Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu NANO NI(0) Trên Nền Chitosan Và Ứng Dụng Xử Lý Hợp Chất Hữu Cơ Chứa Clo

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO NI(0)
TRÊN NỀN CHITOSAN VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ
HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA CLO

Người thực hiện

: Nguyễn Thị Huệ

Lớp

: MTC

Khóa

: 57

Ngành

: Khoa học môi trường

Giáo viên hướng dẫn

: ThS Lê Thị Thu Hương

Địa điểm thực tập

: Bộ môn Hóa – Khoa Môi trường


HÀ NỘI - 2016

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong báo
cáo khóa luận tốt nghiệp này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ
bất kỳ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong khóa luận đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Thị Huệ

i


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực tập, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi còn
nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của tập thể, cá nhân trong và ngoài trường.
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo
viên hướng dẫn ThS Lê Thị Thu Hương đã động viên, tận tình chỉ bảo, tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Học viện Nông
nghiệp Việt Nam, các thầy cô trong khoa Môi trường và đặc biệt là các thầy
cô ở bộ môn Hóa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã luôn bên
cạnh cổ vũ, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng, xin kính chúc tất cả các thầy cô giáo luôn dồi dào sức khỏe,
công tác tốt và thành công trong công việc.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Sinh Viên

Nguyễn Thị Huệ

ii


MỤC LỤC
Tôi xin cam đoan, các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong báo cáo
khóa luận tốt nghiệp này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ bất
kỳ một học vị nào. .............................................................................................i

Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong khóa luận đều đã được chỉ rõ nguồn
gốc......................................................................................................................i
Hà Nội, ngày tháng năm 2016......................................................................i
Sinh viên.............................................................................................................i

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của TCE. .Error: Reference source not found
Bảng 2.1: Bảng kí hiệu mẫu 1......................Error: Reference source not found
Bảng 2.2: Bảng kí hiệu mẫu 2......................Error: Reference source not found
Bảng 3.1 Kết quả phân tích mối tương quan giữa hàm lượng Chitosan và hiệu
suất xử lý TCE..............................................Error: Reference source not found
Bảng 3.2 : Khả năng xử lý TCE của vật liệu nano Ni(0) trên nền Chitosan
(theo khối lượng vật liệu).............................Error: Reference source not found
Bảng 3.3: Khả năng xử lý TCE của vật liệu nano Ni(0) trên nền chitosan
( theo thời gian xử lí)....................................Error: Reference source not found
Bảng 3.4: Khả năng xử lý TCE của vật liệu nano Ni(0) trên nền Chitosan
( theo môi trường pH)...................................Error: Reference source not found

iv


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Công thức cấu tạo của chitin...........................................................18
Hình 1.2: Cấu trúc của Chitosan...................Error: Reference source not found
Hình 2.1: Chitosan trước và sau khi hòa tan.Error: Reference source not found
Hình 3.1 : Vật liệu trước và sau sấy.............Error: Reference source not found

Hình 3.2: Kết quả phân tích SEM.................Error: Reference source not found
Hình 3.3: Biểu đồ mối quan hệ giữa tỷ lệ khối lượng nano Ni(0)/ chitosan và
hiệu suất xử lý TCE......................................Error: Reference source not found
Hình 3.4: Biểu đồ mối quan hệ giữa khối lượng vật liệu và hiệu suất xử lý TCE
......................................................................Error: Reference source not found
Hình 3.5: Biểu đồ mối quan hệ giữathời gian phản ứng và hiệu suất xử lý TCE
......................................................................Error: Reference source not found
Hình 3.6: Hiệu suất xử lý theo pH................Error: Reference source not found

