6. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
2.1. CÁC LOẠI NHỰA VÀ VI NHỰA
2.1.1. Nhựa
Trong vài thập kỷ gần đây, nhựa đã tạo ra một cuộc cách mạng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Trên toàn cầu, chúng ta sử dụng hơn 260 triệu tấn nhựa mỗi năm. Nhựa bao gồm một nhóm rộng các hợp chất hữu cơ đa phân tử polyme được hợp thành từ carbon, oxy, hydro, silicon, clorua, được chiết xuất từ khí thiên nhiên, dầu mỏ tự nhiên và than. Nhựa bao gồm các loại như polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephtalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), low-density polyethylene (LDPE) and high-density polyethylene (HDPE),...
Tuy nhiên nhựa được phân thành nhiều loại tùy theo mục đích:
- Phân loại nhựa theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ thì nhựa được phân thành nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn và đàn hồi.
- Phân loại nhựa theo chức năng của nó thì nhựa được phân thành: + Nhựa thông dụng là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như: PP, PE , PS, PVC, PET, ABS,...
+ Nhựa kỹ thuật là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp như: PC, PA,...
+ Nhựa chuyên dụng là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp.
Nhựa có thể được sử dụng ở một phạm vi nhiệt độ rất rộng, bền với hóa chất và ánh sáng nhưng có thể dễ dàng làm nóng chảy. Những đặc tính này đã khiến nhựa nhiều vật liệu, bao gồm gỗ, giấy, đá, da, kim loại, thủy tinh và
gốm, và hiện tại, chất dẻo có mặt trong một loạt sản phẩm khổng lồ và ngày càng mở rộng, từ kẹp giấy đến phi thuyền.
2.1.2. Vi nhựa
Khái niệm về vi nhựa này lần đầu tiên được đưa ra vào năm 2004 trong một bài báo đăng trên tạp chí Science chỉ các hạt nhựa có kích thước nhỏ hơn 5mm trong môi trường.
Dựa vào nguồn gốc, vi nhựa được chia thành hai nhóm:
+ Vi nhựa sơ cấp là các polyme tổng hợp có kích thước siêu nhỏ, thường có dạng hình cầu hoặc hình trụ được sử dụng trong các mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe hoặc để sản xuất các sản phẩm nhựa lớn.
+ Vi nhựa thứ cấp là các polyme hình thành từ sự phân mảnh của các vật liệu nhựa có kích thước lớn dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau như phân hủy sinh học, phân hủy quang học, phân hủy nhiệt và thủy phân. Sự phân mảnh có thể xảy ra trong suốt các giai đoạn của quá trình sản xuất, sử dụng hoặc khi các sản phẩm được thải ra môi trường.
2.2. CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA VI NHỰA
Ngày càng có nhiều mối quan tâm toàn cầu về tác động tiêu cực của vi nhựa trong nuôi trồng thủy sản cũng như những hậu quả của chúng đối với sức khỏe con người. Cơ thể con người tiếp xúc với vi nhựa thông qua việc ăn phải thực phẩm chứa nó hay hít phải vi nhựa trong không khí hoăc có thể tiếp xúc qua da với các hạt này có trong các sản phẩm, hàng dệt hoặc trong bụi. Nuốt phải được coi là con đường tiếp xúc chính của con người với vi nhựa. Các hạt có thể đi đến hệ tiêu hóa thông qua thực phẩm bị ô nhiễm, dẫn đến phản ứng viêm, tăng tính thấm, thay đổi thành phần và chuyển hóa của vi khuẩn đường ruột. Một nghiên cứu về tác động của vi nhựa đối với tế bào não và biểu mô của con người cho thấy stress oxy hóa là một trong những cơ chế gây độc tế bào ở cấp độ tế bào. Các gốc tự do hình thành do sự phân ly của các liên kết C - H
trong quá trình biến đổi của chất dẻo có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Tuy nhiên, những ảnh hưởng xấu của vi nhựa đến sức khỏe con người vẫn còn nhiều tranh cãi và đang tiếp tục được quan tâm.
