Khoá luận tốt nghiệp Một số yếu tố ảnh hưởng đến động học điện hóa phân hủy DDT bằng phương pháp thế tĩnh

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

===20 Cũ ca===

TRÀN THỊ HUYỀN

MỘT SỐ YÉU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐÉN ĐỘNG HỌC ĐIỆN HÓA PHÂN HỦY DDT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẾ TĨNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa lý

Người hướng dẫn khoa học
TS. TRƯƠNG ĐÌNH ĐỨC

HÀ NỘ I-2016


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin được gửi tới thày giáo TS. Trương Đình Đức Giảng viên Trường Đại học Kinh tế Quốc dân lòi biết ơn chân thành và sâu

sắc nhất. Thày đã định hướng và hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình
nghiên cứu để em hoàn thành đề tài khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Xuân Quế -Viện Kỹ thuật
Nhiệt đới - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, thầy giáo ThS. Trần Quang
Thiện - Giảng viên Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình.
Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Hà
Nội 2, Ban Chủ nhiệm Khoa và các thầy cô giáo ừong khoa đã dạy bảo và
giúp đỡ tận tình trong quá trình em nghiên cứu và học tập tại trường.
Tôi xin được cảm ơn những người thân yêu trong gia đình và bạn bè đã
luôn động viên, quan tâm và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa
luận của mình.
Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2016
Sinh viên

Trần Thị Huyền

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Trần Thị Huyền, sinh viên lớp 38A, chuyên ngành Sư phạm
Hóa học.
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn của TS. Trương Đình Đức. Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận này
là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu
nào khác.
Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2016
Sinh viên

Trần Thị Huyền

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Alpha-HCH

: Alpha Hexachlorobenzen

Beta-HCH

: Beta Hexachlorobenzen

BVTV

: Bảo vệ thực vật

cv

: Quét thế tuần hoàn

DDD

: Diclodiphenyldicloetan

DDE

: Diclodiphenyldicloetylen

DDT

: Diclodiphenyltricloetan

GC/MS

: Sắc ký khí khối phổ

HCB

: Hexaclobenzen

LD50

: Lethal Dose - nồng độ chất độc cần thiết để giết chết
50% một quần thể sinh vật ừong điều kiện nhất định.

LD50 dermal

: Nồng độ chất độc càn thiết để giết chết 50% một
quần thể sinh vật ừong điều kiện nhất định bằng
đường hấp thu qua da.

LD50

per os

: Nồng độ chất độc cần thiết để giết chết 50% một
quàn thể sinh vật trong điều kiện nhất định bằng
đường miệng.

nZVI

: Nano Zero Valent Iron - hạt nano sắt hóa trị 0 (Fe°)

PCB

: Polyclobiphenyl

POPs

: Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy

UV

: Phương pháp tia cực tím

2,4-D

: 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid

2,4,5-T

: 2,4,5-Trichlorophenoxyacetic acid

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: cấu tạo phân tử của D D T.............................................................. 12
Hình 2.1.1: Hệ đo điện hóa Autolab............................................................... 20
Hình 2.1.2: cấu tạo điện cực làm việc........................................................... 21
Hình 2.2.1: Quan hệ giữa dòng-điện thế trong quét thế tuần hoàn.................22
Hình 2.2.3. Thiết bị GC - MS tại Viện Công nghệ Môi trường..................... 23
Hình 3.1.1: Phổ CV đo trong dung dịch C2H5OH; C2H5OH + CaCỈ2 và
C2H5OH + CaCỈ2 + DDT ở chu kỳ 1. Tốc độ quét lOmV/s, khoảng thế quét -

