Khoá luận tốt nghiệp Ảnh hưởng của pH đến động học quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn

TRƯỜNG ĐAI
• HOC
• s ư PHAM
• HÀ NÔI
• 2
KHOA HÓA HỌC

MAI THỊ NHUNG

ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN ĐỘNG HỌC
QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY DDT BẰNG SẮT
SIÊU MỊN
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa Lý

HÀ NỘI-2016


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được hoàn thành ngoài sự cố gắng lớn của bản thân tôi
còn được sự hướng dẫn giúp đỡ của rất nhiều người.
Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tói PGS. TS. Lê Xuân Quế là
người đã hướng dẫn tận tình tôi trong suốt thòi gian thực hiện khóa luận
này.Thầy đã cung cấp cho tôi rất nhiều hiểu biết về mọi lĩnh vực mới khi tôi
bắt đàu vào thực hiện. Trong quá trình thực hiện thầy luôn định hướng, góp ý
và sửa chữa để tôi hoàn thành tốt khóa luận này, Th.

s Trần Quang Thiện đã

trực tiếp giúp tôi thực nghiệm và xử lý số liệu.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Hà

Nội 2, ban chủ nhiệm khoa cùng toàn thể các Thày (Cô) trong Khoa Hóa học
đã hết lòng quan tâm, dìu dắt và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại
trường và hoàn thiện khóa luận này.
Cuối cùng tôi xin gửi lòi cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã
luôn tạo điều kiện động viên, khích lệ giúp tôi hoàn thành tốt đề tài nghiên
cứu khóa luận tốt nghiệp cuả mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Mai Thị Nhung


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu, số liệu được trình bày
trong khóa luận: “Ảnh hưởng của pH đến động học quá trình phân hủy DDT
bằng sắt siêu mịn ” dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Lê Xuân Quế và Th.

s

Trần Quang Thiện là hoàn toàn trung thực và không trùng với kết quả của
tác giả khác.

Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Mai Thị Nhung

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1

Các quy luật động học đơn giản

Bảng 2

Kết quả phân tích hàm lượng POP sau mỗi lần chiết


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: cấu tạo của phân tử DDT........................................................ 12
Hình 2: Thiết bị GC - MS tại viện Công nghệ Môi trường................. 27
Hình 3.1: Hàm lượng POP tại các thời điểm khác nhau...................... 34
Hình 3.2: Hàm lượng POP tổng và hiệu suất xử lý tại các thời điểm
khác nhau................................................................................................34
Hình 3.3: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thòi gian............................ 35
Hình 3.4: Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau....................... 38
Hình 3.5: Hàm lượng DDT tổng và hiệu suất xử lý tại các thời điểm
khác nhau................................................................................................39
Hình 3.6: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian............................. 39
Hình 3.7: Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau khi thay đổi
hàm lượng sắt..........................................................................................40
Hình 3.8: Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian khi thay đổi hàm
lượng sắt..................................................................................................41
Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng vào hàm lượng sắt
.................................................................................................................42

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BVTV

Bảo Vệ Thực Vật

DDD

1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etan

DDE

1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etylen

DDT

Diclodiphenyltricloetan
(1,1,1 - trichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etan)

Fe(0)

Sắt hóa tri không

HCB

Hexachlorobenzen

nZVI

nano Zero- Valent Iron

PCB

Polychlorinated Biphenyls

POP

Persistent Organic Pollutant
(Các chất thải hữu cơ bền)


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1
1. Lí do chọn đề tài............................................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu......................................................................................2
3. Nhiệm yụ nghiên cứu.....................................................................................2
4. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tà i..................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 4
1.1 .Tổng quan về PO P.......................................................................................4
1.1.1. Khái quát................................................................................................4
1.1.2. Các phương pháp xử lý POPs [2, 6, 9 ] ................................................ 10
1.2. Khái quát về DDT................................................................................... 11
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT [2, 3, 6, 18]....................................................... 11
1.2.2. Độc tính của DDT [1, 3, 18]................................................................ 12
1.3. Các phương pháp phân hủy DDT............................................................ 13
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới [2, 6] .......................... 13

1.3.2. Phương pháp phân hủy DDT ở Việt Nam [2, 6, 20, 21]...................... 17
1.4. Sắt nano..................................................................................................... 18
1.4.1. Đặc điểm cấu tạo của Fe(0)...................................................................18
1.4.2. Các phương pháp chế tạo Fe(0) [7]...................................................... 19
1.4.3. Ưu điểm của Fe(0) trong xử lý môi trường [3, 4]................................ 20
1.5. Động học phản ứng...................................................................................20
1.5.1. Động học phản ứng đơn giản [5]......................................................... 20
1.5.2. Động học phản ứng xúc tác dị thể [5].................................................. 22
CHƯƠNG 2.: THựC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..... 25