BPA và phthalate có thể tích tụ trong các mô của động vật hai mảnh vỏ, có thể chuyển sang người và gây ra các vấn đề sức khỏe do đặc tính phá vỡ hormone của chúng. Theo nghiên cứu cho thấy,ở người lớn nếu lượng BPA hấp thụ hàng ngày vượt quá 0,05 mg/kg ảnh hưởng xấu đến sức khỏe[8].
Một số nhựa có chứa chất phụ gia hóa học độc hại, được sử dụng làm chất hóa dẻo, chất làm mềm hoặc chất chống cháy. Các hóa chất này gồm một số chất gây ô nhiễm hữu cơ dai dẳng (POP) như: parafin clo hóa chuỗi ngắn (SCCP), polychlorinated biphenyls (PCB), polybromodiphenyl ((PBDEs bao gồm tetrabromodiphenyl ether (tetraBDE), pentabromodiphenyl ether (pentaDBE), octabromodiphenyl ether (octaBDE) và decabromodiphenyl ether (decaBDE)), cũng như các chất gây rối loạn nội tiết như bisphenol A BPA) và phthalate [9]. Những hóa chất này có liên quan đến các vấn đề sức khỏe như gây ung thư, bệnh tâm thần, sinh sản và sự phát triển ở con người [10].
2.3. PHƯƠNG PHÁP THU MẪU VI NHỰA2.3.1. Phương pháp thu mẫu 2.3.1. Phương pháp thu mẫu
Tại mỗi bãi biển, một mặt cắt được phát họa từ mép nước đến vị trí phía trước thảm thực vật hoặc các công trình nhân tạo. Trầm tích được thu tại 5 điểm cách đều nhau trên mặt cắt và trộn lại để có được 1 mẫu hỗn hợp đồng nhất đại diện cho trầm tích tại khu vực thu mẫu. Tại mỗi khu vực, mẫu được thu ở 2 độ sâu: từ 0 - 5 cm và từ 5 - 10 cm. Dụng cụ thu mẫu được sử dụng là một ống cứng có đường kính 6 cm và chiều cao 10 cm cùng một thìa kim loại. Tổng thể tích của mẫu tại một vị trí là 700 cm3ở mỗi tầng.
Các mẫu vi nhựa tròn trầm tích ở các bãi biễn Đà Nẵng được thu lấy theo quy trình như sau:
- Bước 1: Thu mẫu trầm tích trên bãi biễn Đà Nẵng tại các điểm khác nhau.
- Bước 2: Mẫu trầm tích sau khi thu về được đồng nhất và sấy khô ở 55°C trong 72 giờ trong tủ sấy. Bước này nhằm mục đích sấy khô mẫu.
- Bước 3: Thực hiện phân tích cho 10 g trầm tích khô cho mỗi điểm thu mẫu. Bước này nhằm xác định và so sánh số lượng vi nhựa tại các điểm khác nhau dọc theo bờ biển Đà Nẵng.
- Bước 4: Để loại bỏ chất hữu cơ, các mẫu được khuấy đều trong 20ml H2O230% và giữ ở 40°C trong 3 giờ.
- Bước 5: Mẫu được sàng qua lưới có kích thước mắt lưới 300 µm nhằm loại bỏ những vật liệu có kích thước dưới 300 µm.
- Bước 6: Phần mẫu chứa các vật liệu có kích thước ≥ 300 µm được tiếp tục đem đi tách bằng quá trình lắng trọng lực với dung dịch NaCl (d= 1,18 g/ml). Phần lớn các loại nhựa có khối lượng riêng xấp xỉ với nước (d ~ 1,00 g/ml) hoặc nhẹ hơn nên sẽ bị nổi lên trên bề mặt trong dung dịch NaCl.
