Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu tỉ lệ khối lượng các hợp chất DDT thành phần tách chiết từ đất ô nhiễm bằng hệ dung môi QH2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN NGỌC MAI

NGHIÊN CỨU TỈ LỆ KHỐI LƯỢNG
CÁC HỢP CHẤT DDT THÀNH PHẦN
TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM
BẰNG HỆ DUNG MÔI QH2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

HÀ NỘI - 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN NGỌC MAI

NGHIÊN CỨU TỈ LỆ KHỐI LƯỢNG

CÁC HỢP CHẤT DDT THÀNH PHẦN
TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM
BẰNG HỆ DUNG MÔI QH2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Quang Hợp

HÀ NỘI - 2018


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành tốt khóa luận này, với sự biết ơn và lòng kính
trọng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo TS.
Nguyễn Quang Hợp đã hướng dẫn tận tình dìu dắt, giúp đỡ, luôn tạo điều
kiện tốt nhất trong suốt quá trình em thực hiện khóa luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo trường Đại học sư
phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm cùng các thầy cô giáo khoa Hóa Học đã
dành tâm huyết để truyền đạt cho em vốn kiến thức quý báu cũng như tạo
mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt quá trình học tập và hoàn
thành được khóa luận này.
Em xin cảm ơn bạn bè và người thân luôn bên cạnh ủng hộ, giúp đỡ
và khích lệ để e hoàn thành tốt việc học tập của mình.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018.
Sinh viên

Nguyễn Ngọc Mai

Nguyễn Ngọc Mai

K40C - Khoa Hóa Học


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BVTV

Bảo vệ thực vật

DDD

Dichlorodiphenyldichloroethane

DDD tongTổng lượng hóa chất có liên quan đến DDD
DDE

Dichlorodiphenyldichloroethylene

DDE tong

Tổng lượng hóa chất có liên quan đến DDE

DDT

Dichlorodiphenyltrichloroethane

DDT tong

Tổng lượng hóa chất có liên quan đến DDT

GC

Gas Chromatography

GC/MS

Gas Chromatography Mass Spectometry

HCBVTV

Hóa chất bảo vệ thực vật

LD50 (chuột)

Liều lượng chất độc gây chết cho một nửa (50%) số
chuột dùng trong nghiên cứu

MS

Mass Spectometry

POP

Persistent organic pollutants

UV

Tia cực tím

Nguyễn Ngọc Mai

K40C - Khoa Hóa Học


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT .......................................................... 4
Hình 1.2. Quy trình tiêu hủy HCBVTV.................................................... 14
Hình 3.1. Lượng các chất trong lần chiết 1 bằng dung môi QH2 ............. 21
Hình 3.2. Lượng các chất trong lần chiết 2 bằng dung môi QH2 ............. 22
Hình 3.3. Lượng các chất trong lần chiết 3 bằng dung môi QH2 ............. 23
Hình 3.4. Tổng lượng các chất tách chiết bằng dung môi QH2 ............... 24
Hình 3.5. Lượng chất DDE trong các lần chiết bằng dung môi QH2....... 25
Hình 3.6. Lượng chất DDD trong các lần chiết bằng dung môi QH2 ...... 25
Hình 3.7. Lượng chất DDT trong các lần chiết bằng dung môi QH2....... 26
Hình 3.8. Lượng POP các lần chiết bằng dung môi QH2......................... 26
Hình 3.9. Hiệu suất chiết tách POP bằng dung môi QH2......................... 27
Hình 3.10. Tỉ lệ các DDT thành phần của lần chiết 1 bằng QH2 ............. 28
Hình 3.11. Tỉ lệ các DDT thành phần của lần chiết 2 bằng QH2 ............ 29
Hình 3.12. Tỉ lệ các DDT thành phần của lần chiết 3 bằng QH2 ............. 30
Hình 3.13. Tỉ lệ tổng các hợp chất nhóm DDT chiết được bằng QH2 ..... 31

Bảng 1. Phân loại độc tính của tổ chức y tế thế giới WHO ........................ 5

Nguyễn Ngọc Mai

K40C - Khoa Hóa Học


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1

.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..................................................................... 3
1.1. Một vài nét khái quát về hóa chất BVTV ..................................................... 3
1.1.2. Giới thiệu chung về DDT ........................................................................... 4
1.2. Hiện trạng ô nhiễm hóa chất BVTV ở Việt Nam.......................................... 7
1.3. Các phương pháp xử lý hóa chất BVTV ....................................................... 9
1.3.1. Phương pháp thủy phân .......................................................................... 9
1.3.2. Phương pháp điện hoá ................................................................... 10
1.3.3. Phương pháp hấp phụ .................................................................... 10
1.3.4. Phương pháp chôn lấp........................................................................... 10
1.3.5. Phương pháp dùng thiêu đốt trong lò ở nhiệt độ cao ........................ 11
1.3.6. Phân huỷ bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời........ 11
1.3.7. Phá huỷ bằng vi sóng Plasma............................................................... 12
1.3.8. Biện pháp ozon hoá/UV......................................................................... 12
1.3.9. Biện pháp oxy hoá bằng không khí ướt ............................................... 13
1.3.10. Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao ..................................................... 13
1.3.11. Biện pháp xử lý bằng phân huỷ sinh học ......................................... 14

.
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 15
2.1. Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 15