2.1. Thực nghiệm.............................................................................................25
2.1.1. Hóa chất, dụng cụ...................................................................................25
2.1.2. Tiến hành thực nghiệm..........................................................................26
2.2. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................27
2.2.1. Phương pháp đo pH...............................................................................27
2.2.2. Phương pháp phân tích D D T............................................................... 27
2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu.....................................................................29
2.2.4. Phương pháp động học.......................................................................... 30
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................. 32
3.1. Phân hủy thuốc BVTV từ dung dịch chiết.............................................. 32
3.2. Anh hưởng của pH đến động học quá trình phân hủy DDT................... 36
3.2.1. Phân hủy DDT bằng Fe(0).................................................................... 36
3.2.2. Anh hưởng của pH đến động học quá trình phân hủy DDT................ 40
KẾT LUẬN.........................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 44


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài

Thuốc bảo yệ thực vật đóng vai ừò quan trọng trong nền sản xuất nông
nghiệp ở nước ta và các nước trên thế giới, nhất là trong trồng cây lương thực,
rau màu... để phòng trừ các loại sâu bệnh, cỏ dại... nhằm nâng cao hiệu quả
kinh tế góp phần tăng năng suất, tăng mùa vụ, thay đổi cơ cấu cây trồng...
Tuy nhiên, nếu con người thiếu những hiểu biết về việc sử dụng thuốc
bảo vệ thực vật thì nó sẽ để lại tác dụng phụ ảnh hưởng đến môi trường sinh
thái, sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe
con người.
Sự tồn dư gây ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại, bền khó phân
hủy, được kí hiệu là POP (Persistent Organic Pollutant), là một vấn đề bức
xúc, tồn tại hàng chục năm ở trên 1000 điểm nóng, với hàng loạt hệ lụy, gây
nhiễm độc, ung thư. vấn đề xử lý chất POP được nhà nước hết sức coi trọng,
các nước và tổ chức quốc tế quan tâm.
DDT thuộc một trong những nhóm chất POP, DDT là loại thuốc trừ sâu,
chứa Clo, có độ bền vững và độc tính cao, đã được sử dụng trong nhiều năm
qua. Sự gây hại của DDT đối với môi trường là do DDT có khả năng tồn tại
lâu trong môi trường. DDT có tác dụng lên hệ thần kinh của động vật, đặc
biệt là hệ thần kinh ngoại biên, gây rối loạn thần kinh và ức chế enzim chức
năng đòi hỏi sự dịch chuyển các ion dẫn đến tê liệt. DDT không chỉ là chất
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng mà còn gây hại tói sinh vật đặc biệt là
con người.
Tuy nhiên cho đến nay việc xử lý, phân hủy các chất độc hại tồn dư, khó
phân hủy nói chung và DDT nói riêng vẫn luôn là yêu càu cấp thiết, do chưa
có giải pháp phù họp, chưa có công nghệ khả thi hiệu quả, và nguồn nhân lực
có kỹ thuật.

1


Đã có một số đề tài, công trình nghiên cứu về vấn đề này. ứng dụng sắt

siêu mịn tự chế tạo tại viện Kỹ thuật nhiệt đới để phân hủy DDT tồn lưu được
tiến hành nghiên cứu.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới động học của quá trình phân hủy DDT
bằng sắt siêu mịn như: thời gian, pH, nồng độ DDT, hàm lượng sắt, nồng độ
Na2S04, tốc độ khuấy. Trong đó yếu tố pH đóng vai trò quan ừọng.
Do đó, tôi lựa chọn đề tài “Ảnh hưởng của p H đến động học quá trình
phân hủy DDTbằng sắt siêu mịn”.

2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý triệt để DDT trong môi trường ô nhiễm.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Tìm điều kiện tối ưu của pH trong quá trình phân hủy DDT bằng
sắt siêu mịn.
- Tìm phương trình động học, cơ chế của quá trình phân hủy DDT
ừong điều kiện tối ưu.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu phương pháp phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn.
- Nghiên cứu phương trình động học của phản ứng phân hủy DDT.
Nghiên cứu cơ chế phân hủy DDT bằng một số phần mềm lượng
tử.
- Phân tích và xử lý số liệu.

4. Đổi tượng nghiên cứu
- Quá trình phản ứng phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn.

