Nghiên cứu phân hủy DDT trong đất ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật bằng hạt fe0

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

VŨ THỊ MAI

NGHIÊN CỨU PHÂN HUỶ DDT
TRONG ĐẤT Ô NHIỄM THUỐC BẢO VỆ
THỰC VẬT BẰNG HẠT Fe0

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
PGS. TS. LÊ XUÂN QUẾ

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện khóa luận này đó là một sự nỗ lực lớn đối với tôi và không
thể hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người.
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Lê Xuân Quế là
người đã hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận
này. Thầy đã cung cấp cho tôi rất nhiều hiểu biết về một lĩnh vực mới khi tôi
bắt đầu bước vào thực hiện. Trong quá trình thực hiện thầy luôn định hướng,
góp ý và sửa chữa để giúp tôi hoàn thành tốt khóa luận này.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư
phạm Hà Nội 2 đã truyền thụ kiến thức bổ ích để tôi có khả năng hoàn thành
khóa luận tốt nghiệp.
Những lời cảm ơn muốn gửi lời cảm ơn đến những người thân, bạn bè
đã hết lòng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận này

Trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 8 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Vũ Thị Mai


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
β-HCH: β-hexachlorocyclohexane
DDD: dichlorodiphenyldichloroethane
DDE: dichlorodiphenyldichloroethylene
DDT: dichloro-diphenyl-trichloroethane
GPC: gel permeation chromatography- sắc ký thấm gel
HCB: Hexachlorobenzene
HPLC: HPLC- High Peformance Liquid Chromatography- phương pháp sắc
ký lỏng hiệu năng cao
LD50 : Lethal Dose- nồng độ cần thiết để giết chết 50% một quần thể sinh vật
trong điều kiện nhất định
nZVI: nano Zero Valent iron- hạt nano sắt hoá trị 0 (Fe0)
PCBs- Polyclobiphenyl
POPs: Persistant Organic Pollutants- các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ
SPE: Solid phase extraction- chiết pha rắn


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT

Kí hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

1

Bảng 1.1

Các hóa chất bảo vệ thực vật

4

2

Bảng 1.2

Các chất ô nhiễm sử dụng trong công nghiệp

8

3

Bảng 1.3

Các hóa chất nhóm sản phẩm cháy

9

4

Bảng 1.4

Độ tan của một số chất trong sản phẩm cháy

10

5

Bảng 1.5

Các đồng phân phổ biến của DDT

17

6

Bảng 1.6

Một số tính chất vật lí của DDT

19

7

Bảng 1.7

Các hợp chất vô cơ và hữu cơ có thể bị khử bởi

28

hạt nano Fe0
8

Bảng 3.1

Kết quả phân tích một số tính chất cơ bản của

47

mẫu đất nghiên cứu.
9

Bảng 3.2

Hàm lượng DDT (mg/kg) và hiệu suất xử lý

49

(%)
10

Bảng 3.3

Hàm lượng DDT (mg/kg) và hiệu suất tại các
thời gian lưu khác nhau.

51

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

STT
1

Kí hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ
Hình 1.1. Tổng

hợp

DDT

từ

trichloroethanol

Trang
với

18

chlorobenzen
2

Hình 1.2 Cơ chế quá trình Fenton sử dụng tác nhân nZVI

27

3

Hình 1.3 Sơ đồ khử RCl bởi Fe2+ trên bề mặt

32

4

Hình 1.4 Sơ đồ khử RCl bởi hidro

32

5

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống HPLC

36

6

Hình 2.2 Ảnh hưởng của thời gian đến qua trình phân hủy

43

DDT
7

Hình 2.3 Ảnh hưởng của thời gian lưu pH đến quá trình

44

phân hủy DDT
8

Hình 2.4 Dung dịch nghiên cứu ở thí nghiệm a1 ở thời

44

điểm ban đầu (2.4-t0) và sau khi điện thế cân
bằng (2.4-tcb)
9

Hình 2.5 Dung dịch nghiên cứu ở thí nghiệm a2

44

ở thời điểm ban đầu (2.5-t0) và sau khi điện thế
cân bằng (2.5-tcb
10

Hình 2.6 Dung dịch nghiên cứu ở thí nghiệm b1

44

ở thời điểm ban đầu (2.6-t0) và sau khi điện thế
cân bằng (2.6-tcb)
11

Hình 2.7 Dung dịch nghiên cứu ở thí nghiệm b2 ở thời
điểm ban đầu (2.7-t0) và sau khi điện thế cân
bằng (2.7-tcb)

46


11

Hình 3.1 Hàm lượng của DDT, DDT và DDE

48

theo thời gian.
12

Hình 3.2 Quá trình chuyển hóa DDT trong môi trường H+

49

13

Hình 3.3 Hàm lượng của DDT tổng theo thời gian.