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
BVTV
CA
CFC
CS
TCE

Nghĩa đầy đủ
Bảo vệ thực vật
Cenluloso acetat
Cloflocacbon
Chitosan
Tricloetilen

vi

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra mạnh mẽ trên thế
giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã và đang làm thay đổi hàng ngày nền
kinh tế xã hội cũng như mọi mặt cuộc sống. Cùng với sự phát triển đó là các
vấn đề về ô nhiễm môi trường, an toàn lao động và sức khỏe con người. Có
rất nhiều các nguyên nhân gây hủy hoại môi trường sống, ảnh hưởng lớn đến
sức khỏe con người, một trong số chúng phải kể đến tác hại của các hợp chất
hữu cơ có chứa clo.
Các hợp chất hữu cơ clo được sử dụng rất phổ biến trong các ngành
công nghiệp như sản xuất hóa chất, thuốc trừ sâu, diệt cỏ hay các ngành công
nghiệp may mặc, sản xuất nhựa…do chưa có công nghệ và cơ chế quản lý tốt,
hàng năm các chất này sau khi sử dụng thường được thải trực tiếp ra môi
trường với số lượng hàng triệu tấn đã gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm
trọng. Đặc điểm đáng chú ý của các hợp chất này là chúng có thời gian phân
hủy rất chậm, có khả năng tích lũy sinh học và gây ảnh hưởng lớn đến hệ sinh
thái cũng như sức khỏe con người. Chính vì vậy, cần tìm ra các biện pháp xử
lý triệt để các hợp chất này ngay tại nguồn thải tại các nhà máy công nghiệp.
Các phương pháp chủ yếu được ứng dụng trong xử lý là biện pháp
khử, oxi hóa và biện pháp sinh học, tuy nhiên mỗi phương pháp vẫn còn gặp
những khó khăn riêng, chưa đạt được hiệu quả tối ưu nhất cho việc xử lý các
hợp chất này. Trong những năm gần đây, việc ứng dụng và phát triển công
nghệ mới- công nghệ nano đem lại nhiều thành công trong các lĩnh vực khoa
học, kỹ thuật. Trong đó, ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực xử lí chất
hữu cơ chứa clo đã và đang được nghiên cứu rộng rãi và có những bước tiến
mới trong quá trình nghiên cứu. Với việc sử dụng vật liệu có kích thước
nanomet để xử lý chất hữu cơ clo như thuốc trừ sâu cơ clo, xử lí tricloetilen

1

… đã cho thấy những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp thông
thường. Việc sử dụng vật liệu nano kim loại hóa trị 0 đang trở thành một lựa
chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các khu
vực bị ô nhiễm, có hoạt tính tốt trong việc giải trừ các hợp chất chứa Clo, Ni
tơ, hợp chất chứa nhân thơm… là các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, ô
nhiễm thực phẩm và tác nhân gây ra các bệnh ung thư hiểm nghèo.
Xuất phát từ các vấn đề trên, dưới sự hướng dẫn của ThS Lê Thị Thu
Hương, tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Ni(0) trên
nền Chitosan và ứng dụng xử lý hợp chất hữu cơ chứa clo”.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định được phương pháp chế tạo và một số đặc tính của vật liệu
nano Ni(0) trên nền Chitosan.
- Đánh giá khả năng xử lý hợp chất hữu cơ chứa clo (Tricloetilen –
TCE - C2HCl3) của vật liệu.
Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu và xác định phương pháp chế tạo vật liệu nano Ni(0) trên
nền Chitosan.
- Xác định được một số đặc tính của vật liệu bằng các phương pháp vật
lý và hóa học hiện đại.
- Thử nghiệm vật liệu nano Ni(0) để xử lý Tricloetilen (TCE).
- Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý TCE bằng
vật liệu nano Ni(0).

2


Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

1.1.1. Khái niệm vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu có ít nhất một chiều có kích thước nano mét.
Về trạng thái của vật liệu người ta chia thành ba trạng thái rắn, lỏng, khí. Hiện
nay, vật liệu nano được nghiên cứu chủ yếu là vật liệu ở trạng thái rắn. Về
hình dáng vật liệu người ta phân chia thành các loại sau: ba chiều có kích
thước nano (hạt nano, đám nano), hai chiều có kích thước nano (màng mỏng),
một chiều (dây mỏng). Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay
nanocomposit trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc
cấu trúc của nó có nano không chiều. (Nguyễn Đức Nghĩa, 2007)
1.1.2 Hạt nano kim loại
Tác giả Nguyễn Hoàng Hải- Trung tâm Khoa học Vật Liệu- Trường
Đại học Khoa học Tự Nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội (2007) đã đưa ra khái
niệm và một số tính chất đặc trưng cơ bản của hạt nano kim loại:
Hạt nano kim loại là khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được
tạo thành từ các kim loại.
Tính chất đặc trưng: Hạt nano kim loại có hai tính chất khác biệt so với
vật liệu khối đó là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Tuy nhiên, do đặc
điểm các hạt nano có tính kim loại, tức là có mật độ diện tử tự do lớn thì các
tính chất thể hiện có những đặc trưng riêng khác với các hạt không có mật độ
điện tử tự do cao.
- Tính chất quang học: bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng plasmon
bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ
ánh sáng chiếu vào.
- Tính chất điện: tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim
loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó, khi kích thước của vật