2,1

0,0V......................................................................................................... 31

Hình 3.1.2: Phổ CV chu kì 1 đo trong dung dịch C2H5OH + CaCỈ2 + DDT với
khoảng thế khác nhau....................................................................................... 32
Hình 3.2.1: Đường cong i-t của dung dịch C2H5OH + CaCỈ2 0,5M + DDT.
Điện thế E = -1,25V......................................................................................... 33
Hình 3.2.2: Đường cong i-t của dung dịch C2H5OH + CaCỈ2 0,5M + DDT... 34
Hình 3.3.5.1: Sự biến đổi năng lượng cho quá trình chuyển hóa từ C 14H9CI5
(DDT) thành C 14H 10CI4.................................................................................... 41
Hình 3.3.5.2: Sự biến đổi năng lượng cho quá trình tách 1, 2, 3 nguyên tử Clo
ữong phân tử C14H9CI5 (DDT).........................................................................43
Hình 3.3.5.3: Sự biến đổi năng lượng cho quá trình tách lần lượt 1, 2, 3
nguyên tử clo trong phân tử C14H9CI5 (DDT)..................................................44

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tât nghiệp

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Kết quả tính toán đối với các phân tử và gốc tự do trong quá trình
biến đổi phân tử DDT, DDD, DDE.................................................................36
Bảng 2: Năng lượng cho sự chuyển hóa giữa các phân tử D D T................... 39

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tât nghiệp

MỤC LỤC
MỞ Đ À U ........................................................................................................... 1
1. Lí 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...............................................................................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
1.1.1.1. Độc tính các hợp chất PO P............................................................... 4
1.1.1.2. POP theo công ước Stockholm......................................................... 6
1.1.2. Phân loại P O P ....................................................................................... 8
1.1.3. Các phương pháp xử lý POP.................................................................10
1.2. DDT......................................................................................................... 11
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT...........................................................................11
1.2.2. Độc tính của DDT.................................................................................13
1.3. Các phương pháp phân hủy D D T..........................................................14
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giói................................... 14
1.3.1.1. Phương pháp chôn lấp, cô lập......................................................... 14
1.3.1.2. Phương pháp đốt có xúc tác.............................................................14
1.3.1.3. Phương pháp tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trò i........ 14

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

1.3.1.4. Phương pháp hấp thụ........................................................................ 15
1.3.1.5. Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng..........................................16
1.3.1.6. Phương pháp phân hủy sinh học......................................................16
1.3.1.7. Sử dụng bột sắt nano trong xử lý ô nhiễm DDT..............................16
1.3.2. Phương pháp phân hủy DDT ở Việt N am ......................................... 17
CHƯƠNG 2: THựC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u .. 20
2.1. Thực nghiệm.............................................................................................20
2.1.1. Thiết bị - Hóa chất................................................................................20
2.1.2. Thực nghiệm.........................................................................................20
2.2. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................22
2.2.1. Phương pháp quét thế tuần hoàn......................................................... 22
2.2.2. Phương pháp thế tĩnh........................................................................... 23
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu phân tích hàm lượng DDT (GC/MS)......... 23
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu....................................................................25
2.2.5. Phương pháp động học phản ứng điện hóa.......................................... 27
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................... 31
3.2. Ảnh hưởng của điện thế đến động học điện hóa phân hủy DDT............ 33
3.3. Nghiên cứu năng lượng cho quá trình phân tách Clo trong phân tử DDT
35
3.3.1. Phương pháp tính toán..........................................................................35
3.3.2. Cách tính toán lượng tử.........................................................................35

3.3.3. Kết quả tính toán nhiệt hình thành của các phân tử ............................ 35

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

3.3.4. Xác định năng lượng cho quá trình chuyển hóa giữa các dạng phân tử
DDT.................................................................................................................. 39
3.3.5. Kết quả xác định năng lượng cho phân tử DDT.................................. 40
3.3.5.1. Xét quá trình ưu tiên thế nguyên tử Clo trong phân tử DDT..........40
3.3.5.2. Xét quá trình thế các nguyên tử C1 - c sp3 ữong phân tử DDT.......41
KẾT LUẬN.....................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM K H Ả O ............................................................................ 47