50

14

Hình 3.4 Hàm lượng của DDT, DDD + DDE

50

vào thời gian lưu
15

Hình 3.5 Hàm lượng của DDT tổng vào thời gian lưu.

51

16

Hình 3.6 Sự biến đổi điện thế quá trình phân hủy DDT

52

bằng Fe0 tại pH = 5 - 10ml DDT.
17

Hình 3.7 Sự biến đổi điện thế quá trình phân hủy DDT

53

bằng Fe0 tại pH = 5 - 15ml DDT.
18

Hình 3.8 Sự biến đổi điện thế quá trình phân hủy DDT

53

bằng Fe0 tại pH = 3 - 10ml DDT.

19

Hình 3.9 Sự biến đổi điện thế quá trình phân hủy DDT
bằng Fe0 tại pH = 3 - 15ml DDT.

54


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 2
5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 3
1.1. Khái quát về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ ................................ 3
1.1.1. Khái niệm ................................................................................................ 3
1.1.2. Phân loại ................................................................................................. 3
1.1.3. Đặc tính hóa học ..................................................................................... 9
1.1.4. Độc tính ................................................................................................. 11
1.1.5. Sự phân hủy và phân tán POPs ............................................................ 14
1.2. Khái quát về DDT .................................................................................... 15
1.2.1. Nguồn gốc phát sinh.............................................................................. 15
1.2.2. Đặc tính hóa học ................................................................................... 18
1.2.3. Tác động của DDT đến môi trường và sức khỏe con người ................. 20
1.2.4. Phân hủy DDT....................................................................................... 24
1.3. Khái quát về Hạt nano sắt hóa trị 0 (nZVI) ............................................. 27
1.3.1. Lịch sử ................................................................................................... 27

1.3.2. Phương pháp chế tạo ............................................................................ 29
1.3.3. Sự phân hủy DDT bằng nZVI ................................................................ 30
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .. 35
2.1. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 35
2.1.1. Phương pháp tách chiết ........................................................................ 35


2.1.2. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ................................ 36
2.1.3. Phương pháp phân tích đo điện thế ...................................................... 38
2.2. Thực nghiệm ............................................................................................ 42
2.2.1. Thiết bị, dụng cụ .................................................................................... 42
2.2.2. Hoá chất ................................................................................................ 42
2.2.3. Cách tiến hành thực nghiệm.................................................................. 43
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 47
3.1. Một số tính chất cơ bản của đất nghiên cứu ............................................ 47
3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình phân hủy POP trong đất ............ 48
3.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu đến quá trình phân hủy POP ..................... 50
3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng DDT đến điện thế phân hủy bằng Fe0 .......... 52
KẾT LUẬN .................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Môi trường bị ô nhiễm không chỉ do các kim loại nặng mà còn do
nhiều chất hữu cơ độc hại, khó phân hủy gây ảnh hưởng lớn đến sự sống của
mọi sinh vật và sức khỏe con người. Nhiều biện pháp xử lý môi trường đã
được áp dụng nhưng hiệu quả vẫn chưa được như mong muốn. Một loại “thần
dược vạn năng” sản phẩm của công nghệ nano là các hạt sắt kim loại hóa trị 0
có kích thước nanomet đang được phát triển như là một biện pháp xử lý

nhanh, hiệu quả để làm sạch các chất độc hại với môi trường sinh thái. Đây là
một chất khử mạnh, nó có hoạt tính rất tốt trong những phản ứng giải trừ các
hợp chất chứa clo, nito, hợp chất chứa nhân thơm như benzen, phenol, các
hợp chất mang màu… trong đất và nước.
DDT là một nhóm các hợp chất hữu cơ có hai vòng thơm và có chứa
clo. Đây là một loại hóa chất hữu hiệu trong việc diệt trừ côn trùng do bác sĩ
Paul Muller (Thụy Sĩ) khám phá ra, nó đã đem lại cho ông giải Nobel về y
khoa năm 1948. Nhưng do độc tính cao, có nguy cơ tạo ra ung thư cho con
người và động vật, đồng thời nó giữ nước thành các phân tử rắn và trở thành
dạng bền vững, khó phân hủy nên hiện nay đã bị cấm sử dụng.
Sử dụng vật liệu nano sắt hóa trị 0 (nZVI) để phân hủy DDT đang trở
thành một sự lựa chọn ngày càng phổ biến. Phản ứng hoá học giữa DDT và
nZVI xảy ra sẽ chuyển DDT thành hợp chất hidrocacbon, còn nZVI chủ yếu
chuyển thành Fe3O4 hoặc Fe2O3, cả hai hợp chất này đều có nhiều trong môi
trường tự nhiên (đá, đất, nước…) lành tính với môi trường. Việc giảm kích
thước bột sắt xuống kích thước nanomet làm cho các tinh thể sắt nhỏ xíu này
có thể di chuyển dễ dàng giữa các hạt đất mà không bị kẹt lại, đặc biệt tính
khử của nZVI tăng lên so với hạt sắt kích thước thông thường do các hạt