3


liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng, hệ

quả của quá trình này làm xuất hiện hiệu ứng chắn Coulomb, làm giảm khả
năng dẫn điện của vật liệu.
- Tính chất từ: các kim loại quý như vàng, bạc,… có tính nghịch từ ở
trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự
bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các
kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô
ban, niken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt làm cho chúng chuyển
sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính
mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi, tức là từ
dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.
- Tính chất nhiệt: Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức
độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Nếu kích thước của hạt
nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.
Với các tính chất khác biệt so với vật liệu thông thường, vật liệu nano
kim loại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong đời sống: người ta
trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc khác nhau,
nghiên cứu khả năng diệt tế bào ung thư của nano vàng … gần đây, người ta
còn tạo ra nguyên tử nhân tạo từ hạt nano kim loại mở ra khả năng ứng dụng
lớn trong tương lai.
1.1.3 Vật liệu nano kim loại trên nền polyme
1.1.3.1 Khái niệm
Nano kim loại – polyme: là loại vật liệu mà trong đó polyme đóng vai
trò như một chất bao bọc bên ngoài và ổn định hạt kim loại bên trong, thể
hiện nhiều tính năng vượt trội, có thể thay thế các loại vật liệu truyền thống
trong nhiều lĩnh vực khác nhau.(Phan Nguyễn Thu Xuân - Đại học Bách
Khoa TP.HCM, 2014)

4

1.1.3.2 Đặc điểm của vật liệu
Vật liệu nano trên nền polyme có tính chất nổi trội hẳn so với các vật
liệu thông thường:
Với pha phân tán là các hạt nano có kích thước rất nhỏ nên chúng phân
tán rất tốt vào trong polyme, dưới tác dụng của lực bên ngoài tác động vào nền
0sẽ chịu toàn bộ tải trọng, các phần tử nhỏ mịn đóng vai trò hãm lệch, làm tăng
độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu cũng ổn định ở nhiệt độ cao.
Do kích thước nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết hợp với các pha nền
có thể tạo ra các liên kết vật lý nhưng tương đương với liên kết hóa học, vì thế
cho phép tạo ra các vật liệu có nhiều tính chất mới, có nhiều ứng dụng trong
thực tế.
Vật liệu có kích thước nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu
trúc rất đặc biệt, do đó có khả năng dùng làm vật bảo vệ theo cơ chế barie rất
tốt.(Nguyễn Thị Thu Ngọc- Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2012)
1.1.3.2 Các loại vật liệu nano trên nền polyme
Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra được phương pháp
tổng hợp các loại vật liệu nano gắn trên nền polyme, cũng như đánh giá khả
năng ứng dụng của chúng trong y sinh học và môi trường, một số công trình
nghiên cứu tiêu biểu như:
Nghiên cứu của Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Thịnh – Đại Học Bách Khoa Hà
Nội (2015) tổng hợp vật liệu cấu trúc nano trên nền chitosan: vật liệu nano
bạc/chitosan có tác dụng kháng khuẩn và ức chế tế bào ung thư, vật liệu nano
oxit sắt từ/chitosan (Fe3O4/CS) trong hấp phụ các kim loại nặng. Vật liệu trên
nền polyme dẫn: vật liệu nano Fe3O4/polypyrrol, vật liệu nano Fe3O4/polyanilin/poly
(styren-co-acrylic axit) ứng dụng chế tạo cảm biến sinh học điện hóa xác định
glucozo.
Nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học tại Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh năm 2012 đã đưa ra được cấu

5

trúc và tính chất của vật liệu nano- composit từ polyeste bão hòa và đất sét
biến tính bằng poly (etilen oxit).
Ngoài ra, một số các sản phẩm nghiên cứu khác như: vật liệu polyme
nanocomposit trên cơ sở nhựa ABS và nanoclay ( Nguyễn Thị Thu Ngọc- Đại
học Sư phạm Hà Nội 2, 2012); vật liệu bạc/polyvinylancol (Phan Nguyễn Thu
Xuân- Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh,2014)…
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, tôi tiến hành nghiên cứu chế tạo
vật liệu nano Ni(0) gắn trên nền chitosan và khảo sát khả năng xử lý hợp chất
hữu cơ chứa Clo.
1.1.4 Ứng dụng vật liệu nano trong xử lý môi trường
Với những tính chất đặc biệt của vật liệu nano, các nhà khoa học đã
nghiên cứu và đạt được nhiều thành tựu trong việc ứng dụng vật liệu nano để
xử lý ô nhiễm môi trường.
Trên thế giới, một số sản phẩm điển hình ra đời như:
 Xốp nano giữ nước mưa do Viện Công Nghệ Massachusetts (Hoa
Kỳ) sản xuất là sự kết hợp giữa hợp chất polymer và các hạt nano thủy tinh
được phủ lên bề mặt như vải để hút nước, được dùng để giữ nước mưa ở các
nước: Trung Quốc, NêPal và Thái Lan.
 Hạt nano từ tính xử lý asen do Đại học Rice (Hoa Kỳ) sản xuất: Các
hạt nano từ tính gồm các ion oxit lơ lửng trong nước liên kết với asen, sau đó
được loại bỏ bằng một nam châm.
 Màng khử mặn do Đại học California, Los Angeles và NanoH2O sản
xuất: Hợp chất polyme và hạt nano hút các ion nước và đẩy muối hòa tan.
Màng khử mặn đã có mặt trên thị trường, cho phép khử mặn với chi phí năng
lượng thấp hơn so với phương pháp thẩm thấu.
 Màng lọc nano do Công ty Saehan (Hàn Quốc) sản xuất: màng lọc
nano được sản xuất từ polyme có kích thước lỗ từ 0,1-10 nm. Màng lọc nano
được thử nghiệm ở Trung Quốc và khử mặn nước ở Iran đòi hỏi ít năng lượng