2


5. Phương pháp nghiên cứu

- Tổng quan tài liệu, tham vấn chuyên gia.
- Phương pháp phân hủy DDT bằng bột sắt siêu mịn.
- Động học phản ứng.
- Tính toán hóa lượng tử.
- Phương pháp phân tích GCMS.
- Phân tích và xử lý số liệu.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phàn làm cơ sở khoa học để
mở ra một phương pháp xử lý DDT đơn giản và hiệu quả hơn trong môi
trường.

3


CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về POP
1.1.1. Khái quát
Chất ô nhiễm hữu cơ bền ( POPs - Persistent Organic Pollutans) là
những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ cacbon, sản sinh ra do các hoạt động
công nghiệp của con người. POPs bền vững trong môi trường có khả năng
tích tụ sinh học qua các chuỗi thức ăn lưu trữ trong thời gian dài, có khả năng
phát tán từ xa các nguồn phát thải và tác động xấu đến sức khỏe con người và
hệ sinh thái.
Vật lý: Chứa nhóm halogen, tan trong mỡ, tan ít trong nước, bền vói
nhiệt, ánh sáng, phân hủy sinh học, hóa học, dễ bay hơi và phát tán xa.
Dạng tồn tại: Rắn (BVTV), lỏng (PCPs), khí (sản phẩm cháy).
Hóa học: Có khả năng phân hủy trong axit và kiềm, khả năng tích lũy

sinh học, phóng đại sinh học.
l . l . l . l . Độc tính của các họp chất POP [2,18,21]
Trong tất cả các chất gây ô nhiễm do hoạt động của con ngưòi thải vào
môi trường thì các hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) nằm
trong số những chất nguy hiểm nhất. Những hóa chất này rất độc hại, gây ảnh
hưởng đến quá trình phát triển, thần kinh, miễn dịch và ung thư... gây tử
vong ở ngưòi và động vật. Các chất POP cũng rất khó xử lý do tính bền vững
cao đối vói quá trình phân hủy tự nhiên.
Chúng có khả năng di chuyển và phát tán qua những quãng đường dài kể
từ nguồn phát sinh ban đầu theo gió, nước hoặc nhờ các loài di cư. POP có
thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ trong cơ thể của các sinh
vật sống thông qua chuỗi thức ăn và trong cơ thể con ngưòi.

4


Các chất thải hữu cơ bền (POPs) luôn tiềm tàng trong không khí, thức ăn
nước uống sinh hoạt hàng ngày và có thể gây nhiều bệnh. Tuy nhiên người
dân vẫn chưa có ý thức tự bảo vệ mình, bảo vệ môi trường.
Cảnh báo của Chương trình môi trường Liên Hiệp quốc, qua nhiều công
trình nghiên cứu cho thấy, POPs vô cùng bền vững tồn tại lâu dài trong môi
trường, có khả năng tích lũy sinh học nông sản, thực phẩm và trong các nguồn
nước gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm đối với con người, đặc biệt là bệnh ung
thư. Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng minh rằng POPs có thể phát tán đi rất
xa, tồn lưu và tích tụ trong chuỗi thực phẩm cũng như trong các mô tế bào của
thực vật.
Đặc tính của POPs là không màu, không mùi, không mùi nên khó nhận
biết bằng cá giác quan, nặng hơn nước nên thường hay lắng đọng dưới đáy
sông ngòi, kênh rạch, bền nên không cháy hết khi đốt mà chuyển sang dạng
khí với tầm phát tán rộng và nguy hiểm hơn.

Các chất này lan rộng thông qua nước, không khí và lưu nhiễm vào thực
vật, hậu quả là nhiễm vào cơ thể con người. Đó là những hóa chất thường
dùng để pha chế các loại thuốc bảo vệ thực vật có tác dụng mạnh và sử dụng
trong công nghiệp vói nhiều mục đích khác nhau. Một số chất POPs còn được
sản sinh ra một cách không chủ định trong quá trình sản xuất công nghiệp một
số chất diệt cỏ như 2,4,5T hoặc trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn của
một số nguyên liệu như gỗ, giấy, luyện kim ... w . Mức độ nguy hiểm, độc hại
của từng chất POPs là khác nhau, nhưng đều có một số đặc điểm chung:
• Có độc tính cao.
• Khó phân hủy, có thể tồn tại nhiều năm thậm chí hàng chục năm trước
khi phân hủy thành dạng ít độc hại hơn.
• Có thể bay hơi và phát tán đi xa theo không khí hoặc nước.
• Tích luỹ trong các mô mỡ động vật.