- Bước 7: Phần mẫu chảy tràn có chứa vi nhựa sau đó được lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh (GF/A, kích thước lỗ: 1,6 µm.
- Bước 8: Giấy lọc có chứa vi nhựa được bảo quản và để khô ở nhiệt độ phòng
- Bước 9: Các mẫu được quan sát dưới kính hiển vi chuyên dụng để xác định màu sắc và kích thước.
- Bước 10: Từng mẫu vi nhựa sẽ được đo Raman để xác định loại vi nhựa trong thành phần cấu tạo.
Quá trình xử lý mẫu được mô tả như ở sơ đồ ở Hình 2.1
Hình 2.1. Sơ đồ các bước tách thu hồi vi nhựa trong trầm tích. 2.4. PHỔ RAMAN CỦA MỘT SỐ LOẠI NHỰA PHỔ BIÊN
Các vật dụng hằng ngày của con người được chế tạo từ nhiều loại nhựa khác nhau. Để xác định được thành phần của các loại nhựa đó, phương pháp chính xác và không phá hủy mẫu là đo phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại kết hợp so sánh kết quả đo được với kết quả đo chuẩn đã được công bố. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp đo phổ Raman.
Raman chính của chúng.
2.4.1. Polypropylene (PP)
2.4.1.1. Cấu tạo và cấu trúc nhựa
Polypropylene là một loại nhựa nhiệt dẻo dai, cứng và tinh thể được sản xuất từ monome propen (hoặc propylene). Nó là một loại nhựa hydrocacbon mạch thẳng. Công thức hóa học của polypropylene là (C3H6)n. PP là một trong những loại nhựa rẻ nhất hiện nay. Cấu trúc phân tử của PP được trình bày trong hình 2.2 [11].
Hình 2.2. Cấu trúc phân tử của PP
2.4.1.2. Các đỉnh phổ Raman
Các đỉnh phổ Raman chính của PP được liệt kê trong bảng 2.1 [12]. Các đỉnh phổ này có được do dao động của các nhóm CH, CH2, CH3 bị kéo căng, rung lắc hoặc bị xoắn.
Bảng 2.1. Bảng phổ Raman chuẩn của Polypropylene (PP) [12].
Số sóng
(cm-1) Nhóm hoạt động chính
2952 CH3bất đối xứng bị kéo căng 2920 CH2bất đối xứng bị kéo căng
2905 CH bị kéo căng
2883 CH3bất đối xứng bị kéo căng 2871 CH2bất đối xứng bị kéo căng 2840 CH2bất đối xứng bị kéo căng
1458 CH3bất đối xứng bị uốn cong, CH2bị uốn cong 1435 CH3bất đối xứng bị uốn cong
1371 CH3bất đối xứng bị uống cong, CH2 bị rung lắc, CH bị uốn cong, C-C mạch chính bị kéo căng
1360 CH3bất đối xứng bị uốn cong, CH bị uốn cong
1330 CH bị uốn cong, CH2bị xoắn
1306 CH2bị rung lắc, CH2bị xoắn
1296 CH2bị rung lắc, CH bị uốn cong, CH2bị xoắn 1257 CH bị uốn cong, CH2bị xoắn, CH3bị rung chuyển
1219 CH2bị xoắn, CH bị uốn cong, C-C mạch chính bị kéo căng
1167 C-C mạch chính bị kéo căng, CH3bị rung chuyển, CH bị uốn cong 1152 C-C mạch chính bị kéo căng, C-CH3bị kéo căng, CH bị uốn cong,
CH3bị rung chuyển
1102 C-C mạch chính bị kéo căng, CH3bị rung chuyển, CH2bị rung lắc, CH bị xoắn, CH bị uốn cong
1040 C-CH3bị kéo căng, C-C mạch chính bị kéo căng, CH bị uốn cong 998 CH3bị rung chuyển, CH bị uống cong, CH2bị rung lắc
973 CH3bị rung chuyển, C-C mạch chính bị kéo căng 941 CH3bị rung chuyển, C-C mạch chính bị kéo căng
900 CH3bị rung chuyển, CH2 bị rung chuyển, CH bị uốn cong
2.4.2. Polyethylene terephthalate (PET)
2.4.2.1. Cấu tạo và cấu trúc nhựa
Polyethylene terephthalate (PET) là một loại polymer nhiệt dẻo đa năng thuộc họ polyme polyester. Nhựa polyester được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính như khả năng chống cơ học, nhiệt, hóa chất cũng như độ ổn định về kích thước. PET là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo được tái chế nhiều nhất trong các loại nhựa được sử dụng phổ biến hiện nay.