1


nZVI dễ dàng cho electron hơn. Do đó, các hạt nZVI có khả năng phản ứng
cao gấp 10-100 lần so với hạt có kích thước bình thường.
Từ những yếu tố khách quan trên, trong khóa luận này, chúng tôi lựa
chọn đề tài “Nghiên cứu phân hủy DDT trong đất ô nhiễm thuốc bảo vệ
thực vật bằng nZVI”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tác động của điều kiện phản ứng đến động học của quá
trình phân hủy DDT bằng nZVI

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu về ảnh hưởng của các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân
hủy trong đất và nước, điển hình là DDT đến môi trường và sức khỏe con
người và các phương pháp xử lý DDT tồn dư trong đất và các môi trường khác.
Nghiên cứu, dự đoán các phản ứng động học xảy ra. Dự tính, lập kế
hoạch tiến hành thí nghiệm.
Tiến hành lấy mẫu, làm thí nghiệm. Ghi kết quả thu được. Phân tích,
đánh giá kết quả mẫu sau khi làm thí nghiệm bằng máy phân tích…
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: đất nhiễm DDT tại Hòn Trơ - Nghệ An
Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng Ăn mòn và Bảo vệ Kim loại, Viện
Kĩ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài hình thành dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, phân tích,
tiến hành thực nghiệm so sánh, dùng phương pháp tách chiết, sắc ký lỏng hiệu
năng cao (HPLC), phương pháp điện hoá…
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của khoá luận góp phần làm cơ sở khoa học để mở
ra một phương pháp xử lí DDT đơn giản và hiệu quả hơn trong môi trường.
2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ
1.1.1. Khái niệm
Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ (Persistant Organic PollutantsPOPs) là những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ cacbon, sinh ra do các hoạt
động công nghiệp của con người. POPs bền vững trong môi trường, có khả
năng tích lũy sinh học qua chuỗi thức ăn, lưu trữ trong thời gian dài, có khả
năng phát tán xa từ các nguồn phát thải và có tác động xấu tới sức khỏe con
người và hệ sinh thái[19].

1.1.2. Phân loại
Hiện nay có nhiều cách phân loại POPs. Dựa vào con đường POPs đi vào
môi trường là một trong những cách phân loại POPs, tuy nhiên đây không phải
là cách duy nhất. Trên cơ sở căn cứ vào con đường POPs đi vào môi trường,
Công ước Stockholm chia POPs bao gồm 24 chất thành ba nhóm như sau:
1.1.2.1. Các hóa chất bảo vệ thực vật
Hóa chất bảo vệ thực vật có thể hiểu một cách đơn giản là những hóa
chất dùng để diệt trừ những loài có hại và cũng vì thế chúng đi vào môi
trường, có ảnh hưởng đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp
hoặc gián tiếp. Thuốc bảo vệ thực vật là loại hóa chất bảo vệ cây trồng và
những sản phẩm bảo vệ mùa màng, là những chất được tạo ra để chống lại và
tiêu diệt loài gây hại hoặc các vật mang mầm bệnh virut hoặc vi khuẩn.
Chúng cũng gồm các chất để đấu tranh với các loại sống cạnh tranh với cây
trồng cũng như nấm gây bệnh[11]. Theo Công ước Stockholm thì nhóm này
gồm 20 hóa chất được trình bày trong Bảng 1.1

3


Bảng 1.1. Các hóa chất bảo vệ thực vật
STT

Chất ô nhiễm

1

Diclodiphenyl

Công thức hóa học
CH

Cl

Tricloetan (DDT)
2

Cl

CCl3

Dieldrin

Cl

Cl

Cl

Cl
Cl

Cl
Cl

Cl

3

Cl

Heptachlor

Cl

Cl
Cl
Cl
Cl
Cl

4

Cl

Aldrin
Cl

Cl
Cl
Cl
Cl

5

Cl

Hexaclobenzen

Cl

Cl

(HCB)

Cl

Cl
Cl

6

Cl

Toxaphene

CH3

Cl

4

CH2

n


7

Cl

Clodan

Cl

Cl
Cl

Cl

Cl
Cl
Cl

8

Cl

Mirex
Cl

Cl

Cl
Cl

Cl

Cl
Cl

9

Cl

Endrin

Cl

O

10

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Lindane
Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