5


1.1.1.2. Giói thiệu công ước stockhom [18]
POP là những hợp chất có tính độc hại, tồn tại bền trong môi trường,
phát tán rộng trên phạm vi toàn cầu và tích lũy trong hệ sinh thái, gây hại cho
sức khỏe con người, do đó việc quản lý và xử lý ô nhiễm các chất POP được
cả thế giới quan tâm, xây dựng thành Công ước quốc tế - Công ước
Stockholm.
Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc quản lý an toàn, giảm phát
thải, tiến tói tiêu huỷ hoàn toàn 12 nhóm chất POP bao gồm Aldrin, Chlordan,
Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexaclo benzen, Mirex, Toxaphen và
Polychlorinated

Biphenyls

(PCB),

DDT

[l,l,l-trichloro-2,2-bis

(4-

chlorophenyl) ethan], Dioxin (polychlorinated dibenzo-p-dioxin), Furans
(Polychlorinated dibenzofurans), Polychlorinated Biphenyls (PCB) và
Hexachlorobenzen (HCB).
Năm 2009, Hội nghị các bên lần thứ tư của Công ước Stockholm đã
Quyết định bổ sung chín (09) nhóm chất POP mới vào các Phụ lục A, B, c
của công ước, bao gồm: Các hóa chất trong phụ lục A nhóm hóa chất bảo vệ
thực vật: Lindan, Alpha-HCH, Beta-HCH, Chlordecon, Nhóm hóa chất công
nghiệp: Hexabromobiphenyl, Pentachlorobenzen, Tetra BDE, Penta BDE,
Hepta và Octa BDE. Các hóa chất trong Phụ lục B: Hóa chất công nghiệp
PFOS,

các muối và PFOS-F.

Các hóa chất tiong Phụ lục C:

Pentachlorobenzen.
Năm 2011, Hội nghị các bên lần thứ năm (COP 05) Công ước
Stockholm đã bổ sung thêm Endosulfan và các đồng phân vào phụ lục A của
Công ước. (Các chất POP theo yêu cầu mới của Công ước Stockholm sau đây
được gọi tắt là các chất POP mới).
Đioxỉn - hóa chất này được tạo ra một cách vô tinh do sự đốt cháy
không hoàn toàn, cũng như ừong quá trình sản xuất một số loại thuốc trừ sâu

6


và các hóa chất khác. Ngoài ra, một số kiểu tái chế kim loại, nghiền và tẩy
trắng giấy cũng có thể sản sinh ra đioxin. Dioxin còn có trong khí thải động
cơ, khói thuốc lá và khói than gỗ.
Endrin - đây là loại thuốc trừ các loại gặm nhấm, trừ sâu được phun
trên những cánh đồng bông và ngũ cốc. Chất này còn được sử dụng để diệt
các loại chuột nhà, chuột đồng...
Furan - các chất này được sản sinh không chú ý từ cùng những quá
trình phát thải đioxin, đồng thời còn có trong các họp chất PCB dành cho
thương mại.
Heptachlor - được dùng chủ yếu để diệt các loài côn trùng và mối trong
đất, đồng thời còn được dùng để diệt các loài côn trùng hại bông, châu chấu,
các loài gây hại cho nông nghiệp khác và muỗi truyền bệnh sốt rét.
Hexachlorobenzen (HCB) - được sử dụng để diệt nấm hại cây lương
thực. Đây cũng là một phụ phẩm trong việc sản xuất một số loại hóa chất nhất
định và là kết quả của những quá trình phát thải ra đioxin và furan.
Mirex - một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa và các
loại kiến và mối khác. Mirex còn được dùng làm chất làm chậm lửa trong chất
dẻo, cao su và đồ điện.
Polychlorinated Biphenyl (PCB) - họp chất này được dùng trong công
nghiệp làm chất lưu chuyển nhiệt, trong các máy biến thế điện và tụ điện, làm
chất phụ gia trong sơn, giấy copy không cacbon, chất bịt kín và chất dẻo.
Toxaphene - còn được gọi là camphechlor, một loại thuốc trừ sâu dùng
trong ngành trồng bông, ngũ cốc, hoa quả, hạt và rau xanh. Chất này còn được
dùng để diệt các loại ve, chấy kí sinh vật nuôi.
1.1.13. Phân loại POPs
a. Phân loại theo mục đích sử dụng [20]

Nhóm các chất trừ sâu, trừ nhện, trừ côn trùng gây hại:

7


+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các hợp chat cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa.
+ Nhóm các hợp chất sinh học: Pyrethroid, Permetrin.
Nhóm các chất trừ nấm, trừ bệnh, trừ vi sinh vật gây hại:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.
+ Một số loại khác.
Nhóm các chất trừ cỏ dại, làm rụng lá, kích thích sinh trưởng:
+ Các hợp chất chứa Phenol (2,4- D).
+ Các hợp chất của axit propyonic (Dalapon).
+ Các dẫn xuất của cacbamat (ordram).
+ Triazin.
Nhóm các chất diệt chuột và động vật gặm nhấm: Photphua kẽm và
Warfarin.
b. Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học [19,20]
Thuốc BVTV có nguồn gốc hữu cơ:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các hợp chat cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa
+ Các chất trừ sâu thuỷ ngân hữu cơ.
+ Các dẫn xuất của hợp chất nitro.