hơn phương pháp thẩm thấu ngược.

6


 Que nước trong lưới nano do Phòng thí nghiệm Seldon (Hoa Kỳ)
sản xuất: Thiết bị lọc có hình dạng như cọng rơm sử dụng ống nano cacbon
đặt lên trên vật liệu dẻo có lỗ. Que nước làm sạch nước uống.
 Thiết bị lọc thông dụng do Công ty KX (Hoa Kỳ) sản xuất: Thiết bị
lọc sử dụng lớp sợi nano được chế tạo từ các polymer, nhựa thông, gốm và
các vật liệu khác để xử lý chất ô nhiễm. Các thiết bị lọc hiệu quả, dễ sử dụng
và không cần phải bảo dưỡng.
 Thiết bị lọc thuốc bảo vệ thực vật do Viện Công nghệ Ấn Độ ở
Chennai và Công ty TNHH Eureka Forbes (Ấn Độ) sản xuất: Thiết bị này sử
dụng bạc nano để hút và sau đó phân hủy 3 loại thuốc BVTV thường thấy
trong các nguồn cung cấp nước ở Ấn Độ.(An Nguyên tổng hợp, 2015)
Tại Việt Nam, trong lĩnh vực xử lý nước thải, công nghệ sử dụng vật
liệu tổ hợp nano sắt hóa trị 0 do Viện Khoa học Công Nghệ - Bộ Quốc phòng
nghiên cứu đã chính thức được nghiệm thu và đi vào hoạt động tại hai trạm
xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Thạch Thất – Quốc Oai – Hà
Nội (2013) với công suất 1500 m3/ ngày đêm và cụm công nghiệp Quất Động
– Thường Tín – Hà Nội (5/2015) với công suất 2000 m3/ ngày đêm (Nguyễn
Bá Cảnh, 2015). Trong xử lý môi trường không khí, Viện Khoa học Công
nghệ kết hợp với Viện Vật lý Ứng dụng thiết bị khoa học năm 2010 đã nghiên
cứu và chế tạo thành công sản phẩm khoa học: Bộ lọc chủ động quang TiO 2
phủ trên bông thạch anh và TiO 2 phủ trên sợi Al2O3 trong thiết bị làm sạch
không khí; sơn TiO2/Apatite có tác dụng khử mùi hôi, diệt khuẩn, diệt nấm
mốc gây bệnh, khử khí thải độc hại phát sinh do hoạt động giao thông…

7

1.2 Hợp chất hữu cơ chứa Clo và ảnh hưởng của chúng
1.2.1 Khái niệm
Hợp chất hữu cơ chứa clo là hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa
một hoặc nhiều nguyên tử clo gắn với gốc hydrocacbon. Công thức chung của
chúng như sau:
R-Clx
Trong đó:
R là gốc hydrocacbon.
x là số nguyên tử clo có trong phân tử.
Dựa vào đặc điểm cấu tạo phân tử ta có thể chia các hợp chất clo hữu
cơ thành nhiều loại khác nhau. Theo cấu tạo của gốc Hydrocacbon ta có các
hợp chất hữu cơ chứa clo như:
 Hợp chất clo hữu cơ no: hợp chất mà các nguyên tử Clo liên kết với
gốc hydrocacbon mạch thẳng hay mạch vòng no.
 Hợp chất clo hữu cơ mạch thẳng: CH3 – CH2Cl
Cl

 Hợp chất clo hữu cơ mạch vòng:

 Hợp chất clo hữu cơ không no: hợp chất mà các nguyên tử clo liên
kết với gốc hydrocacbon mạch thẳng hay mạch vòng không no. Ví dụ như:
 Hợp chất clo hữu cơ mạch thẳng:
H

Cl
C

Cl

C
Cl

Cl

 Hợp chất clo hữu cơ mạch vòng không no:

 Hợp chất clo hữu cơ thơm: hợp chất mà các nguyên tử Clo liên kết
với một hay nhiều gốc hydrocacbon thơm. Ví dụ như:

8


Cl

Cl

Cl

1.2.2 Nguồn gốc của các hợp chất clo hữu cơ
Trong tự nhiên các hợp chất clo hữu cơ được hình thành từ các hiện
tượng tự nhiên như trong khói của núi lửa phun trào, cháy rừng… Vì thếtrong
tự nhiên số lượng các hợp chất này không đáng kể. Các hợp chất này chủ yếu
là kết quả của quá trình tổng hợp nhân tạo trong công nghiệp, như: sản xuất
hóa chất, sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, sản xuất sơn, sản xuất giấy, sản xuất
nhựa…
Các hợp chất clo hữu cơ còn có nhiều ở trong dầu thải của các thiết bị
điện dân dụng, các thiết bị ngành điện công nghiệp như máy biến thế, tụ điện,
đèn huỳnh quang, máy làm lạnh…Ngoài ra các hợp chất clo hữu cơ cũng

được sinh ra từ các chất làm mát trong truyền nhiệt, trong dung môi chế tạo
mực in…
1.2.3 Ứng dụng của các chất hữu cơ chứa clo
Hợp chất hữu cơ chứa clo được sử dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp, thường được dùng để sản xuất thốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, diệt côn
trùng trong nông nghiệp như 1,2,4- triclobenzen, 1,4- diclobenzen,
hexanclobenzen. Một số được sử dụng làm chất tẩy rửa như: 1,1,1- tricloetan,
tetracloetilen trong làm sạch kim loại và tẩy dầu mỡ nhờn; một số khác được
sử dụng trong y tế, dược phẩm như: Clorofom, Vinyliden clorid; dùng làm
dung môi hữu cơ như Diclometan, Hexanclobutadien…Ngoài ra, chúng còn là
phụ gia, nguyên liệu tổng hợp nhựa, ví dụ: Diclometan làm hóa chất tẩy sơn,
sản xuất chất tạo bột; Vinyl clorid là nguyên liệu sản xuất nhựa PVC,
Tricloetilen là phụ gia sản xuất keo…(Cao Thủy Tiên- Đại học Dân lập Hải
Phòng, 2010).

9


Mỗi năm trên thế giới sản xuất và tiêu thụ hàng chục triệu tấn clo hữu
cơ, sau khi sử dụng, chúng được thải ra môi trường gây tác động không nhỏ
đến môi trường và sức khỏe con người.
1.2.4 Độc tính của các hợp chất hữu cơ chứa clo
Một số hợp chất hữu cơ chứa clo tiêu biểu có tác động xấu đến môi
trường và con người:
DDT (Di(para-clo-phenyl)-tricloetan) là thuốc trừ sâu đã bị cấm sử
dụng trên hầu hết các quốc gia, đây là loại thuốc tồn lưu và ổn định trong hầu
hết các điều kiện môi trường, DDT và các hợp chất của nó không bị phân hủy
bởi vi khuẩn trong đất, chúng được tích lũy trong dây chuyền thực phẩm vào
con người (Phan Trung Quý, 2011). DDT có tác động rõ rệt lên hệ thống thần
kinh, gây nên sự rối loạn hệ thống thần kinh, chúng gây ra hiện tượng đau

đầu, buồn nôn, chóng mặt với hàm lượng nhỏ, gây ngộ độc cấp tính, tai biến
mạch máu não với người bị nhiễm một lượng lớn. Ngoài ra, nó cũng là một
trong số các nguyên nhân dẫn đến căn bệnh ung thư quái ác.
Dioxin là tên gọi chung của 75 đồng phân PCDD (poly-clo-dibenzodioxines) và 135 đồng phân PCDF (poly-clo-dibenzo-furanes) với độc tính
khác nhau (Wikipedia). Dioxin là hợp chất rất độc, được tạo thành từ các phản
ứng cháy không hoàn toàn của các hợp chất hữu cơ vòng thơm chứa clo, trong
tự nhiên, nó được hình thành từ các vụ cháy rừng, núi lửa phun trào. Cơ quan
Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã công nhận dioxin là một chất gây ung
thư cho con người, là một tác nhân đe dọa nguy hiểm đối với sức khỏe cộng
đồng và dường như không có mức độ phơi nhiễm dioxin nào được coi là an
toàn. Dioxin còn để lại hậu quả nghiêm trọng về mặt di truyền, các thế hệ sau
của người bị nhiễm dioxin sẽ không được hoàn thiện về cả mặt lí trí cũng như
cơ thể như người bình thường, do vậy, ảnh hưởng của dioxin không chỉ kéo
dài qua vài chục năm mà kéo dài qua nhiều thế hệ.