11

Cl

Alpha-HCH
Cl

Cl

Cl

Cl
Cl

5


12

Cl

Beta-HCH
Cl

Cl

Cl

Cl
Cl

13

Cl

Chlordecone
Cl

Cl

Cl

Cl
Cl
Cl
Cl
O

14

Cl

Cl
Br

Br

Hexabromobiphenyl

Br

Br

Br

Br

15

Cl

Pentachlorobenzene

Cl

Cl

Cl
Cl

16

Br

Br

Tetra BDE

O

Br

6

Br


17

Br

Penta BDE

Br

O

Br

Br
Br

18

Br

Hepta BDE

Br

O

Br

Br

19

Br

Octa BDE

Br

Br

Br

Br

O

Br

Br

Br

Br

Br

Br

20

Endofuran

Cl

Cl

Cl
O
S

Cl

O
O

Cl
Cl

1.1.2.2. Các hóa chất sử dụng trong công nghiệp
POPs phát tán vào môi trường và được chú ý nhiều nhất trong nhóm 2
là các hóa chất trong dầu nhớt và các loại hóa chất sử dụng cho các quá trình
sản xuất công nghiệp hoặc những sản phẩm của các hoạt động sản xuất công

nghiệp[13] (Bảng 1.2). Điển hình là PCBs- Polyclobiphenyl (C12H9Cl) có 209
đồng phân.

7


Bảng 1.2. Các chất ô nhiễm sử dụng trong công nghiệp
STT

Chất ô nhiễm

1

PCBs

Công thức hóa học
Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

2

PFOs và các muối

-

O

Cl

O
F

PFOs-F

S

F

F
F

F
F

F
F

O

F
F
F

F

F

F

1.1.2.3. Các sản phẩm phụ không mong muốn phát sinh từ quá trình đốt cháy
Cách phân loại trong nhóm 3 là những sản phẩm phụ của nhiều quá
trình sản xuất khác nhau hoặc quá trình đốt cháy. Nguồn phát sinh Dioxin
chủ yếu từ các nhà máy sản xuất hóa chất, quá trình đốt cháy các sản phẩm
cháy có chứa clo, quá trình tẩy trắng bột giấy, các chất ô nhiễm tích tụ
trong chuỗi thức ăn, trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu về chất thải
nguy hại và trong các lò đốt chất thải, cụ thể như trong Bảng 1.3. Trong
phạm vi giới hạn, những hợp chất này có thể được hình thành do quá trình
tự nhiên nhưng theo thời gian chúng sẽ mất dần đi tính bền vững trong môi
trường. Sự nguy hiểm của nhóm POPs này là sau khi đã giải phóng vào
môi trường chúng tích lũy lại và sau đó khuếch đại trong chuỗi thực phẩm,
trong mô mỡ. Mặc dù Dioxin không làm phá vỡ ADN nhưng chúng có thể
hoạt hóa ADN đã bị suy thoái bởi những chất khác nên gây nhiều bệnh
hiểm nghèo cho con người, có thể thấy nhiều nhất là bệnh ung thư, hỏng
chức năng hệ thần kinh, phôi thai, quái thai [11].

8


Bảng 1.3. Các hóa chất nhóm sản phẩm cháy
STT

Chất ô nhiễm

1

Dioxin

Công thức hóa học
Cl

Cl

2

Furan (PCDF)

O

Cl

O

Cl

Cl

Cl

O

Cl

Cl

1.1.3. Đặc tính hóa học
1.1.3.1. Tính chất lý hóa chung
Các chất ô nhiễm hữu cơ bền có 4 tính chất lý hóa chung như sau:
- POPs là những hợp chất hữu cơ bền, trong thành phần có chứa
halogen, là những hydrocacbon thơm có nhiều đồng phân (đôi khi lên đến 209
đồng phân). Đây là nhóm hợp chất hữu cơ độc nhất trong các hóa chất độc hại
mà con người biết đến.
- Ít tan trong nước, độ hòa tan lipit cao dẫn đến xu hướng chúng dễ
dàng vượt qua cấu trúc phospholipid của màng sinh học và tích tụ trong mỡ.
- Bền với nhiệt, ánh sáng và các quá trình phân hủy hóa học, sinh học.
Chúng có khả năng bị phân hủy trong môi trường axit, bazo.
- Dễ bay hơi, khả năng phát tán xa[11].
1.1.3.2. Tính chất lý hóa của nhóm các hóa chất bảo vệ thực vật
Nhóm thuốc bảo vệ thực vật của POPs ở trạng thái tinh khiết là dạng
bột trắng, không màu đôi khi có màu trắng ngà hoặc màu xám nhạt, không tan
trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ. Dưới dạng bột khí hoặc
dung môi các hợp chất này có thể hấp thụ qua đường miệng và đường hô hấp.
Ở dạng dung dịch các loại hóa chất trong nhóm có thể hấp thụ qua da.