+ Các dẫn xuất của urê.
+ Các dẫn xuất của axit propionic.

8


+ Các dẫn xuất của axit xyanhydric.
Các chất trừ sâu vô cơ:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.
+ Một số loại khác.
+ Các chất trừ sâu có nguồn gốc thực vật là ancaloid, thực vật có chứa
nicotin, anabazin, Pyrethroid.

c. Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế thế giới (TCYTTG) [8,19]
Các chuyên gia về độc học đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất độc lên cơ
thể động vật ở cạn (chuột nhà), và đã đưa ra 5 nhóm độc theo tác động của
độc tố tới cơ thể qua miệng và da như sau: Độc mạnh, độc, độc trung bình,
độc ít, độc rất nhẹ.
d. Phân loại theo độ bền khó phân hủy [19,20]
Các hoá chất bảo vệ thực vật (BVTV) có độ bền khó phân hủy rất khác
nhau, nhiều chất có thể lưu đọng trong môi trường đất, nước, không khí và
trong cơ thể động, thực vật. Do vậy các hoá chất BVTV có thể gây những tác
động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người. Dựa vào độ bền khó
phân hủy của chúng, có thể sắp xếp chúng vào các nhóm sau:
Nhóm chất không bền: Nhóm này gồm các hợp chất phốt pho hữu cơ,
cacbamat. Các hợp chất nằm trong nhóm này có độ bền kéo dài trong vòng từ
1- 12 tuần.
Nhóm chất bền trung bình: Các họp chất nhóm này có độ bền vững từ 118 tháng, hay một vài năm ừong điều kiện tự nhiên. Điển hình là thuốc diệt cỏ

2,4-D (thuộc loại họp chất có chứa Clo).
Nhóm chất bền khó phân hủy: Các họp chất nhóm này có độ bền từ 2- 5
năm, thậm chí hàng chục năm ừong đất, nguồn nước. Thuộc nhóm này là các

9


loại thuốc trừ sâu đã bị cấm sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam là DDT, 666
(HCH),.. Đó là các hợp chất Clo bền vững.
Nhóm chất rất bền khó phân hủy: Đó là các hợp chất kim loại hữu cơ,
loại chất này có chứa các kim loại nặng như Thuỷ ngân (Hg), asen (As)... Các
kim loại nặng Hg và As không bị phân huỷ theo thời gian, chúng đã bị cấm sử
dụng ở Việt Nam.
1.1.2. Các phương pháp xử lý POPs [2, 6, 9]
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã có nhiều biện pháp khác nhau
được nghiên cứu và sử dụng để xử lý POP cũng như tiêu hủy chúng và những
biện pháp được sử dụng chủ yếu là:
- Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt tròi).
- Phá hủy bằng vi sóng Plasma.
- Oxy hóa bằng không khí ướt.
- Oxy hóa ở nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy).
- Phân hủy bằng công nghệ sinh học.
- Khử bằng hóa chất pha hơi.
- Khử có chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian.
- Oxy hóa muối nóng chảy.
- Oxy hóa siêu tới hạn và plasma.
- Sử dụng lò đốt đặc chủng.
- Lò đốt xi măng.
Cho đến nay, nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dư
thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy và vẫn sử dụng các công

nghệ: Sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi
trường - Bộ tư lệnh Hóa học), sử dụng lò đốt xi măng nhiệt độ cao (Công ty
Holchim thí điểm tại Hòn Chông), sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh
cưỡng bức (Công ty Môi Trường Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp) và

10


Công nghệ phân hủy sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số đơn
vị khác thực hiện). Tuy nhiên các phương pháp trên có nhiều hạn chế:
+ Phải đào xúc vận chuyển khối lượng lớn đất tồn dư.
+ Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn.
+ Việc nung đốt trong lò xi măng chưa khẳng định đã phân hủy hoàn
toàn chất độc hại mà không phát sinh dioxin thải ra môi trường.
+ Chi phí đốt quá lớn.
Yêu cầu công nghệ phù hợp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam
vừa có thể triển khai rộng, phù hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trinh độ
kỹ thuật và quản lý ở trong nước, mà vẫn giữ được yêu cầu tối quan trọng là
không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp như dioxin,
furan hay các chất độc hại khác, ra môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay chưa
có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu càu thực tế.
1.2. Khái quát về DDT
DDT là một trong những chất độc hại nhất trong số POP, là một nhóm
các chất hữu cơ cao phân tử có chứa clo dạng bột màu trắng, mùi rất đặc
trưng, không tan trong nước. DDT được sử dụng như là một loại thuốc trừ sâu
có độ bền vững và độc tính cao, trong cơ thể DDT dễ dàng bị phân hủy sinh
học thành DDE là một hoạt chất có độc tính cao hơn cả DDT. DDT có tác
dụng lên hệ thần kinh của động vật: hệ thần kinh ngoại biên gây nên các sự
rối loạn của hệ thống thần kinh dẫn đến tê liệt ngoài ra DDT còn gây ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng.