10


PCBs (Polychlorinated biphenyls) là một nhóm các hợp chất nhân tạo
được sử rụng rộng rãi trong quá khứ chủ yếu trong các thiết bị điện nhưng
chúng đã bị cấm vào những năm 1970 bởi nguy cơ gây hại cho môi trường và
sức khỏe. PCBs là những hợp chất rất bền vững, hiện nay vẫn còn tồn tại
trong môi trường. PCBs thuộc trong nhóm 21 chất hữu cơ khó phân hủy
(POP) yêu cầu phải quản lý an toàn, nghiêm cấm các hoạt động kinh doanh
dẫn đến việc tái chế hoặc tái sử dụng POP. PCBs gây ảnh hưởng lớn đến sức
khỏe của con người, nó là nguyên nhân gây nên các căn bệnh ung thư trong
hệ thống tiêu hóa, đặc biệt là ung thư gan và gây nên các khối u ác tính. PCBs
làm giảm khả năng phát triển và gây ảnh hưởng lớn đến hệ thần kinh, làm
biến đổi hệ thống miễn dịch như: tăng khả năng nhiễm trùng, gây các bệnh về
da, ung thư máu…

CFCs (Chlorofluorocacbons) là các hợp chất được sử dụng như một
chất sinh hàn, nó được ứng dụng làm khí sinh hàn trong tủ lạnh, xe hơi, bình
chữa cháy…tuy nhiên, nó có tác động rất xấu đến môi trường. CFCs là chất
gây hiệu ứng nhà kính cực kì mạnh, là nguyên nhân phá hủy tầng ozon, gây
phá hủy hệ sinh thái và gây hại cho cây trồng. Đối với con người, tiếp xúc
trực tiếp với CFCs có thể gây bất tỉnh, khó thở, mắt đỏ và đau…(Lê Huy BáĐộc học môi trường cơ bản, 2008).
Với những tác hại như trên, việc xử lí các chất hữu cơ chứa Clo trước
khi thải ra môi trường đang là một trong những vấn đề được các nhà khoa học
đặc biệt quan tâm.

11


1.3 Hợp chất Tricloetilen (TCE)
1.3.1 Đặc tính của TCE
Tricloetilen (TCE) có công thức hóa học là C 2HCl3, tên quốc tế là
Trichloroethylene; 1,1,2-Trichloroethene; 1,1-Dichloro-2-Chloroethylene; 1Chloro-2,2-Dichloroethylene; Acetylene Trichloride.
TCE có công thức cấu tạo như sau:

Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của TCE
Công thức phân tử

C2HCl3

Khối lượng phân tử M, g.mol-1

131,39

Màu sắc

Không màu

Mùi vị

Mùi hơi ngọt và vị ngọt

Trạng thái vật lý

Lỏng

Tỷ trọng, g/cm3

1,46

Nhiệt độ nóng chảy(oC)

-73

Nhiệt độ sôi (oC)

87,2

Độ tan trong nước(20oC), g.kg-1

1,280

Độ nhớt (25oC), cP

0,53
(Hoàng Thị Phương, 2013)

12


1.3.2 Sản xuất
Hiện nay, hầu hết các TCE đều được sản xuất từ etilen. Trước tiên, etilen
được clo hóa trên xúc tác FeCl3 để tạo 1,2-dichloroethane:
CH2=CH2 + Cl2  ClCH2CH2Cl

(1)

Sau đó, 1,2-dicloetan được đun nóng cùng với Clo ở 400 0C để tạo
Tricloetilen:
ClCH2CH2Cl + 2Cl2  ClCH=CCl2 + 3HCl

(2)

Phản ứng (2) có thể được xúc tác bằng các chất khác nhau, xúc tác
thường được sử dụng nhất là hốn hợp KCl và AgNO 3. Tuy nhiên, các dạng
khác nhau của Cacbon xốp cũng có thể được sử dụng. Các phản ứng này tạo
ra tetracloetilen như một sản phẩm phụ và phụ thuộc vào lượng clo cung cấp
cho phản ứng, thậm chí tetracloetilen cũng có thể là sản phẩm chính. Thông
thường, tricloetilen và tetracloetilen được thu lại cùng nhau và sau đó được
phân tách bằng quá trình chưng cất.
1.3.3 Ứng dụng của TCE
• Là dung môi cho nhiều loại nguyên liệu hữu cơ.
• Chủ yếu được dùng làm dung môi tẩy dầu mỡ cho kim loại và dùng
trong ngành công nghiệp khác.
• Khi nó được sản xuất rộng rãi vào những năm 1920, ứng dụng chính
của TCE là dùng để trích ly dầu thực vật từ các nguyên liệu như đậu nành,

dừa, cọ. Một ứng dụng khác trong công nghiệp thực phẩm là dùng để ly trích
caffeine trong café và điều cế hương chiết xuất từ hoa bia và các loại gia vị.
• Từ những năm 1930 đến 1970, ở Châu Âu và Bắc Mỹ, TCE được sử
dụng như một chất hơi gây mê.
• Nó cũng được sử dụng như một dung môi giặt khô, sau này được thay
bởi tetracloetilen (còn gọi là Percloetilen viết tắt là PEC).