2.1.1. Phương pháp chiết rửa đất ô nhiễm................................................ 15
2.1.2. Sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS (Gas Chromatography Mass
Spectometry).............................................................................................. 15
2.1.3. Phần mềm ứng dụng xử lý số liệu ................................................... 16
2.2. Thực nghiệm ............................................................................................... 17

2.2.1. Hóa chất và dụng cụ ....................................................................... 17

Nguyễn Ngọc Mai

K40C - Khoa Hóa Học


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.2.2. An toàn thí nghiệm .......................................................................... 17
2.2.3. Tiến hành thí nghiệm....................................................................... 18
2.2.3.1. Tiến hành với dung môi QH2 [9]................................................. 18
2.2.3.2. Tách chiết bằng hệ dung môi QH2 .............................................. 18
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................... 21
3.1. Hàm lượng các hợp chất DDT tách chiết được qua các lần chiết...... 21
3.1.1. Chiết lần 1 ....................................................................................... 21
3.1.2. Chiết lần 2 ....................................................................................... 21
3.1.3. Chiết lần 3 ....................................................................................... 22
3.1.4. Tổng lượng chất tách được sau 3 lần chiết..................................... 23
3.2. Hàm lượng các DDT thành phần tách được qua các lần chiết........... 24
3.2.1. Hàm lượng DDE ............................................................................. 24
3.2.2. Lượng chất DDD............................................................................. 25
3.2.3. Lượng chất DDT ............................................................................. 25
3.2.4. Tổng hàm lượng DDT tách chiết được ........................................... 26
3.3. Hiệu suất tách chiết ..................................................................................... 27
3.4. Tỉ lệ của khối lượng các hợp chất DDT thành phần tách chiết................... 28

3.4.1. Tỉ lệ các hợp chất của lần chiết 1 ................................................... 28
3.4.2. Tỉ lệ các hợp chất của lần chiết 2 ................................................... 29
3.4.3. Tỉ lệ các hợp chất của lần chiết 3 ................................................... 30
3.4.4. Tỉ lệ tổng các hợp chất chiết tách được .......................................... 31
KẾT LUẬN .............................................................................................. 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 34

Nguyễn Ngọc Mai

K40C - Khoa Hóa Học


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam là một trong những nước phát triển chủ yếu về nông
nghiệp. Đây là một ngành kinh tế quan trọng đem lại sự tăng trưởng GDP
và đóng góp tích cực vào nền kinh tế của đất nước. Bên cạnh đó là sự phát
triển ngành công nghiệp sản xuất hóa chất. Để bảo vệ cây trồng, đem lại
hiệu quả và năng suất cao hóa chất BVTV đã được sử dụng rộng rãi và
ngày càng nhiều. Do đó khi sử dụng một lượng lớn hóa chất BVTV sẽ gây
ảnh hưởng xấu tới môi trường. Các loại chất này sẽ tồn lưu một phần
trong môi trường đất, nước và không khí. Nhưng việc xử lý các loại chất
này lại gặp nhiều khó khăn và trở ngại. Các chất này chủ yếu đều là hợp
chất hữu cơ khó phân hủy và độc hại được gọi là các chất POP đặc biệt là
DDT, DDD, DDE,…
Với tình hình thực tiễn như vậy, nhiều biện pháp xử lý đã được
nghiên cứu để làm giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam đã
áp dụng một số biện pháp đơn giản chủ yếu là chôn lấp hoặc thiêu đốt.
Còn trên thế giới có các biện pháp tiên tiến hơn. Đã có nhiều vật liệu hấp
phụ được chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, xơ dừa, lõi
ngô,… Ngoài ra còn có các vật liệu đã được nghiên cứu như polypyrole,
polystyrene [14, 15]. Tuy nhiên đây là loại polymer khó tổng hợp và giá
thành lại cao. Vì vậy, một loại vật liệu dễ tổng hợp, giá thành thấp hơn
nhưng có khả năng dẫn điện tốt và thân thiện với môi trường được các nhà
khoa học lựa chọn đó là polyaniline.
Để xử lý làm sạch đất tồn lưu một lượng hóa chất BVTV góp phần
vào việc xử lý ô nhiễm môi trường đất, tôi đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu tỉ lệ khối lượng các hợp chất DDT thành phần tách
chiết từ đất ô nhiễm bằng hệ dung môi QH2”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu tách chiết các hợp chất DDE, DDD, DDT ra khỏi đất
bị ô nhiễm bằng hệ dung môi QH2.