1.2.1. Cẩu tạo phân tửDDT [2, 3, 6,18]
DDT là loại thuốc trừ sâu đã được sử dụng trong nhiều năm qua. Công
thức hóa học của loại thuốc này là C14H9CI5 tên khoa học là
diclodiphenyltricloetan hay (1,1,1 - trichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl)
etan) và gọi tắt là DDT được sử dụng một cách hiệu quả giúp quân đội và dân

11


thường ữong việc kiểm soát sự lan truyền của dịch sốt rét và các bệnh dịch
khác phát sinh từ côn trùng.
DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p - DDT (85%), 0,p’- DDT (15%) và
0,05- DDT (lượng vết). Tất cả ba dạng trên đều là chất bột vô định hình. DDT
cũng có thể chứa DDE (1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etylen) và
DDD (1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etan) là những chất nhiễm
bẳn trong quá trình sản xuất. DDD cũng có thể được sử dụng để diệt trừ sâu
hại, nhưng hiệu quả kém hơn nhiều so với DDT, một dạng của DDD (o,p’~
DDD) đã được sử dụng để điều trị bệnh ung thư tuyến thượng thận. Cả DDD
và DDE đều là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất
DDT.
- Công thức hóa học của DDT: C14H9CI5
- Cấu tạo phân tử DDT:

Hình 1: cấu tạo cửa phân tử DDT
1.2.2. Độc tính của DDT [1,3,18]
- Độc tính.
DDT là loại thuốc trừ sâu có độ bền vững có độc tính cao. Sự gây hại
của DDT đối với môi trường là do hai thuộc tính của nó là sự tồn tại lâu ừong
môi trường và sự hòa tan trong lipit. Vì DDT không hòa tan trong nước nên
rất khó bị rửa trôi trong môi trường.

12


DDT hòa tan tốt chất béo YÌ vậy khi động vật ăn thức ăn có chứa DDT
thì DDT sẽ kết hợp với chất béo ừong cơ thể và tích lũy ở đó. Một khi DDT
xâm nhập được vào cơ thể nó sẽ có xu hướng kết hợp tích lũy lại ở các mô
mỡ. Sự tích lũy DDT có sự tăng lên qua các bậc dinh dưỡng gọi là sự phóng
đại sinh học, nó xảy ra trong các chuỗi thức ăn.
Điều này có nghĩa là trong chuỗi thức ăn càng ở những động vật bậc
cao trên đầu chuỗi thức ăn thì càng tích lũy nhiều DDT. Và con người luôn
luôn là sinh vật ở bậc cuối cùng của mọi chuỗi thức ăn. DDT có tác dụng lên
hệ thần kinh của động vật, đặc biệt là hệ thần kinh ngoại biên, gây rối loạn
thần kinh và ức chế enzim chức năng đòi hỏi sự dịch chuyển các ion dẫn đến
tê liệt. DDT

thuộc nhóm độc II,LD50 per os: 113-118 mg/kg; LD50

dermal:2150 mg/kg.
1.3. Các phương pháp phân hủy DDT.
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT fren thế giới [2, 6]
1.3.1.1. Phương pháp chôn lấp, cô lập.
Với cấu trúc vòng thơm, DDT rất khó phân hủy trong tự nhiên nên biện
pháp chôn lấp chất thải nguy hại được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế
giới. Một số nước sử dụng biện pháp cô lập và xi măng hóa chất thải có độc
tính cao ở dạng lỏng hoặc rắn. Phương pháp này đòi hỏi phải chuẩn bị hố
chôn lấp đảm bảo kỹ thuật, không bị rò rỉ, bền vững với thời gian dài, địa
điểm chôn lấp phải xa khu dân cư, không gần mạch nước ngầm.
1.3.1.2. Phương pháp đốt có xúc tác
Đây là phương pháp vô cơ chuyển hóa clo hữu cơ thành CO2, H2O và

c r . Clo hữu cơ tiếp xúc với kim loại đồng nung đỏ đều bị lấy mất clo (tạo
thành CUƠ2) và chúng bị phân hủy tiếp thành CO2 và H20 cùng vói các dẫn
xuất khác không độc hoặc ít độc hơn.
DPT