Công thức hóa học của PET là (C10H8O4)n. Cấu trúc phân tử của PET được trình bày trong hình 2.3 [13].
Hình 2.3. Cấu trúc phân tử của PET
Bảng 2.2 mô tả phổ Raman của PET [14]. Mỗi đỉnh đặc trưng cho nhựa chuẩn PET sẽ tương ứng với một số liên kết dao động chính trong vật liệu.
Bảng 2.2. Bảng phổ Raman của PET Số sóng (cm-1) Nhóm hoạt động chính
1727 C=O bị kéo căng
1613 C=O bị kéo căng, vòng
1458 CH biến dạng, chủ yêu là glycol vô định hình 1414 CC bị kéo căng, vòng
1374 CH2bị rung lắc
1290 Vòng, O-C bị kéo căng 1286 Vòng, O-C bị kéo căng
1183 CH bị uốn cong trên một mặt phẳng, vòng 1118 CH bị uốn cong trên một mặt phẳng
1097 C-O bị kéo căng
1000 C-C bi kéo căng, glycol
886 CH2 bị rung chuyển, glycol vô định hình
857 C-C
796 C-H không đồng phẳng, vòng 704 C-C-C không đồng phẳng, vòng 632 C-C-C bị uốn đồng phẳng, vòng
2.4.3. Polyamide (PA)
2.4.3.1. Cấu tạo và cấu trúc nhựa
Polyamide hay Nylon là một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật hiệu suất cao chính vì tính chất cân bằng tốt của nó. Polyamide chứa các liên kết amide lặp lại, tức là –CO - NH–. Nó được hình thành bằng cách ngưng tụ các đơn vị giống hệt nhau, các chất đồng trùng hợp với các đơn vị khác nhau.
Có nhiều loại Nylon khác nhau, trong đó Nylon 6,6 là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật phổ biến nhất và được sử dụng chủ yếu để thay thế kim loại trong các ứng dụng khác nhau. Nylon 6,6 được tổng hợp bằng
cách trùng ngưng hexametylene diamine và axit adipic (hai monomer mỗi loại chứa 6 nguyên tử cacbon) [15].
Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của Nylon 6,6
Nylon 6,12 sở hữu các đặc tính tương tự như Nylon 6,6. Tuy nhiên, Nylon 6,12 có tốc độ hấp thụ nhiệt độ cao hơn và độ hút nước thấp hơn so với Nylon 6,6.
2.4.3.2. Các đỉnh phổ Raman
Bảng 2.3 mô tả phổ Raman của Nylon 6,12 [16]. Nhìn vào Bảng 2.3 ta có thể thấy mỗi đỉnh đặt trưng cho nhựa chuẩn Nylon 6,12 sẽ tương ứng với một số liên kết dao động chính trong vật liệu.