Nguyễn Ngọc Mai

1

K40C - Khoa Hóa Học


- Đánh giá, so sánh tỉ lệ khối lượng các chất DDT, DDD, DDE tách
chiết được từ đất ô nhiễm với tỉ lệ của chúng có trong đất ô nhiễm
ban đầu.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tình hình ô nhiễm đất hiện nay.
- Nghiên cứu chiết tách thuốc BVTV khó phân hủy trong đất bằng hệ
dung môi QH2.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Đọc và tìm hiểu tài liệu có liên quan tới phụ gia gốc ancol và hóa
chất BVTV.
- Sử dụng phương pháp phân tích hàm lượng các hợp chất DDT
trong đất và nước bằng GC/MS.
- Đánh giá, phân tích và xử lí số liệu thu được bằng các phần mềm
chuyên dụng.
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn
Kết quả của việc nghiên cứu là cơ sở khoa học để xử lý lượng hóa
chất thuốc BVTV tồn dư trong đất với phương pháp sử dụng dung môi
thích hợp giá thành hợp lý, thân thiện với môi trường.
Nếu đề tài được nghiên cứu sâu và kỹ lưỡng hơn thì có thể áp dụng
vào thực tiễn để xử lý có hiệu quả nhất với chi phí thấp.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Một vài nét khái quát về hóa chất BVTV
1.1.1. Khái niệm
Hóa chất BVTV là những hợp chất hóa học (vô cơ, hữu cơ), những
chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến
trùng,…), những chất được làm từ thực vật, động vật được sử dụng để bảo
vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hoại của các sinh vật gây hại
như: côn trùng, nấm, nhện, chim, chuột, vi khuẩn, cỏ dại,…[11].
Theo qui định tại điều 1, chương 1, điều lệ quản lí thuốc BVTV,
ngoài tác dụng phòng trừ sinh vật gây hại, còn có các chế phẩm giúp sinh
vật tăng trưởng, làm rụng lá hoặc khô cây, xua đuổi hoặc thu hút các sinh
vật gây hại để tiêu diệt giúp cho việc thu hoạch bằng các máy móc, cơ
giới được thuận tiện hơn [11].
Các chất khác nhau sẽ có con đường nhiễm độc khác nhau. Các vấn
đề sức khỏe liên quan đến hóa chất BVTV là kết quả của quá trình tiếp
xúc, chủ yếu thông qua các con đường:
- Qua hệ tiêu hóa
- Qua da
- Qua hệ hô hấp [10].
Ở Việt Nam, lượng HCBVTV đã sử dụng là gần 200 các loại hóa
chất trừ sâu, 52 loại hóa chất diệt cỏ, 83 loại hóa chất thuốc trừ bệnh dịch,
8 loại hóa chất diệt chuột và 9 loại hóa chất để kích thích sinh trưởng. Bên
cạnh đó các loại HCBVTV khác đã được nhập trái phép vào nước ta với
số lượng không nhỏ. Trong đó có cả DDT, một loại hóa chất đã bị cấm sử
dụng trong nông nghiệp [1].


1.1.2. Giới thiệu chung về DDT
- Cấu trúc của DDT
Năm 1874 người ta đã phát hiện ra một loại hóa chất tỏng hợp đó
là DDT. Tuy nhiên thuộc tính của nó thì cho đến năm 1939 mới được tìm
ra. DDT gồm 14 hợp chất hữu cơ có các dạng tương đồng về tính chất
như: 77,1% là p,p’-DDT; 14,9% là o,p’- DDT; 0,3% p,p’-DDD; 0,1% là
o,p’-DDD; 4% là p,p’-DDE; 0,1% là o,p’-DDE; sản phẩm khác là 3,5%
[16,17]. DDT cũng có thể chứa DDE (1,1-dichloro-2,2-bis(pchlorophenyl)ethylene) và DDD (1,1-dichloro-2,2-bis(pchlorophenyl)ethane) đây là những chất nhiễm bẩn và gây ô nhiễm trong
quá trình sản xuất. Để diệt trừ sâu hại người ta cũng có thể sử dụng DDD,
tuy nhiên hiệu quả lại kém hơn nhiều so với DDT. Cả 2 chất này đều là
những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất DDT.
- Công thức hóa học của DDT: C14H9Cl5
- Tên khoa học (IUPAC): diclor diphenyl triclorethan
- Cấu trúc phân tử của DDT: [20]

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT
- Tính chất của DDT
Khối lượng phân tử: 354,49
Trạng thái: chất bột vô định hình màu trắng
Nhiệt độ nóng chảy: khoảng 108,5 - 109ºC
-5

-7

Áp suất bay hơi: 2,53 x10 Pa (1,9.10 mmHg) ở 20ºC [20]
-2

-2

Độ tan: DDT tan ít trong nước, khoảng 0,31.10 - 0,34.10 mg/L
(tại 25ºC) nhưng lại có thể giữ nước và tan tốt trong các dung môi hữu cơ,
hydrocarbon thơm, ketone, este, acid carboxylic, dẫn xuất halogen…


Tuy nhiên lại tan kém trong các dung môi hydrocarbon mạch thẳng
và mạch vòng no [2].
Khả năng hoà tan của DDT trong nước: thấp (hệ số hấp phụ cao)
nên DDT thường bị hấp phụ trong đất đá, trầm tích hay cặn bùn. Trong
phân hủy sinh học DDT thì đây là điều đóng một vai trò quan trọng [2].
Tính chất: DDT có thể cháy trong không khí sinh ra khí độc hại và
gây cay mắt. Tác dụng được với các chất có tính oxi hóa mạnh hoặc các
chất kiềm. Đặc biệt có thể khử mạnh khi tác dụng với Fe. Dư lượng DDT
trong đất ở mức tối đa là 0,01 mg/kg [2].
- Độc tính
Độc tính của một chất phụ thuộc vào các yếu tố như:
Con đường xâm nhập vào cơ thể (tiêu hóa, hô hấp,…)
Đặc điểm của đối tượng (tuổi, giới, tình trạng sức
khỏe,…) Trạng thái tồn tại (rắn, lỏng, khí)
Tính chất hóa học, vật lý của chất.
Theo tổ chức Y tế thế giới, độc tính của một chất được phân loại
thông qua giá trị liều lượng cần thiết để làm chết 50% số lượng vật thí
nghiệm (LD50) được chỉ ra ở Bảng 1 [3].
Bảng 1. Phân loại độc tính của tổ chức y tế thế giới WHO
(LD50 mg/kg.ngày, chuột nhà) [3]
P
Qua Qua
n
m
d
ThểT T Thể
n
l
h r l
ó ắ ỏ 10 ỏ40
Đ
ộc 5 2 1 4
Đ 5 -20- 1 - 40ộcII.
0 50 20 10 4
tr Đ5 -20- 1 - –
unB0 00 00 40
h