Trần Thị Huyền

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài

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 ngưòi. POP là những hợp chất có tính độc hại, tồn
tại bền vững trong môi trường, phát tán rộng và tích lũy trong hệ sinh thái,
gây hại cho sức khỏe con người. Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc
quản lý an toàn, giảm phát thải và tiến tới tiêu huỷ hoàn toàn 12 nhóm chất
POP ừong đó có DDT.
DDT (Dichloro-Trichloroethane Diphenyl) là một trong những thuốc
trừ sâu tổng hợp được biết đến nhiều nhất. DDT được sử dụng với lượng lớn
để kiểm soát muỗi truyền bệnh sốt rét, bệnh sốt phát ban và các bệnh do côn
trùng khác gây ra trong quân đội lẫn dân cư. DDT đã trở thành loại thuốc trừ
sâu phổ biến sử dụng trong nông nghiệp. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi, ừong
không khí, đất, nước do một lượng lớn đã được giải phóng ra khi phun trên
các cánh đồng và rừng để diệt muỗi và côn trùng.
Ngày nay DDT đã bị cấm sử dụng do tính độc của nó như có khả năng
gây ung thư tiềm tàng, gây đột biến và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Để bảo vệ môi trường và sức khỏe của con người, cần phải có những
biện pháp xử lý khử độc DDT trong môi trường đất cũng như trong các môi
trường khác. Trên thế giới đã có một số phương pháp xử lý DDT khác nhau
như: phương pháp chôn lấp, cô lập; phương pháp đốt có xúc tác; phương pháp
hấp thụ; phương pháp phân hủy sinh học; phân hủy DDT bằng tia cực tím
(UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời; sử dụng bột sắt nano trong xử lý ô nhiễm
DDT,...nhưng các phương pháp xử lý cũng như tiêu hủy hóa chất này còn
nhiều hạn chế. Cho đến nay, ở nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có
tồn dư nhóm chất hữu cơ khó phân hủy POP (trong đó có DDT) và vẫn sử

Trần Thị Huyền

1

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

dụng các công nghệ: sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp, sử dụng lò đốt xi
măng nhiệt độ cao, sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh cưỡng bức và
công nghệ phân hủy sinh học. Yêu cầu công nghệ phù họp cho việc xử lý các
hóa chất tồn dư khó phân hủy tại Việt Nam vừa có thể triển khai rộng, phù
hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trình độ kĩ 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, íuran 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 cầu thực tế. Với mong muốn 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 tôi đã lựa chọn đề tài “ Một số yếu tố ảnh hưởng đến động học
điện hóa phân hủy DDT bằng phương pháp thế tĩnh”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Động học điện hóa quá trình phân hủy DDT.
- Anh hưởng của tốc độ khuấy, thế điện phân, tốc độ quét đến động học
điện hóa phân hủy DDT bằng phương pháp thế tĩnh.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tình hình ô nhiễm thuốc BVTV hiện nay.
- Nghiên cứu phương pháp điện hóa 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. Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu:

- Các phương pháp nghiên cứu điện hóa.
- DDT, các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm (POP).
- Phương pháp nghiên cứu động học phản ứng điện hóa.

Trần Thị Huyền

2

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

• Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu điện hóa biến đổi thế tĩnh cho quá trình phân hủy DDT.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu và tìm hiểu tài liệu.
- Hóa học lượng tử - tính lượng tử các thông số nhiệt động liên quan.
- Phương pháp phân tích hàm lượng POP (GC/MS).
- Phương pháp động phản ứng.
- Đánh giá, phân tích xử lí số liệu.
6. Ý nghĩa khoa học và thục tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài 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.