Bảng 2.3. Bảng phổ Raman chuẩn của Nylon 6,12. Số sóng (��−�) Nhóm hoạt động chính
3301 N - H bị kéo căng
2925 CH2không đối xứng bị kéo căng 2900 CH2đối xứng bị kéo căng
2886 CH2đối xứng bị kéo căng 2850 CH2đối xứng bị kéo căng 1634 Amide I (C = O) 1437 CH2bị uốn cong 1374 CH2bị rung lắc 1296 CH2bị xoắn 1261 Amide III 1240 N - H bị rung lắc 1140 C - C bị kéo căng 1128 C - C bị kéo căng
Số sóng (��−�) Nhóm hoạt động chính 1093 C - C bị kéo căng 1062 C - C bị kéo căng 948 C - CO bị kéo căng 861 CH2bị rung chuyển 630 Amide IV (C = O) 580, 620 Amide VI (N - H) 2.4.4. Polyvinylchloride (PVC)
2.4.4.1. Cấu tạo và cấu trúc nhựa
Polyvinyl Clorua (PVC) là một polyme nhựa nhiệt dẻo kinh tế và linh hoạt được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng và xây dựng để sản xuất các loại cửa và cửa sổ, đường ống (nước uống và nước thải), dây và cáp cách điện, thiết bị y tế,... Đây là loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo được sản xuất lớn thứ ba sau polyetylen và polypropylen.
Nó là một vật liệu rắn màu trắng, giòn, có sẵn ở dạng bột hoặc hạt. Do các đặc tính linh hoạt của nó, chẳng hạn như nhẹ, bền, chi phí thấp và khả năng gia công dễ dàng, PVC hiện đang thay thế các vật liệu xây dựng truyền thống như gỗ, kim loại, bê tông, cao su, gốm sứ, ... trong một số ứng dụng.
Vinyl clorua monome được sản xuất từ quá trình clo hóa etylen và nhiệt phân tạo ra etylen diclorua trong một đơn vị cracking. PVC (nhiệt độ chuyển thủy tinh: 70-80 °C) được sản xuất bằng cách trùng hợp monome vinyl clorua. Công thức hóa học của PVC là (C2H3Cl)n. Cấu trúc của PVC được chỉ ra trong hình 2.5 [17].
Hình 2.5. Cấu trúc phân tử của PVC.
2.4.4.2. Các đỉnh phổ Raman
Bảng 2.4 mô tả phổ Raman của Polyvinylchloride (PVC) [18]. Nhìn vào Bảng 2.4 ta có thể thấy mỗi đỉnh đặt trưng cho nhựa chuẩn PVC sẽ tương ứng với một số liên kết dao động chính trong vật liệu.
Bảng 2.4. Bảng phổ Raman chuẩn của Polyvinylchloride (PVC) Sốsóng (��−�) Nhóm hoạt động chính
614 Pha vô định hình, Phân tử syndiotactic ở dạng đồng phân trans
637 Pha kết tinh, C-Cl bi kéo căng 639 Pha vô định hình, phân tử isotactic
696 Pha vô định hình
2819 C - H bị kéo căng
2851 CH2đối xứng bị kéo căng
2914 CH2không đối xứng bị kéo căng 2940 CH2không đối xứng bị kéo căng
2975 C-H bị kéo căng
2.4.5. Polyethylene (PE)
2.4.5.1. Cấu tạo và cấu trúc nhựa
Polyethylene (PE) là một loại nhựa nhiệt dẻo nhẹ, bền với cấu trúc tinh thể thay đổi. Nó là một trong những loại nhựa được sản xuất rộng rãi nhất trên thế giới. Polyethylene được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau cho màng,
ống, bộ phận nhựa, cán mỏng, v.v. ở một số thị trường (bao bì, ô tô, điện, v.v.). Polyethylene được tạo ra từ sự trùng hợp của monome ethylene. Công thức hóa học Polyethylene là (C2H4)n [19].
Hình 2.6. Cấu trúc phân tử của Polyethylene
2.4.5.2. Các đỉnh phổ Raman
Phổ Raman của PE được thể hiện ở Bảng 2.5 [20]. Phổ Raman bao gồm các đỉnh đặc trưng của PE, mỗi đỉnh đặt trưng cho một số liên kết dao