13


1.3.4 Ảnh hưởng của TCE
Giống như các hợp chất hữu cơ chứa clo khác, TCE cũng gây ảnh
xưởng rất xấu đến môi trường và con người. Tiếp xúc trực tiếp với TCE có
thể làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người gây ra các hiện tượng như đau
đầu, chóng mặt, thị giác xáo trộn… ở nồng độ phơi nhiễm cao, nó có thể dẫn
đến tử vong. Theo báo cáo của Viện Khoa học Quốc gia Mỹ, những bằng
chứng hiện nay về dịch tễ học cho thấy TCE có thể là nguyên nhân gây ra ung
thư thận, làm tổn hại đến khả năng sinh sản, phát triển, chức năng thần kinh
và tự miễn dịch. Theo Chemical & Engineering News- 2011, việc phơi nhiễm
TEC làm tăng nguy cơ mắc bệnh Parkinson (rối loạn vận động) gấp 6 lần so
với các dung môi khác như n-hexan, toluen…
Hiện nay, tại Việt Nam, theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải
công nghiệp (QCVN40/2011/BTNMT) thì hàm lượng các chất hữu cơ chứa
Clo cột A và B lần lượt là 0,003 và 0,01mg/l.
Chính từ những tác động nguy hiểm của TCE đến môi trường và con
người, cần tìm ra được biện pháp xử lý tối ưu nhất nhằm giảm những ảnh
hưởng bất lợi này.
1.4 Các phương pháp xử lí hợp chất hữu cơ chứa clo
Hiện nay đang có rất nhiều các phương pháp để xử lí chất hữu cơ chứa
Clo, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, dưới đây

là một số phương pháp chính đang được sử dụng.
1.4.1 Phương pháp oxy hóa
Đây hiện đang là phương pháp được sử dụng phổ biến và có quy mô
công nghiệp lớn nhất để xử lí chất thải chứa clo và các loại chất thải hóa học
khác. Bản chất của phương pháp là đốt các hợp chất chứa clo ở nhiệt độ cao,
có hay không có mặt của chất xúc tác để phân hủy các hợp chất thành CO 2,
H2O và Cl2.

14


Ưu điểm của phương pháp: có thể thực hiện việc phân hủy hoàn toàn
các hợp chất hữu cơ clo gây ô nhiễm môi trường kể cả hợp chất clo vòng
thơm bền; sản phẩm của quá trình phân hủy có khả năng được loại bỏ một
cách dễ dàng; tận dụng nhiệt và thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chi phí xử lí
vừa phải…
Bên cạnh những ưu điểm như trên, phương pháp này vẫn còn gặp phải
nhiều nhược điểm. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp là gây ảnh hưởng xấu
đến môi trường như: quá trình xử lí sinh ra lượng lớn khí nhà kính, gây biến đổi
khí hậu trên toàn cầu; tiêu tốn một lượng lớn nguồn tài nguyên thiên nhiên và còn
tồn tại nhiều nhược điểm gây hại đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.
1.4.2 Phương pháp khử
Phương pháp này sử dụng dòng khí H 2 để cắt bỏ liên kết C-Cl trong
hợp chất hữu cơ chứa clo và thay thế nguyên tử clo bị loại bỏ bằng nguyên tử
hydro. Đây là phương pháp quan trọng để xử lý các chất clo hữu cơ thành các
hợp chất không độc hại và có ích cho các quá trình khác của công nghệ tổng
hợp hữu cơ – hóa dầu.
Ưu điểm chính của phương pháp là các sản phẩm đầu ra có thể dễ dàng
loại bỏ, không độc hại tới môi trường và có thể thu hồi, tái sử dụng. Ngoài ra,
phương pháp còn có thể xử lý các hợp chất clo hữu cơ đa dạng khác nhau với

tốc độ phản ứng nhanh và có tính khả thi về kinh tế cao.
Bên cạnh đó, phương pháp còn gặp hạn chế do việc sử dụng xúc tác là
các kim loại quý giá thành cao tuy nhiên lại nhanh mất hoạt tính. Ngày nay
các nhà khoa học đang nghiên cứu tìm kiếm xúc tác thích hợp có hoạt tính
cao, độ chọn lọc cao, thời gian làm việc dài và giá thành hợp lý.
1.4.3 Phương pháp sinh học
Đây là phương pháp sử dụng một loại vi khuẩn có khả năng phân hủy
được thuốc ngủ và vinyl clorua thành các sản phẩm ít độc hại. Các nghiên cứu
đã cho thấy những kết quả khả quan khi thử nghiệm ngoài thực địa.