Trần Thị Huyền

3

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về POP
1.1.1. Khái quát
Chất ô nhiễm hữu cơ bền (POPs - Persistent Organic Pollutants) là
những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ Cacbon, sản sinh ra do các hoạt
động công nghiệp của con người. POP 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, ít tan trong nước, bền với 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.
1.1.1.1. Độc tính các hợp chất POP [6, 30]
Trong tất cả các chất gây ô nhiễm do hoạt động của con người thải vào
môi trường thì các hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POPs) nằm
ữong 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 người 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

Trần Thị Huyền

4

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ ừong cơ thể của các sinh
vật sống thông qua chuỗi thức ăn và trong cơ thể con người.
Các chất thải hữu cơ bền (POP) 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, POP 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 POP có thể phát
tán đi rất xa, tồn lưu và tích tụ trong chuỗi thực phẩm cũng như ừong các mô
tế bào của thực vật.
Đặc tính của POP là không màu, không mùi nên khó nhận biết bằng các
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 BVTV có tác dụng mạnh và sử dụng
trong công nghiệp với nhiều mục đích khác nhau. Một số chất POP còn được
sản sinh ra một cách không chủ định trong quá trình sản xuất công nghiệp một
số chất diệt cỏ như 2,4,5-T 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 POP 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.

Trần Thị Huyền

5

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

• Có thể bay hơi và phát tán đi xa theo không khí hoặc nước.
• Tích luỹ ữong các mô mỡ động vật.
Vì những tính chất nguy hại cho con người, sinh vật nói chung và môi
trường sinh thái nói riêng, có tác động quy mô toàn cầu nên việc quản lý và
ngăn chặn tác hại của POP được cả thế giới quan tâm, thiết lập Công ước

quốc tế các nước phải tuân theo.
1.1.1.2. POP theo công ước Stockholm [30]
- Là những hợp chất có tính độc hại, tồn tại bền trong môi trường, phát
tán rộng và tích lũy trong hệ sinh thái, gây hại cho sức khỏe con người.
- Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc quản lý an toàn, giảm
phát thải và tiến tới 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) ethane]; Dioxin (polychlorinated dibenzo-p-dioxin), Furans
(Polychlorinated dibenzofurans), Polychlorinated Biphenyls (PCBs), 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 mói vào các Phụ lục A, B,

c

của công ước, bao gồm: Các hóa chất ữong phụ lục A nhóm hóa chất bảo vệ
thực vật: Lindan, Alpha-HCH, Beta-HCH, Chlordecon; Nhóm hóa chất công
nghiệp: Hexabromobiphenyl, Pentachlorobenzen, Teữa 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 trong 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.

Trần Thị Huyền

6

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

(Các chất POP theo yêu cầu mới của Công ước Stockholm sau đây được gọi
tắt là các chất POP mới).
Danh mục các chất POP theo COP 05 Công ước Stockholm:
Dioxin - hóa chất này được tạo ra một cách vô tình do sự đốt cháy
không hoàn toàn, cũng như trong quá trình sản xuất một số loại thuốc trừ sâu
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 dioxin. 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 hợp 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 ữong việc sản xuất một số loại hóa chất nhất
định và là kết quả của những quá trình phát thải ra dioxin và furan.
Mirex - một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa, các
loại kiến và mối khác. Mừex còn được dùng làm chất làm chậm lửa trong chất
dẻo, cao su và đồ điện.
Polychlorinated Biphenyl (PCB) - hợp 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 km và chất dẻo.

Trần Thị Huyền

7

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

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.
1.1.2. Phân loại POP
a. Phân loại theo mục đích sử dụng [27]
- Nhóm các chất trừ sâu, trừ nhện, trừ côn trùng gây hại:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Photpho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...
+ Nhóm các họp chất cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa.
+ Nhóm các họp 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 họp chất chứa thủy 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 hóa học [27, 28]
• Thuốc BVTV có nguồn gốc hữu cơ:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Photpho: Wophatox, Diazinon,
Malathinon, Monitor...

