ trỡnh xử lý