III
50
2000
Đ . - 0 - 1000
ộc I 20> 30 >
KhônV2
g độc 0

4

3
0

- Ảnh hưởng đến con người
DDT gây bệnh cho con người qua con đường phơi nhiễm trực tiếp
hoặc gián tiếp. Phơi nhiễm trực tiếp có thể qua da hoặc quá trình hít thở
rồi vào phổi. Phơi nhiễm gián tiếp thông qua quá trình ăn uống các loại
thực phẩm đã bị nhiễm DDT, cũng như các loài sinh vật sống trong vùng
bị ô nhiễm, theo đường tiêu hóa DDT sẽ đi vào cơ thể sau đó tích tụ theo
thời gian ở gan và các mô mỡ của con người.
DDT gây ảnh hưởng cấp tính và mãn tính:
Ảnh hưởng cấp tính: Trong thời gian ngắn DDT đi vào cơ thể con
người có thể gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thần kinh gây ra các triệu
chứng run rẩy, nôn mửa, đổ mồ hôi, nhức đầu chóng mặt thậm chí gây co
giật dẫn đến tử vong nếu không được cấp cứu và chữa trị kịp thời. Nếu bị
nhiễm với nồng độ DDT thấp thì sẽ cảm thấy mệt mỏi, nhức đầu, bị tê các
đầu ngón tay ngón chân,…dẫn đến không muốn hoạt động. Nếu nhiễm
nồng độ DDT cao thì người bị nhiễm có thể mất trí nhớ, các cơ và ngực bị
co thắt gây khó thở có thể bị động kinh [10].
Ảnh hưởng mãn tính: Nếu chất độc trong cơ thể một thời gian dài sẽ
gây sơ gan, ảnh hưởng đến việc sinh sản và các tuyến nội tiết như tuyến
giáp trạng, nang thượng thận,…Nếu không kịp phát hiện và thời gian tích
tụ chất độc lâu hơn nữa sẽ dẫn đến các bệnh ung thư. Đối với người đang
mang thai có thể gây xảy thai hoặc sinh non, thai nhi sẽ bị dị tật bẩm sinh
và chậm phát triển. Khi trẻ con bú sữa mẹ hay sữa tươi bị nhiễm DDT thì
cũng sẽ bị nhiễm thông qua con đường trực tiếp hoặc gián tiếp. Rất nhiều
người dân sống trong vùng bị ô nhiễm DDT đã bị các bệnh ung thư hay


ảnh hưởng về đường tiêu hóa, thần kinh. Điều này chứng tỏ hậu quả
nghiêm trọng của việc ô nhiễm DDT gây ra [10].
DDT xâm nhập vào cơ thể con người qua đường tiêu hóa là chủ
yếu, cao hơn rất nhiều lần so với liều lượng cho phép của OMS
(0,05ppm), của Liên Xô (0,14ppm) và của Hungari (0,13ppm) [18].
DDT gây ra các bệnh ung thư
Khả năng gây ưng thư cho người của DDT được phân thành 2
nhóm:
Nhóm 1: Gồm các chất gây ung thư cho con người.
Nhóm 2: Gồm các chất có khả năng gây ung thư cho con người.
Nhiều thí nghiệm nghiên cứu đã cho thấy DDT gây ung thư ở các
động vật thí nghiệm. Chính vì vậy, cơ quan Quốc tế Nghiên cứu ung thư
(International Agency for Reseach on Cancer, IARC) đã làm thí nghiệm
và phân loại DDT là chất có khả năng gây ung thư vào năm 1991. DDT
được xếp vào nhóm 2B theo Cục bảo vệ Môi trường Mỹ [10].
DDT gây các ảnh hưởng khác:
DDT gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh và hệ nội tiết của con người.
Khi bị nhiễm độc ở liều cao sẽ gây đau đầu, buồn nôn, dị ứng và gây co
giật. Có các triệu chứng của ngộ độc như chán ăn, giảm cân, mất ngủ, đổ
nhiều mồ hôi và ảnh hưởng về da và tóc [10].
1.2. Hiện trạng ô nhiễm hóa chất BVTV ở Việt Nam
Trước đây, đối với nhiều quốc gia trên thế giới, DDT đóng một vai
trò quan trọng đối với nền nông nghiệp và được sử dụng với một lượng rất
lớn. Mỹ là một nước phát triển nông nghiệp với lượng hóa chất BVTV
được sử dụng nhiều nhất chiếm 1/3 tổng số hoá chất BVTV trên toàn thế
giới. Hóa chất chủ yếu là thuốc diệt cỏ. Ngoài ra còn một số nước cũng sử
dụng nhiều hóa chất BVTV như Châu Âu (30%), và nước còn lại là 20%
(Pak J. Weed Sci. Res., 2007) [4, 5].