9


Trong nhóm, một hóa chất được xét đến nhiều nhất là DDT, DDT công
nghiệp là một hỗn hợp nhiều đồng phân, trong đó đồng phân para có độ độc
cao nhất đối với côn trùng. Sản phẩm công nghiệp của nó ở thể rắn, màu trắng
ngà và có mùi hôi[11].
1.1.3.3. Tính chất lý hóa của các hóa chất công nghiệp
Về mặt vật lý PCB là chất lỏng màu vàng nhạt trong suốt đến đặc
quánh, tính đặc tăng lên theo mức độ clo hóa. Độ sôi từ 3250C - 366.110C. Tỷ

trọng từ 1,3-1,9. Hỗn hợp PCBs thương phẩm có chứa nhiều loại tạp chất
trong đó có cả dibenzofuran và naphtalen. Bền với nhiệt độ, ánh sáng và các
quá trình phân hủy sinh học, hóa học. Dễ bay hơi, khả năng phát tán xa. Phá
vỡ các tuyến nội tiết trong cơ thể sinh vật. Ảnh hưởng đến khả năng sinh sản
và hệ miễn dịch. Gây rối loạn hệ thần kinh và là tác nhân gây ung thư. Khi
PCB đi vào nguồn nước do tính không tan, tỷ trọng lớn và kỵ nước nó sẽ tích
tụ trong bùn lắng của sông và ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước[11]
1.1.3.4. Tính chất lý hóa của các sản phẩm cháy
Đại diện cho nhóm này là các sản phẩm cháy sinh ra trong quá trình đốt
các loại hóa chất nguy hại và một phần khác là các loại hóa chất độc hại được
sản xuất do nhiều nguyên nhân khác nhau. Đối với TCCD có áp suất hơi thấp,
ở 250C chỉ khoảng 1,7.10-6 mmHg. Điểm nóng chảy của nó rất cao khoảng
3050C, độ hòa tan trong nước thải 0,2µg/l. Nó bền nhiệt đến 7000C, có độ bền
hóa học rất cao và ít phân hủy sinh học, độc hại với một số động vật.
PCDD/PCDFs rất ít tan trong nước nhưng tan vô hạn trong chất béo.
Độ tan của PCDFs sẽ giảm xuống khi số nguyên tử clo trong phân tử tăng lên.
Bảng 1.4. Độ tan của một số chất trong sản phẩm cháy[11]
Chất ô nhiễm

Độ tan (ppt)

2,3,7,8-TCDF

419

2,3,7,8-TCDD

19,3

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF

1,35
10


1.1.4. Độc tính
Độc tính là một khái niệm về liều lượng, các hoá chất/hỗn hợp chất đều
độc ở một liều lượng nhất định và ở một khoảng thời gian tiếp xúc nhất định.
Độc tính có thể cấp thời (độc cấp tính), có thể lâu dài (độc mãn tính) và biến
động khác nhau giữa các cơ quan trong cơ thể, biến động theo lứa tuổi, di
truyền, giới tính và tình trạng sức khoẻ. Cách xác định độc tính của một chất
đơn giản nhất là qua giá trị LD50 (Lethal Dose- nồng độ cần thiết để giết chết
50% một quần thể sinh vật trong điều kiện nhất định).
1.1.4.1. Ảnh hưởng đến môi trường
Khi phân tích các mẫu môi trường người ta luôn tìm thấy một số chất
POPs, điều này gây khó khăn cho việc thiết lập mối quan hệ giữa độc tính của
từng chất ô nhiễm khi tiếp xúc với môi trường. Lĩnh vực nghiên cứu từng chất
POPs không đủ để cung cấp những bằng chứng chính xác về nguyên nhân và
tác động của chúng đến môi trường. Tuy nhiên, đặc điểm chung của hầu hết
POPs là có khả năng được tích lũy, tồn tại và tích tụ sinh học làm tăng nồng
độ độc hại mặc dù quá trình ô nhiễm, tiếp xúc với POP có thể rời rạc không
liên tục.
Đáng chú ý là sự tồn dư lâu dài trong môi trường và trong cơ thể sinh
học của chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy POP đã tạo điều kiện thuận lợi
cho sự tích tụ các đơn vị nồng độ dường như nhỏ không đáng kể trong thời
gian dài, sau đó nồng độ POP được khuếch đại từ động vật bậc thấp đến động
vật bậc cao. Do đó, POPs đã tác động đến môi trường trong phạm vi rộng của
các loài và hầu như ở tất cả các bậc dinh dưỡng, gây ra tác hại nguy hiểm. Kết
quả thực nghiệm cho thấy sự tiếp xúc, tích lũy như vậy làm cho mức ô nhiễm
chất độc trở thành mãn tính, tuy không gây chết người ngay nhưng có tác