Trần Thị Huyền

8

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

+ Nhóm các hợp chất cacbamat: Sevin, Furadan, Mipcin, Bassa.
+ Các chất trừ sâu thủy ngân hữu cơ.
+ Các dẫn xuất của Ure.
+ Các dẫn xuất của axit proyonic.
+ 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 thủy ngân.
+ Một số loại khác.
• Các chất trừ sâu có nguồn gốc thực vật là ankaloid, thực vật có chứa
nicotin, anabazin, Pyrethroid.

c. Phân loại nhóm độc theo tổ chức Y tế thế giới (TCYTTG) [11, 27]
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 [27, 28]
Các hóa 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 hóa chất BVTV có thể gây những tác
động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe 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 Photpho hữu cơ,
cacbamat. Các họp chất nằm ừong nhóm này có độ bền kéo dài trong vòng từ
1 - 1 2 tuần.

Trần Thị Huyền

9

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

- Nhóm chất bền trung bình: Các hợp chất nhóm này có độ bền vững từ
1 - 1 8 tháng, hay một vài năm trong điều kiện tự nhiên. Điển hình là thuốc
diệt cỏ 2,4- D (thuộc loại hợp chất có chứa Clo).
- Nhóm chất bền khó phân hủy: các hợp chất nhóm này có độ bền từ 2
- 5 năm, thậm chí hàng chục năm trong đất, nguồn nước. Thuộc nhóm này là
các 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 khổ phân hủy: Đó là các hợp chất kim loại hữu cơ,
loại chất này có chứa các kim loại nặng như: Thủy ngân (Hg), Asen (As),....
Các kim loại nặng Hg và As không bị phân hủy theo thời gian, chúng đã bị
cấm sử dụng ở Việt Nam.
1.1.3. Các phương pháp xử lý POP [17]
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. Những
biện pháp được sử dụng chủ yếu là:
- Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời).
- 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, oxy 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.

Trần Thị Huyền

10

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

Cho đến nay, nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dư
thuốc BVTV thuộc nhổm khổ 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 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 ừong 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 càu 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; trình độ kĩ
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 cầu thực tế.
12. DDT
DDT là một trong những chất nguy hại nhất ữong số các chất POP,
nhưng lại được sử dụng khá phổ biến đến nay, do đó tác động gây hại của nó
càng lớn - rộng.
1.2.1. Cấu tạo phân tử DDT [1,4]
- Công thức phân tử của DDT: C14H9CI5.
- Cấu tạo phân tử DDT:

Trần Thị Huyền

11

K38A - SP Hóa học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

Hình 1.1: cẩu tạo phân tử của ĐĐT
- Tính chất:
+ Điểm nóng chảy: 108,5°c (227,3°F; 381,6 K).
+ Điểm sôi:

260°c (500°F; 533 K) (phân hủy).

+ DDT là chết không màu, không vị và gần như không có mùi.
+ DDT rất kị nước, nố gần như không hòâ tan ưong nước nhưng tan tốt
trong các dung môi hữu cơ, chất béo và các loại dầu.
* Đặc điểm :
+ DDT là một chất gây ô nhiễm hữu cơ bền được dễ dàng hấp thụ
vào đất và trầm tích. Tùy thuộc vào điều kiện đất mà chu kì bán hủy dao động
từ 22 ngày đến 30 năm.
+ Vì nó ưa mỡ, DDT có tiềm năng lớn để tích lũy sinh học. Các loài
chim bị nhiễm DDT nhiều hơn các động vật khác ưong cùng môi trường.
+ DDT và DDE là khả năng chống lại sự trao đổi chất trong con người,
chu kì bán hủy của chúng là 6 đán 10 năm tiếp theo.
+ DDT bị cấm trên toàn thế giới về sử dụng nông nghiệp theo Công ước
Stockholm năm 2004 và hạn chế sử dụng để kiểm soát bệnh sốt rểt.
DDT là loại thuốc trừ sâu đã được sử dụng trong nhiều năm qua. Công
thức hốa học của loại thuốc này là C 14H9CI5 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 thường
trong việc kiểm soát sự lan truyền của dịch sốt rét và các bệnh dịch khác phát
sinh từ côn trùng.