Cu/àOO—lOƠ* c , 0 2(khongkhi)

>co2H-H20

13


Công nghệ thiêu đốt có xúc tác đã được sử dụng trên thế giới, phương
pháp này tương đối triệt để song giá thành lại cao và có khả năng gây ô nhiễm
thứ cấp bởi các sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình vận hành.
1.3.1.3. Giải pháp phân hủy hóa chất DDT bằng tia cực tím (UV)
hoặc bằng ánh sáng mặt tròi
Các bức xạ cực tím có năng lượng lớn hơn, do đó nó có tác dụng phá
hủy lớn. Các phản ứng phân hủy bằng tia cực tím (ƯV), bằng ánh sáng mặt
trời thường làm gãy mạch vòng hoặc gãy các mối liên kết giữa clo với cacbon
hoặc nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ với cacbon và sau
đó thay thế nhóm đó bằng phenyl hoặc nhóm hidroxyl và làm giảm độ độc
của chất độc.
Ưu điểm: Hiệu suất xử lý cao, chi phí cho xử lý thấp, rác thải an toàn ra
môi trường.
Nhược điểm: Không thể áp dụng để xử lý chất ô nhiễm chảy tràn và
chất thải rửa có nồng độ đậm đặc. Có thể áp dụng phương pháp này để xử lý
đất, tuy nhiên khi có lớp đất trực tiếp được tia cực tím chiếu không dày hơn
5mm. Do đó, khi cần xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tàng sâu hơn
5mm thì phương pháp này ít được sử dụng và đặc biệt trong công nghệ xử lý

hiện trường.
1.3.1.4. Phương pháp hấp phụ
Đây là phương pháp thu gom và giữ hóa chất DDT trên bề mặt của các
chất hấp phụ. Có thể sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (than
bùn ,các chất khoáng, các chất mùn...), các chất hấp phụ tổng hợp (gồm hoạt
hóa, các nhựa trao đổi ion...), than hoạt tính....
Ưu điểm: Phương pháp hấp phụ là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng,
chi phí ban đầu cho xử lý thấp.

14


Trong thực tế, đất và các chất hữu cơ có mặt trong đất có khả năng hấp
phụ hóa chất DDT. Khi tưới nước có chứa hóa chất DDT lên đất thì có tới
70% hóa chất DDT bị giữ lại ở lớp đất bề mặt (0-8cm). Tuy nhiên việc tưới
nước có chứa hóa chất DDT lên đất lại gây ô nhiễm trong đất và trong một số
trường hợp có thể gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm.
Hiệu quả việc tách hóa chất DDT trong nước bằng than hoạt tính và các
chất đông tụ rất cao, có thể đạt tới 90-99%. Tuy nhiên, đối với hóa chất DDT
có độ tan lớn trong nước nhiều khi cho kết quả lưu giữ thấp. Ví dụ khi dùng
than hoạt tính và chất đông tụ thì chỉ có chưa tới 10% parathion có trong nước
bị hấp phụ. Các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (sợi gỗ, vỏ cây, rêu mốc
mọc trên than bùn...) tỏ ra có khả năng hấp phụ malathion trong nước (có
khuấy trộn) thì hiệu quả thu gom có thể đạt tới 70-90%.
Các hóa chất DDT sau khi được thu gom trên chất hấp phụ có thể áp
dụng nhiều biện pháp khác nhau để xử lý chúng như kĩ thuật chiết bằng dung
môi khi muốn thu hồi, các kĩ thuật oxy hóa khác nhau hoặc kĩ thuật ủ phân
hủy bằng vi sinh vật... Khi đó ta có thể tái sử dụng chất hấp phụ. Tuy nhiên,
việc đánh giá khả năng hấp phụ còn lại sau khi đã tiến hành các kĩ thuật nêu
trên là rất quan trọng nhằm đảm bảo hiệu quả cao các quá trình hấp phụ tiếp

theo.
I.3.I.5. Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng
Khi xử lý DDT với dung dịch NaOH 20% nóng, xảy ra phản ứng
dehydroclorua hóa tạo nên một olefin. Olefin sinh ra bị polyme hóa cho sản
phẩm rắn. Sản phẩm này được tách ra dễ dàng và cho vào bao nilon rồi chôn
vùi dưới đất.