động gây ra hiệu ứng làm suy giảm miễn dịch, giảm sức đề kháng, biến đổi

11


tính chất bên ngoài (hiệu ứng da, vỏ cây, lá …), làm suy giảm chất lượng sinh
sản và trực tiếp gây ung thư.
Các kết quả điều tra cho thấy rối loạn miễn dịch do ô nhiễm POP là
nguyên nhân chính làm tăng tỷ lệ tử vong nhiều loài động vật biển và chế độ
ăn uống nhiễm POP có thể dẫn đến thiếu hụt vitamin, biến dạng tuyến giáp,
làm cho cơ thể mẫn cảm với vi sinh và đặc biệt dẫn đến rối loạn sinh sản.
Nhiều loài động vật hoang dã nhiễm POP, như chlordane, toxaphene và DDT,
666, trong đó có một số loài động vật có vú sống ở biển như cá heo, cá heo
mũi chai và cá voi trắng ở Great Lakes và một số loài động vật bậc cao trong
chuỗi thức ăn ở sông St. Lawrence đã có biểu hiện suy giảm sinh sản[19].
1.1.4.2. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Con người có thể nhiễm các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ (POP)
qua chế độ ăn uống, tai nạn lao động và môi trường ô nhiễm (kể cả môi
trường trong nhà). Tiếp xúc với các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ POP
dù cấp tính hay mãn tính, liên quan trực tiếp hay gián tiếp, sức khoẻ con
người sẽ bị tác động theo chiều hướng có hại gây ra bệnh tật.
Hiện nay chúng ta gặp khó khăn trong thiết lập mối quan hệ nguyên
nhân- kết quả của vệc tiếp xúc giữa con người và các chất ô nhiễm hữu cơ
khó phân huỷ, hàng ngày con người tiếp xúc với rất nhiều yếu tố môi trường,
trong đó có thể chứa nhiều hỗn hợp các hoá chất và ở nhiều thời điểm khác
nhau. Các nghiên cứu về tác động các chất POP đến sức khoẻ con người vẫn
đang được thực hiện để giảm thiểu tác động của POP và tiến tới hạn chế, loại
bỏ các chất POP.
Những biểu hiện trực tiếp cho thấy ảnh hưởng của POP tới sức khoẻ
con người là những hiện tượng bất thường khi tiếp xúc với POP nồng độ thấp

trong môi trường và trong chuỗi thức ăn. Các thí nghiệm trên động vật và các
nghiên cứu dịch tễ học lâm sàng trên người và trên tế bào nuôi cấy đã chứng
12


minh mối liên quan giữa việc tiếp xúc quá nhiều một số chất POP và một loạt
các hiệu ứng sinh học như: rối loạn nội tiết, rối loạn chức năng sinh sản, hệ
thống miễn dịch, hệ thống thần kinh và ung thư (theo một số tác giả, một số
chất POP được xem xét như là một nguyên nhân chính của bệnh ung thư gan,
phổi và ung thư vú ở phụ nữ…). Đối với trẻ sơ sinh, một số chất POP gây ra
sự suy giảm hệ thống miễn dịch, làm gia tăng khả năng nhiễm trùng cùng với
sự phát triển bất thường của hệ thống thần kinh, giảm phát triển trí tuệ, sinh ra
các khối u và ung thư. Các tác động có thể xảy ra trong phạm vi hẹp ở địa
phương cũng như quy mô khu vực do tính chất bền vững và lan truyền rộng
của các chất POP.
Hiện nay, các nước đang phát triển đang đối diện với các nguy cơ liên
quan đến POP khi tập quán sử dụng các chất POP trong nông nghiệp vẫn còn
phổ biến. Một con đường phơi nhiễm khác được coi như rủi ro nghề nghiệp
khi công nhân tiếp xúc với POP trong quá trình quản lý chất thải nguy hại dù
tiếp xúc trong thời gian ngắn các chất POP nhưng với nồng độ cao sẽ vẫn gây
ra bệnh tật và tử vong. Như một nghiên cứu ở Philippines cho thấy, vào năm
1990, endosulfan trở thành nguyên nhân số một của ngộ độc thuốc trừ sâu cấp
tính khi người nông dân tiếp xúc với thuốc trừ sâu trong quá trình phun thuốc.
Do thiếu trang thiết bị an toàn, điều kiện làm việc không đảm bảo và nhận
thức của cộng đồng nói chung và của những người thường xuyên tiếp xúc với
các chất POP còn thấp, vì vậy tác động của POP đến sức khoẻ con người trở
nên trầm trọng hơn. Việc đánh giá tác động của POP đến những người xung
quanh (không tiếp xúc trực tiếp với POP) cũng gặp nhiều khó khăn do sự bất
cập trong công tác quan trắc môi trường và thiếu số liệu về dịch tễ học.
Báo cáo đầu tiên tiếp xúc với POPs đến sức khỏe con người là một tập