Trần Thị Huyền

12

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

DDT là tổng họp của 3 dạng là p,p - DDT (85%), 0 ,p’- DDT (15%) và
o,o’- DDT (lượng vết). Tất cả ba dạng ừên đều là chất bột vô định hình. DDT
cũng có thể chứa DDE (l,l-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) etylen) và DDD
(l,l-dichloro- 2 ,2 -bis (p-chlorophenyl) etan) là những chất nhiễm bẩn 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.
1.2.2. Độc tính của DDT [1]
DDT là loại thuốc trừ sâu có độ bền vững và có độc tính cao. Sự gây
hại của DDT đối với môi trường là do hai thuộc tính của nó đó là sự tồn tại
lâu trong môi trường và sự hòa tan trong lipid. Vì DDT không hòa tan trong
nước nên rất khó bị rửa trôi trong môi trường.
DDT hòa tan tốt trong chất béo vì vậy khi động vật ăn thức ăn có chứa
DDT thì DDT sẽ kết họp với chất béo trong 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: 250 mg/kg.
Tuy nhiên DDT lại là hóa chất duy nhất cho đến nay được cho phép sử

dụng diệt muỗi - cung quăng nhằm hạn chế lây lan bệnh sốt rét.

Trần Thị Huyền

13

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

13. Các phương pháp phân hủy DDT
1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giói
1.3.1.1. Phương pháp chôn lấp, cô lập [1]
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 kĩ 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 [1]
Đây là phương pháp vô cơ chuyển hóa Clo hữu cơ thành CƠ2, H2O và
Cl' Clo hữu cơ tiếp xúc vói kim loại đồng nung đỏ đều bị lấy mất Clo (tạo
thành Q 1CI2) và chúng bị phân hủy tiếp thành CO2 và H2O cùng với các dẫn
xuất khác không độc hoặc ít độc hơn.
___ Cuỉ 600—700° c ,O 2 ( khongkhì^

^

^

^

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.
I.3.I.3. Phương pháp tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời
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 vói
Cacbon và sau đó thay thế nhóm đó bằng phenyl hoặc nhóm hydroxyl 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.

Trần Thị Huyền

14

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

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 lóp đất trực tiếp được tia cực tím chiếu không dày hơn
5mm. Do đó, khi càn xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tói các tầng sâu hơn
5mm thì phương pháp này ít được sử dụng và đặc biệt trong công nghệ xử lý
hiện trường.
13.1.4. Phương pháp hấp thụ [1]
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 họp (gồm hoạt
hóa, các nhựa trao đổi ion,...), than hoạt tính,....
Ưu điểm: Phương pháp hấp thụ là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng,
chi phí ban đàu cho xử lý thấp.
Trong thực tế, đất và các chất hữu cơ có mặt ừong 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 tưói
nước có chứa hóa chất DDT lên đất lại gây ô nhiễm trong đất và trong một số
trường họp 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 ừên than bùn,...) tỏ ra có khả năng hấp phụ malathion trong nước (có
khuấy trộn) thì hiệu quả thu gom có thể đạt tói 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

Trần Thị Huyền

15

K38A - SP Hóa học


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

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 thụ tiếp
theo.
1.3.1.5. Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng [1]
Khi xử lý DDT với dung dịch NaOH 20% nóng, xảy ra phản ứng
dehydroclorua hóa tạo nên một olefin. Olefin sinh ra bị polymer hóa cho sản
phẩm rắn. Sản phẩm này được tách ra dễ dàng và cho vào bao nilon rồi chôn
vùi dưới đất.
1.3.1.6. Phương pháp phân hủy sinh học [1]
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 phưomg 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 [3, 5,15]
❖

Vật liệu nano:

Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thước chỉ ở
cấp độ nano mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề
mặt vật liệu nano và tổng diện tích bề mặt của vật liệu nano lớn hom rất nhiều
so với vật liệu thông thường.
Tổ họp nano kim loại hóa trị 0 tên tiếng Anh là nano Zero-Valent Iron
(nZVI) đã được các nhà khoa học gọi tên là “Thần dược vạn năng” như là một

Trần Thị Huyền

16

K38A - SP Hóa học