Ở Việt Nam, từ những năm 40 của thế kỷ XX hóa chất BVTV đã
được sử dụng để bảo vệ cây trồng. Theo thống kê vào năm 1957, miền
Bắc của nước ta đã sử dụng khoảng 100 tấn. Nhưng đến năm 1985 thì
khối lượng hóa chất BVTV tăng lên khoảng 6.500 - 9.000 tấn hàng năm.
Vào 3 năm gần đây, 70.000 - 100.000 tấn hóa chất BVTV đã được nhập
khẩu và sử dụng, tăng gấp hơn 10 lần so với các năm trước. Tuy nhiên các
loại thuốc BVTV đang được sử dụng lại có độ độc hại cao và lạc hậu.
Trong các lĩnh vực khác, hóa chất DDT được sử dụng để phòng trừ muỗi
gây bệnh sốt rét trong những năm 1957 – 1994. Ngày nay, cùng với sự
phát triển của công nghiệp sản xuất hóa chất tỉ lệ HCBVTV đã được thay
đổi như: hóa chất trừ sâu: 33%; hóa chất trừ nấm: 29%; hóa chất trừ cỏ:
50%, vào năm 1998. Đến năm 2013, nước ta có 1.643 hoạt chất nằm trong
danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng. Trong khi đó, các nước như
Trung Quốc chỉ sử dụng 630 loại, còn Thái Lan, Malaysia sử dụng khoảng
400-600 loại [4, 5].
Hầu hết các loại hóa chất BVTV ở nước ta đều có nguồn gốc nhập
khẩu, xuất sứ rõ ràng. Tuy nhiên vẫn có tình trạng nhập lậu một số loại
hóa chất BVTV. Năm 2014, Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 đến 100.000
tấn thuốc BVTV, trong đó thuốc trừ sâu chiếm 20,4%, thuốc trừ cỏ chiếm
44,4%, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2% và một số loại thuốc BVTV khác như
thuốc xông hơi, khử trùng, bảo quản lâm sản, điều hòa sinh trưởng cây
trồng chiếm 12% [4, 5].
2

Nước ta có tổng diện tích khoảng 331.212 km , trong đó diện tích
2

đất nông nghiệp chiếm 10.000 km . 70% sử dụng để trồng lúa và 30% để
trồng các loại nông sản khác như ngô, khoai, sắn, rau màu, hoa quả,... [4,
19]. Chính vì vậy, hóa chất BVTV đóng một vai trò rất quan trọng và
không thể thiếu đối với nông nghiệp. Trong thời kỳ chiến tranh 1960 –
1990, hóa chất BVTV chỉ được phân phát và sử dụng nhỏ lẻ cho một số
đơn vị tổ hay hợp tác xã nông nghiệp, lâm trường để sử dụng. Do điều
kiện còn khó khăn nên việc sử dụng và lưu kho các hóa chất BVTV còn
sơ sài cộng thêm việc chưa nhận thức rõ được tác hại do hóa chất BVTV


gây ra. Vì vậy đến khi một số loại hóa chất BVTV độc hại, khó phân hủy
bị cấm sử dụng chỉ được xử lý một cách qua loa như chôn xuống đất hoặc
đem đốt. Chính vì thế một lượng lớn hóa chất BVTV đã tồn lưu trong đất
ở một số khu vực như Nghệ An, Hà Tĩnh,... [4, 6].
So với năm 2009, số địa phương có đất bị ô nhiễm DDT đã giảm
thiểu do có nhận thức tốt hơn về vấn đề này và báo cáo kịp thời khi phát
hiện bị ô nhiễm. Hiện nay còn khoảng 200 điểm có nguy cơ ô nhiễm hóa
chất BVTV ở mức nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng gây ảnh hưởng
tới môi trường và con người [7].
1.3. Các phương pháp xử lý hóa chất BVTV
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều phương pháp, công nghệ tiên
tiến đã được nghiên cứu để xử lý, tiêu hủy thuốc bảo vệ thực vật như : Phá
hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời), Phá huỷ bằng hồ
quang Plasma, Phá hủy bằng ozon UV, Phương pháp thủy phân, Phương
pháp oxy hoá ở nhiệt độ thấp, Oxy hoá bằng không khí ướt, Oxy hoá nhiệt
độ cao. Hay một số phương pháp đơn giản, dễ tiến hành như: thiêu đốt,
nung cháy hoặc lò nóng chảy, Phương pháp điện hoá, Phương pháp chiết,
Phương pháp hấp phụ, Phương pháp chôn lấp,…
Phương pháp hay được sử dụng với điều kiện ở Việt Nam là:
1.3.1. Phương pháp thủy phân

Phương pháp thủy phân có 2 loại: Thủy phân trong môi trường axit
và thủy phân trong môi trường kiềm.
Mục đích: tạo điều kiện cho sự phá vỡ một số mối liên kết nhất
định, làm giảm độc tính của các chất xuống mức thấp hơn hoặc thành
không độc.
Lựa chọn phương pháp và chất xúc tác phù hợp tùy thuộc vào thuộc
tính của hóa chất BVTV.
Ưu điểm :
- Thiết bị sử dụng đơn giản, dễ chế tạo.
- Vật liệu, hoá chất dễ tìm kiếm


Nhược điểm :
- Tuy rằng sản phẩm sau khi thủy phân cóđộc tính thấp hơn nhưng
mạch cacbon của phân tử hữu cơ thường không bị cắt đứt nên vẫn
phải tiếp tục xử lý trước khi thải ra môi trường [8].
1.3.2. Phương pháp điện hoá