phim ngộ độc thực phẩm do HCB ở phía Đông Nam Thổ Nhĩ Kỳ, dẫn đến cái
chết của 90% người bị ảnh hưởng và các bệnh tật liên quan như: xơ gan, rối
13


loạn chuyển hóa porphyxin và tiết niệu, viêm khớp và rối loạn thần kinh và tử
vong. Một sự cố nghiêm trọng khác xảy ra tại Italia vào năm 1976, khi một
lượng lớn Dioxin 2,3,7,8-TCDD hát thải vào môi trường, dẫn đến nhiễm độc
clo. Đến nay, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) vẫn đang xem xét ảnh
hưởng đến sức khỏe con người của chất độc màu da cam Dioxin. Đặc biệt là
rối loạn sinh sản, dị tật và nhiễm độc thần kinh[19].
Các nghiên cứu về người lao động tiếp xúc với 2,3,7,8-TCDD, cũng
như kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy mức độ phơi nhiễm
Dioxin/Furan liên quan đến tỉ lệ các ca mắc bệnh ung thư. Một số tác giả đã
chứng minh được mối liên quan giữa việc tiếp xúc với một số chất POP và
hiện tượng rối loạn chức năng sinh sản và tỷ lệ sinh sản bất thường, bà mẹ
trong thời kỳ mang thai tiếp xúc với TCDD mặc dù không có dấu hiệu nhiễm
bệnh nhưng khi sinh tỷ lệ mắc bệnh ẩn tinh hoàn ở trẻ sơ sinh nam tăng lên.
Nhiều kết quả nghiên cứu cũng cho thấy tỷ lệ phụ nữ mắc bệnh ung thư vú tỷ
lệ với nồng độ DDE và PCB khi tiếp xúc.
Các nhà khoa học Thuỵ Điển chỉ ra chế độ ăn uống nhiễm PCB, Dioxin
và Furan có liên quan đến sự suy giảm số lượng bạch cầu, đối với trẻ em tỷ lệ
nhiễm trùng cao hơn 10-15 lần. Thai nhi và trẻ sơ sinh đặc biệt dễ bị tổn
thương khi tiếp xúc với các chất POP, các chất này có thể xâm nhập qua nhau
thai và sữa mẹ. Cư dân Bắc Cực thuộc Canada tiêu thụ số lượng lớn thuỷ sản
nhiễm PCB, vượt quá mức độ tiêu thụ cho phép, dân xđến nnguy cơ rối loạn
sinh sản và sự phát triển. Trẻ em trong khu vực Quebec, Canada tiếp xúc với
PCB, Dioxxin, Furan thông qua sữa mẹ dẫn đến tỷ lệ mắc bệnh nhiễm trùng
tai giữa lớn hơn trẻ em ăn sữa ngoài [19].
1.1.5. Sự phân hủy và phân tán POPs

Nồng độ POPs có thể giảm bởi các quá trình biến đổi môi trường như :
chuyển dạng sinh học, quá trình oxy hóa và thủy phân, quang phân. Hiệu suất
14


của các quá trình này phụ thuộc vào tính chất của chất ô nhiễm, cấu trúc hóa
học và sự phân tán của nó trong môi trường đất, nước hoặc không khí. Các
nghiên cứu cho thấy, các yếu tố môi trường ảnh hưởng rất nhỏ đến sự phân
hủy POPs, đặc biệt là ở các vùng cực. Do đó, POPs có khả năng phát tán rộng
trên khắp thế giới, tích tụ ở cả các vùng cực.
Một số điều kiện môi trường ảnh hưởng đến tính chất vật lý của POPs
do đó ảnh hưởng đến sự phân tán của POPs trong môi trường. Vị trí địa lí
phản ánh sự khác biệt về sự phân tán POPs. Như POPs trong vịnh Bengal ở
Ấn Độ phân tán từ đại dương vào khí quyển trong khi đó ở khu vực vùng cực
thì ngược lại. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình lắng đọng tại các địa
điểm khác nhau. Sự phân bố của POPs tỷ lệ nghịch với áp suất hơi. Nhiệt độ
thấp ưu tiên phân tán các hợp chất từ pha hơi với các hạt lơ lửng trong bầu khí
quyển. Điều này làm tăng khả năng di chuyển của nó so với sự di chuyển trên
bề mặt đất của POPs do mưa, tuyết.
Các nước trong vùng nhiệt đới có nhiệt độ quanh năm cao hơn so với các
nước trong khu vực ôn đới và vùng cực của Trái đất. Việc sử dụng một số loại
thuốc trừ sâu trong nông nghiệp vùng nhiệt đới trong mùa sinh trưởng, độ ẩm
cao có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự tản của POPs trong không khí và nước.
Thời gian lưu trú của POPs ở vùng nhiệt đới trong môi trường nước là khá ngắn
đồng thời nồng độ POPs trong khí quyển tương đối cao. Các chất POPs liên tục
lắng đọng và bay hơi theo sự biến động tính chất của chúng. Kết quả là, sự di
chuyển nhanh chóng và lắng đọng của chúng có biến động trung gian, chẳng hạn
như HCB di chuyển chậm hơn các chất dễ bay hơi như DDT[10].
1.2. Khái quát về DDT
1.2.1. Nguồn gốc phát sinh