15


Ưu điểm của phương pháp là đảm bảo các sản phẩm của quá trình
không gây ô nhiễm môi trường và không gây hại đến sức khỏe con người.
Tuy nhiên, phương pháp chỉ có thể xử lý các hợp chất clo hữu cơ với số
lượng nhỏ, cần thời gian xử lý dài và các sản phẩm không thể tái sử dụng vào
sản xuất.
1.4.4 Phương pháp Oxi hóa – khử kết hợp
Đây là phương pháp mới sử dụng xúc tác là kim loại quý trên chất
mang (Pt/Rh trên γ-Al2O3), cùng với dòng khí là O2 và H2 ở một tỷ lệ nhất
định, đưa vào thiết bị phản ứng ở nhiệt độ >400 oC. Phương pháp này cho
phép phá hủy cấu trúc chứa clo của nhiều phân tử.
Ưu điểm của phương pháp: hiệu suất >90% và xúc tác duy trì được
hoạt tính trong 2 năm và quá trình xúc tác có thể được thực hiện dễ dàng và
thuận tiện.
Nhược điểm: sản phẩm không có khả năng tái sử dụng; nhiệt cung cấp
cho phản ứng còn khá lớn và nguy cơ cháy nổ có thể xảy ra.
Vì vậy phương pháp này hiện mới được thử nghiệm trên mô hình nhỏ.
(Cao Thủy Tiên-2010).

1.4.5 Phương pháp sử dụng vật liệu nano kim loại hóa trị 0
Việc sử dụng kim loại hóa trị 0 (nano zerovalent metals (nZVM)) trong
xử lí chất nguy hại đã nổi lên như một công nghệ đầy hứa hẹn cho việc xử lí
các chất hữu cơ chứa clo, kim loại độc hại và các loại ion có hại như nitrat.
Việc khử clo của chất hữu cơ có thể dùng các kim loại hóa trị 0 như: Fe, Zn,
Ni, palladium… chúng có khả năng chuyển electron trong liên kết C-Cl của
chất hữu cơ (D. E. Meyer and D. Bhattacharyya, 2007)
Quá trình xử lí với Fe0:
4Fe0  4Fe2+ + 8 eCl2C2HCl + 5H+ + 8e-  C2H6 + 3Cl-

16


Với kích thước nanomet thì các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt( hiệu
ứng bề mặt) sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu nanomet
khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
Phương pháp này mang lại rất nhiều các ưu điểm như: hiệu quả xử lí
tốt, có thể xử lí được nhiều hợp chất đa dạng và thời gian lưu động trong nước
nhanh và đặc biệt không sinh ra các sản phẩm có hại đến môi trường.
Tại Việt Nam, hiện nay đã ứng dụng thành công 2 trạm xử lý nước thải
tập trung khu công nghiệp Thach Thất – Quốc Oai – Hà Nội và cụm công
nghiệp Quất Động – Thường Tín – Hà Nội bằng công nghệ sử dụng vật liệu
tổ hợp nano sắt hóa trị 0 đánh dấu bước ngoặt trong công nghệ xử lý nước
thải, tuy nhiên, bên cạnh đó cần có các nghiên cứu phát triển sâu hơn nhằm
tìm kiếm ra các vật liệu mới đạt hiệu quả cao hơn trong xử lí chất thải nói
chung và hợp chất hữu cơ chứa clo nói riêng.
1.5 Giới thiệu chung về chitosan
1.5.1 Nguồn gốc
Chitin/chitosan là những polysaccarit tồn tại trong tự nhiên với sản
lượng rất lớn (đứng thứ 2 sau xenlulozo). Trong tự nhiên chitin tồn tại trong

cả động vật và thực vật. Trong động vật, chitin là một thành phần quan trọng
của vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp
xác và giun tròn. Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành
phần chủ yếu trong mô da giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da.
Trong thực vật chitin có trong thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh
khối nấm mốc, một số loai tảo. Trong các loài thủy sản, đặc biệt là trong vỏ
tôm, cua, ghẹ hàm lượng chi tin chiếm khá cao, dao động từ 14- 35% so với
trọng lượng khô, vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguyên liệu chính để sản xuất
chitin.(Viện công nghệ Sinh học- thực phẩm, 2011)

17