Đây là phương pháp dựa vào khả năng oxy hoá trực tiếp hoặc gián
tiếp dưới các tác nhân oxy hoá mới sinh bởi tác dụng của dòng điện để
phân hủy các chất BVTV về dạng không độc hoặc ít độc hơn.
Ưu điểm :
- Hóa chất BVTV bị phá hủy để về dạng không độc hoặc ít độc nhất.
- Chi phí của quá trình xử lý
rẻ. Nhược điểm :
- Quá trình chế tạo thiết bị phức tạp [8].
1.3.3. Phương pháp hấp phụ

Đây là phương pháp sử dụng để thu gom hoặc xử lý ô nhiễm thứ
cấp trong quá trình xử lý trên.
Các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên, dễ tìm kiếm như: than
hoạt tính, bentonit… hoặc các chất hấp phụ tổng hợp khác nhau.
Sau khi các vật liệu hấp phụ hóa chất BVTV sẽ được xử lý bằng các
phương pháp khác như: đốt, phương pháp chiết, phương pháp phân hủy
bằng vi sinh vật…[8].
1.3.4. Phương pháp chôn lấp

Để hạn chế ảnh hưởng tới môi trường, hóa chất BVTV sẽ bị cô lập.
Đây chính là công đoạn cuối cùng đối với các loại chất thải rắn độc hại
không thể không khí hóa.
Ưu điểm:
- Đơn giản, không đòi hỏi công nghệ thiết bị cao, chi phí thấp
- Áp dụng cho các loại thuốc BVTV
Nhược điểm:


- Yêu cầu về vị trí chôn lấp khắt khe: địa hình phải ổn định và không
có lớp đá vôi, phải tránh xa khu dân cư và nơi trú ngụ của các sinh
vật quý, khu di tích lịch sử ….
- Không kiểm soát được các quá trình hoá lý diễn ra trong chất thải.
- Có thể gây ô nhiễm nước ngầm vàđất là mối đe dọa của môi trường
[8].
1.3.5. Phương pháp dùng thiêu đốt trong lò ở nhiệt độ cao

Thực chất phương pháp này là oxy hoá thuốc BVTV bằng oxy
không khí ở nhiệt độ cao. Đây là quá trình cuối cùng cho các chất thải
nguy hiểm như thuốc BVTV khi không thể phân hủy, tái chế, tái sử dụng
hay không thể chôn lấp. Sản phẩm của phản ứng phân hủy nhiệt khi đốt
cũng tuỳ thuộc vào tính chất của loại thuốc BVTV.
Ưu điểm:
- Các dạng của thuốc BVTV đều có thể bị phá hủy
- Có thể dùng chúng làm nhiên liệu đốt đối với các loại hóa
chất BVTV hòa tan bằng dung môi hữu cơ.
- Chi phí của quá trình xử lý không lớn
- Các chất thải sau khi xử lý không còn độc và với một lượng không
đáng kể
- Có thể xử lý dễ dàng khí thải sinh ra không gây ảnh hưởng tới môi
trường
Nhược điểm :
- Thiết bị đầu tư cho quá trình ban đầu tương đối lớn .
- Không thể xử lý đối với các hợp chất kim loại độc, dễ bay hơi như
Hg, As hay các chất dễ nổ và chất phóng xạ [8].
Trên thế giới có nhiều phương pháp xử lý tiên tiến hơn như:
1.3.6. Phân huỷ bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời

Mạch vòng và các mối liên kết giữa Clo và Cacbon bị phá hủy bởi
phản ứng phân hủy bằng tia UV hoặc ánh sáng mặt trời. Các nguyên tố


trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ sau đó thay thế nhóm Cl bằng
nhóm Phenyl hoặc nhóm Hydroxyl và giảm độ độc của hoạt chất.
Ưu điểm:

- Hiệu suất xử lý cao
- Chi phí cho xử lý thấp, rác thải an toàn ngoài môi trường.
Nhược điểm:
- Đối với các chất thải rửa hoặc chay tràn có nồng độ cao thì không
thể xử lý
- Khó xử lý và ít được áp dụng đối với lớp đất dày hơn 5mm [25].
1.3.7. Phá huỷ bằng vi sóng Plasma

Để tiến hành phương pháp này sẽ có thiết bị có cấu tạo đặc biệt. Cs
một chất hữu cơ là Detector Plasma được dẫn qua ống sinh ra sóng phát xạ
electron cực ngắn (vi sóng). Sóng này sẽ tác dụng vào các phân tử hữu cơ tạo
ra nhóm gốc tự do và dẫn tới các phản ứng tạo ra SO2, CO2, HPO3

2-

, Cl2, Br2, những sản phẩm này phụ thuộc vào bản chất của hóa chất
BVTV.
Ưu điểm:
- Hiệu suất xử lý cao
- Thiết bị gọn nhẹ.
- Khí thải trong quá trình xử lý an toàn cho môi
trường. Nhược điểm:
- Chỉ sử dụng có hiệu quảđối với pha lỏng và pha khí
- Chi phí để xử lý cao và phải đầu tư lớn [25].
1.3.8. Biện pháp ozon hoá/UV

Đây là biện pháp phân huỷ các chất thải hữu cơ trong dung dịch
hoặc trong dung môi dựa vào việc kết hợp ozon hóa và chiếu tia cực tím.
Phương pháp này thường được sử dụng để xử lý ô nhiễm thuốc trừ sâu tại
Mỹ.
Phản ứng hoá học phân huỷ hợp chất là:
Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O3 → CO2 + H2O + các nguyên tố khác