15


1.3.1.6. Phưoug pháp phân hủy sinh học
Biện pháp sinh học đang được quan tâm nhiều bởi tính ưu việt của nó là
không tạo ra ô nhiễm thứ cấp cho môi trường.
Quá trình làm sạch sinh học có thể thực hiện ở quy mô lớn nhỏ khác
nhau, có thể sử dụng thực vật hay vi sinh vật ở điều kiện hiếu khí hoặc kị khí.
Việc tẩy độc bằng phân hủy sinh học có thể được tiến hành riêng rẽ hoặc kết
hợp các phương pháp khác nhau, sau một thòi gian nhất định chất độc có thể
được hoàn toàn loại bỏ.
1.3.1.7. Sử dụng bột sắt nano trong xử lý ô nhiễm DDT
Sắt hóa trị không từ xa xưa đã ứng dụng trong xử lý môi trường dưới
dạng phoi sắt. Gần đây, kim loại sắt dưới nhiều dạng khác nhau như: sắt phoi,
sắt bột, sắt hạt, sắt kích thước nano đã được sử dụng để xử lý nước thải bị ô
nhiễm các hóa chất độc hại khó phân hủy. Điều này có thể do sắt là nguyên tố
thân thiện môi trường, sẵn có trên thị trường, hiệu quả xử lý cao và công nghệ
đơn giản. Ngoài ra một số kim loại khác cũng bắt đầu được nghiên cứu và sử
dụng để khử hóa các họp chất hữu cơ thơm và các vòng ngưng tụ và khử hóa
các dẫn xuất halogen, các họp chất nitro thơm.
Sử dụng vật liệu nano sắt (nano Zero- Valent iron) đang trở thành một sự
lựa chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các khu
vực bị ô nhiễm. Đây là chất khử mạnh, nó có hoạt tính rất tốt trong những

phản ứng giải trừ các họp chất chứa clo, nitơ, họp chất chứa nhân thơm như
benzen, phenol, các hợp chất mang màu... trong đất và nước, đặc biệt là nước
ngầm.
Các hạt nano sắt hóa trị 0 có khả năng phân hủy các hợp chất clo hữu cơ
thành các thành phần vô hại, như thể hiện trong công thức phân tử dưới đây:
2Fe + R-Cl + 3 H20 -> 2 Fe2+ + RH + 3 OH + H2 + C1

16


1.3.2. Phương pháp phân hủy DDT ở Việt Nam [2,6,20,21]
Ở Việt Nam chưa có biện pháp xử lý triệt để đất có tồn dư thuốc bảo vệ
thực vật thuộc nhóm khó phân hủy (ừong đó có DDT) và vẫn sử dụng các
công nghệ: Thiêu đốt, xử lý ô nhiễm đất tại các kho thuốc BVTV tồn đọng
bằng phương pháp cô lập, bê tông hóa, phương pháp hóa học và vi sinh kết
hợp.
Trong những năm gần đây (2001 - 2003), một số dự án xử lý thí điểm
hóa chất, thuốc BVTV tồn đọng (trong đó có thuốc BVTV là POP) đã được
thực hiện và đem lại kết quả bước đàu. Cụ thể là :
Xử lý thuốc BVTV tồn đọng bằng phương pháp đốt của Trung tâm Công
nghệ xử lý môi trường - Bộ Tư lệnh Hóa học. Kết quả đã xử lý thuốc BVTV
tồn đọng ở các tỉnh, thành phố: Lạng Sơn, Hà Nội, Thái Bình, Hà Nam,
Quảng Ninh, Hòa Bình... Tuy nhiên, phương pháp đốt này có tiềm năng gây
phát thải khí Dioxin, Furan ra ngoài không khí mà không có thiết bị kiểm soát
hiệu quả.
Xử lý thuốc BVTV tồn đọng bằng phương pháp hóa học của Trung tâm
Tư vấn Công nghệ Môi trường thuộc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật
Việt Nam (tại Ninh Bình), theo quy trình công nghệ do Bộ Khoa học, Công
nghệ và Môi trường ban hành. Quy trình này dựa trên phương pháp hoá học
kết hợp với bê tông hoá nền đất, làm tường chắn, cô lập sự di chuyển của

thuốc và nước bị ô nhiễm ra môi trường xung quanh. Trước tiên, lấy mẫu
phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật tồn đọng trong nước và đất để xác
định diện tích càn cô lập. Sau đó chuyển tất cả các nguyên vật liệu được tháo
dỡ từ kho chứa thuốc bảo vệ thực vật vào bể cô lập (đảm bảo chống thấm,
chống ăn mòn) và đổ bê tông đông cứng thành một khối.
Đối vói những khu vực bị nhiễm thuốc bảo vệ thực vật, xây dựng tường
bao xung quanh vùng đất ô nhiễm (độ sâu tuỳ thuộc vào kết quả lấy mẫu thử

17