DDT còn được gọi là dichloro-diphenyl-trichloroethane, là một trong
các loại thuốc trừ sâu được gọi là organochlorides. Một hợp chất hóa học
15


tổng hợp phải được thực hiện trong phòng thí nghiệm (nó không xảy ra trong
tự nhiên). DDT được tổng hợp đầu tiên năm 1873 bởi nhà khoa học người
Đức Othmar Ziedler. Tuy nhiên,nó chỉ được biết đến vào năm 1939, khi Bác
sĩ Paul Muller (Thụy Sĩ) phát hiện ra các đặc tính để diệt trừ côn trùng của
DDT, chúng có thể phá hủy nhanh chóng hệ thần kinh của côn trùng.
Thuốc DDT vừa ra đời đã tỏ rõ tác dụng tuyệt vời trong việc tiêu diệt các
loại côn trùng có hại trong nông nghiệp. Hầu như mọi loại sâu bọ có hại đều bị
chết khi gặp phải DDT. Người trồng sử dụng DDT trên nhiều loại cây lương
thực tại Hoa Kỳ và trên thế giới. Một số cây trồng là đậu, bông, đậu tương, khoai
lang, đậu phộng, bắp cải, cà chua, súp lơ, ngô và các loại cây trồng khác [6].
Trong chiến tranh thế giới thứ II, người ta đã dùng DDT cho mục đích y
tế công cộng [5]. DDT được sử dụng để kiểm soát bệnh sốt rét, sốt phát ban và
bệnh dịch hạch. DDT là một yếu tố quan trọng của loại trừ sốt rét ở Ý và Hoa
Kỳ. Nó được sử dụng để quản lý dịch bệnh sốt phát ban ở Ý và Đức trong thời
gian 1943-1944 [10,14]. Các trường hợp mắc bệnh sốt rét đã giảm từ 400.000
năm 1946 đến hầu như không vào năm 1950 [7]. Với những thành tích đó,
DDT đã trở thành vua của các loại thuốc trừ sâu và năm 1948, ông Mullerngười phát minh ra DDT đã vinh dự nhận giải thưởng Nobel về hóa học [19].
1.2.1.1. Đặc điểm cấu trúc
DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) ethane) là một nhóm các
hợp chất hữu cơ cao phân tử có hai vòng thơm và có chứa clo, bao gồm 14 hợp
chất hữu cơ, trong đó: 71% 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%.
Tên thương mại hoặc các tên khác của DDT bao gồm: Anofex, Cesarex,
Chlorophenothane,

Đaelo,

p,p-DDT,

dichlorodiphenyltrichloroethane,

Didimac, ENT 1506, Genitox, Guesarol, Gyrol, Hildit, Ixodex, Kopsol,
Neocid, OMS 16, Micro DDT 75, Pentachlorin, Rukseam, R50 và Zerdane.
16


Bảng 1.5 . Các đồng phân phổ biến của DDT[13]
STT

Công thức cấu tạo

Tên IUPAC

Tên
khác

H

1

C

Cl

Cl

CCl3

1,1,1-trichloro-2,2-

4,4’-

bis(p-chlorophenyl)

DDT

ethane

p,p’-DDT
2
C

Cl

Cl

CCl2

1,1-dichloro-2,2-

4,4’-

bis(p-chlorophenyl)

DDE

ethane

p,p’-DDE
H

3

C

Cl

Cl

1,1-dichloro-2,2-

4,4’-

bis(p-

DDD

chlorophenyl)ethane

CHCl2

p,p’- DDD
H

4

C

Cl

1,1,1-trichloro-2-(o-

2,4’-

chlorophenyl)-2-(p-

DDT

chlorophenyl)ethane

CCl3
Cl

o,p’-DDT
5
C
CCl2

2,4’-

chlorophenyl)-2-(p-

DDE

chlorophenyl)ethyle

Cl

ne

o,p’- DDE
H

6

1,1-dichloro-2-(oCl

C

Cl

1,1-dichloro-2,2-bis

2,4’-

(p-chlorophenyl)

DDD

ethane

CHCl2
Cl

o,p’- DDD

17