Ưu điểm:
- Thiết bị nhỏ gọn
- Chi phí vận hành thấp
- Sau khi đã xử lý chất thải ra môi trường là loại ít độc
- Thời gian phân huỷ rất
ngắn. Nhược điểm:
- Chỉ đạt hiệu quả cao đối với các pha lỏng, pha khí
- Chi phí để xử lý là rất lớn [25].
1.3.9. Biện pháp oxy hoá bằng không khí ướt

Dựa vào cơ chế oxy hoá bằng hỗn hợp không khí và hơi nước ở
nhiệt độ cao > 350C và áp suất 150 atm, phương pháp này đạt hiệu quả
95% [25].
1.3.10. Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao

Biện pháp này có 2 công đoạn:
- Công đoạn 1: Tách chất ô nhiễm trong hỗn hợp đất bằng phương
pháp hoá hơi chất ô nhiễm.
- Công đoạn 2: Phá huỷ chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ
cao khi có oxi dư các chất ô nhiễm bị oxy hóa thành CO 2, H2O,
NOx, P2O5.
Ưu điểm:
- Vừa tách được chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất
ô nhiễm
- Khi có hệ thống lọc, khí thải sau khi sinh ra an toàn cho môi trường
- Hiệu suất xử lý tính độc cao > 95%
Nhược điểm:
- Chi phí cho xử lý cao
- Đối với các kim loại nặng sau khi xử lý khí thải phải tiếp tục xử
lý trước khi đưa ra môi trường [25].


1.3.11. Biện pháp xử lý bằng phân huỷ sinh học

Đối với nông nghiệp, việc loại bỏ tồn dư hóa chất BVTV gặp rất
nhiều khó khăn. Do các vi sinh vật có khả năng phân hủy vì vậy nó được
sử dụng như một hóa chất BVTV. Vì vậy, các vi sinh vật được sử dụng để
phân huỷ lượng tồn dư HCBVTV một cách an toàn. Phương pháp này loại
bỏ tồn dư HCBVTV trong môi trường đất và nước, loại bỏ nguồn gây ô
nhiễm môi trường [8, 25].

Hình 1.2. Quy trình tiêu hủy HCBVTV


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

CHƢƠNG 2
THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.1.1. Phương pháp chiết rửa đất ô nhiễm
Chiết rửa là phương pháp sử dụng dung môi để tách chiết các chất
ra khỏi vật mẫu. Cách thức chiết rửa đất là phân tách vật lý, phân tách hóa
học hoặc kết hợp cả 2. Phân tách vật lý là cô đặc các hóa chất ô nhiễm
vào lượng dung môi nhỏ hơn bằng cách khai thác sự khác biệt về đặc tính
vật lý, giữa các hạt mang chất ô nhiễm và hạt đất, tính bề mặt kị nước
giữa các chất ô nhiễm với dung môi hữu cơ được sử dụng [21, 22]. Phân
tách hoá học liên quan đến kỹ thuật hòa tan các hóa chất ô nhiễm từ đất
với dung dịch nước chiết xuất có chứa chất phản ứng hoá học như axit
hoặc chất càng hóa [21, 22].
2.1.2. Sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS (Gas Chromatography Mass
Spectometry)
Đây là một phương pháp kết hợp giữa GC (phần sắc ký khí) và MS
(phần khối phổ) hiện đại nhất hiện nay cho phép phân tích các hợp chất
phức tạp hoặc tách mẫu cần phân tích một cách chính xác nhất và đạt hiệu
quả cao. Nếu trong mẫu có xuất hiện một chất lạ máy sẽ phát hiện và nhận
dạng cấu trúc độc nhất của nó. Phương pháp này được ứng dụng để nghiên
cứu, chiết xuất và xác định thành phần các chất hóa học, độc chất, kháng
sinh, đánh giá độ tồn lưu của hóa chất BVTV trong các vật liệu [26].
* Phần sắc ký khí GC
Khi mẫu bơm vào pha động, hỗn hợp hóa chất bị phân tách thành
các phần riêng lẻ và có giá trị riêng biệt. pha động là một khí trơ, pha tĩnh
sử dụng các hóa chất. Pha động sẽ dẫn mẫu đi qua pha tĩnh khi đó các hóa
chất trong pha tĩnh sẽ hấp thụ thành phần trong hỗ hợp mẫu.

Nguyễn Ngọc Mai

15

K40C - Khoa Hóa Học


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Thành phần hỗn hợp trong hai pha này sẽ tương tác với nhau theo
tỷ lệ khác nhau. Đối với các hợp chất tương tác nhanh sẽ thoát ra khỏi cột
của GS (cột được làm bằng thủy tinh, inox hoặc thép không rỉ, nhỏ như
một ống mao dẫn) trước còn tương tác chậm sẽ thoát ra khỏi cột sau.
Chất được phân tách sau khi ra khỏi cột sẽ đi vào đầu dò. Đầu dò sẽ
phát ra tín hiệu khi phát hiện thấy chất cần phải phân tích [26].
* Khối phổ MS
Khối phổ được sử dụng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu
trúc của nó. Các hợp chất khi giải hấp thụ từ cột sắc ký, chúng sẽ đi vào
đầu dò có dòng điện ion hóa (mass spectrometry). Lúc này, chúng bị bỡ
thành những mảnh vụn lớn hoặc nhỏ mang điện còn gọi là ion và tấn công
vào các luồng. Các hạt cần ở trạng thái tích điện thì mới đi qua được bộ
lọc. Các mảnh vỡ được chia bởi các vật mang gọi là tỉ lệ vật mang khối
(M/Z).
Các mảnh vụn này sẽ có điện tích là +1, M/Z miêu tả các phân tử
nặng của mảnh vụn. Gồm có 4 nam châm điện gọi là tứ cực (quadrapole)
[26], tiêu điểm của các mảnh vụn đi xuyên qua các khe hở rồi đi vào đầu
dò detector, tứ cực được thiết lập bởi phần mềm chương trình hướng cho
các mảnh vụn đi vào khe của khối phổ [26].
2.1.3. Phần mềm ứng dụng xử lý số liệu
* Phần mềm Origin
Là phần mềm hỗ trợ phân tích số liệu bằng các biểu thị dưới dạng
đồ thị.
-

Ưu điểm:
Dễ sử dụng với giao diện đồ họa và kiểu cửa sổ
Trao đổi dữ liệu một cách dễ dàng với các phần mềm khác
Biểu diễn dưới dạng đồ thị một cách đa dạng
Tự động cập nhật giá trị
Hỗ trợ lập trình ngôn ngữ chuẩn và truyền thông thông qua cổng
COM.

Nguyễn Ngọc Mai

16

K40C - Khoa Hóa Học


Đây là phần mềm được hơn 500 công ty trên thế giới sử dụng ở
nhiều lĩnh vực khác nhau.
* Phần mềm excel
Là chương trình để xử lý bảng tính hoặc xử lý thông tin dưới dạng
bảng. Phần mềm có thể thực hiện được các phép tính toán và xây dựng số
liệu thống kê trực quan có trong bảng từ excel.
Công cụ này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành ngề khác
nhau. Phù hợp với những đối tượng cần tính toán các con số, phân tích dữ
liệu,..giúp cho việc tính toán dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác.
2.2. Thực nghiệm
2.2.1. Hóa chất và dụng cụ
* Hóa chất:
- Đất nhiễm DDT
- Nước cất, đá bọt, bông thủy tinh, giấy lọc, giấy dán nhãn
- Phụ gia hoạt động bề mặt, chè mạn.
* Dụng cụ:
Bình tam giác 100ml và 250ml, cốc thủy tinh 1000ml, phễu, pipet
5ml và 10ml, ống đong 100ml và 500ml, giấy lọc, đá bọt, bông, đũa thủy
tinh, lọ đựng dung dịch sau khi chiết, cột sắc kí, giá sắt, kéo, gang tay,
khẩu trang y tế.
2.2.2. An toàn thí nghiệm
- Khi lắp ống nghiệm vào giá phải kiểm tra xem chắc chắn chưa.
- Trang bị đầy đủ: khẩu trang, găng tay, áo.
- Khi lấy hóa chất: tránh rơi vãi ra ngoài.
- Khi tách chiết đổi bình hứng tránh để nước rơi vãi ra ngoài vì
có chứa thuốc BVTV.


2.2.3. Tiến hành thí nghiệm
2.2.3.1. Tiến hành với dung môi QH2 [9]
Lấy ba mẫu đất giống nhau mỗi mẫu cân 100g để riêng, sau đó trộn
đều sao cho không bị vón cục, bết, hạt nhỏ mịn đều khô rời, đưa vào cột
sắc kí chiều dài cột là 600mm và đường kính cột 32mm với thứ tự sau:
Lớp lót mịn 1 → Lớp lót xốp → Lớp lót mịn 2 →
→ Mẫu đất xử lý → Lớp phủ mịn → Lớp phủ định vị
2.2.3.2. Tách chiết bằng hệ dung môi QH2
* Pha chế 300ml dung môi nước trong đó có 0% thể tích QH2.
Chia ra làm 3 phần bằng nhau.
+ Lần 1: Rót từ từ 100ml dung dịch QH2-0 vào cột, mở khóa cho
đến khi có giọt đầu tiên nhỏ ra thì khóa cột lại, ngâm trong 2 giờ để cho
dung môi ngấm vào đất. Sau đó mở khóa cột và chiết với tốc độ 10 giọt/
phút.Thu được mẫu chiết QH2-0-1.
+ Lần 2: Lấy 100ml dung dịch QH2-0 vào cột, chiết với tốc độ 10
giọt/phút. Thu được mẫu chiết QH2-0-2.
+ Lần 3: Lấy 100ml dung dịch QH2-0 vào cột, chiết với tốc độ 10
giọt/phút. Thu được mẫu chiết QH2-0-3.
* Pha chế 300ml dung môi nước trong đó có 10% thể tích QH2.
Chia ra làm 3 phần bằng nhau.
+ Lần 1: Lấy 100ml dung dịch QH2-10 chiết rót từ từ vào cột cho
đến khi có giọt đầu tiên nhỏ ra ở miệng khóa thì đóng khóa cột lại, ngâm
trong 2 giờ để cho dung môi ngấm hoàn toàn vào đất. Sau đó mở khóa cột
và chiết với tốc độ 10 giọt/phút. Thu được mẫu chiết QH2-10-1.
+ Lần 2: Lấy 100ml dung dịch QH2-10 chiết vào cột, chiết với tốc
độ10 giọt/phút. Thu được mẫu chiết QH2-10-2.
+ Lần 3: Lấy 100ml dung dịch QH2-10 chiết vào cột, chiết với tốc
độ 10 giọt/phút. Thu được mẫu chiết QH2-10-3.
* Pha chế 300ml dung môi nước trong đó có 20% thể tích QH2.
Chia ra làm 3 phần bằng nhau.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×