Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi bã mía hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐẶNG THỊ HIỀN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
GỐC POLYANILIN - BÃ MÍA HẤP
THU HỢP CHẤT DDT TRONG DỊCH
CHIẾT ĐẤT Ô NHIỄM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

HÀ NỘI, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐẶNG THỊ HIỀN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
GỐC POLYANILIN - BÃ MÍA HẤP
THU HỢP CHẤT DDT TRONG
DỊCH CHIẾT ĐẤT Ô NHIỄM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

ThS. Nguyễn Quang Hợp

HÀ NỘI, 2017


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành
đến thầy giáo ThS. Nguyễn Quang Hợp đã tận tình hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho e trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn thành khóa luận này.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa Học, Trƣờng Đại học Sƣ
phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức và hƣớng dẫn em trong suốt quá trình
học tập. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu đƣợc trong suốt quá trình học tập bốn năm
qua không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí
báu để em bƣớc vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Em xin chân thành cảm ơn bạn bè và ngƣời thân đã luôn tạo điều kiện và động
viên, khuyến khích em học tập đến ngày hôm nay.
Trân trọng!

K39A – SP Hóa

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giáo
viên hƣớng dẫn thầy giáo ThS. Nguyễn Quang Hợp. Các nội dung nghiên cứu và kết
quả trong đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình
nghiên cứu nào trƣớc đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn
chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng, cũng nhƣ kết quả khóa luận của mình.
Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2017
Sinh viên

Đặng Thị Hiền

K39A – SP Hóa

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 2
4. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn........................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 3

1.1. Định nghĩa thuốc BVTV [5] .......................................................................... 3
1.2. Phân loại thuốc BVTV [6, 8] ......................................................................... 3
1.2.1. Phân loại dựa trên đối tƣợng sinh vật hại................................................... 3
1.2.2. Phân loại theo gốc hóa học.......................................................................... 4
1.3. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta [5] ................................................ 5
1.4. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP [6, 7] ................................................ 7
1.4.1. Các biện pháp xử lý trên thế giới ................................................................ 7
1.4.2. Các biện pháp xử lý tại Việt Nam ............................................................... 9
1.5. Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin ......................................................... 10
1.5.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi [4] ................................................................. 10
1.5.2 Bã mía và ứng dụng của bã mía ................................................................. 14
1.6. Hấp phụ các chất ô nhiễm [ 1- 3, 9-11] ........................................................ 16
1.6.1. Các khái niệm cơ bản ................................................................................ 16
1.6.2. Quy trình hấp phụ ...................................................................................... 17
1.6.3. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................ 17
1.6.4. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ............................................ 19

K39A – SP Hóa

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ............ 21
2.1. Thực nghiệm................................................................................................. 21
2.1.1. Máy móc và thiết bị................................................................................... 21
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất .................................................................................. 21

2.1.3. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................ 21
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 24
2.2.1. Phƣơng pháp chiết rửa thuốc BVTV ra khỏi đất ô nhiễm ........................ 24
2.2.2. Phƣơng pháp hấp phụ các chất ô nhiễm.................................................... 25
2.2.3. Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS ............................................................ 25
2.2.4. Phổ hồng ngoại (IR) .................................................................................. 26
2.2.5. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 26
2.2.6. Phần mềm xử lý số liệu Origin và Excel .................................................. 27
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 28
3.1. Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp thu ............................................................. 28
3.2. Đặc trƣng của bã mía và PANi-BM ............................................................. 28
3.3. Khả năng hấp thu thuốc BVTV của vật liệu ................................................ 32
3.3.1. Ảnh hƣởng của bản chất vật liệu ............................................................... 32
3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian ........................................................................... 33
3.3.3. Ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu........................................................... 34
3.3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu .............................................................. 35
3.4. Nghiên cứu hấp phụ đẳng nhiệt khi thay đổi nồng độ ................................. 36
3.4.1. Mô hình đẳng nhiệt Langmuir .................................................................. 36
3.4.2. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich ................................................................. 39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 42

K39A – SP Hóa

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

APS

Amoni pesunfat

BVTV

Bảo vệ thực vật

BM

Bã mía

CV

Vòng tuần hoàn đa chu kỳ

DDT

1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane
(Dichrolo Diphenyl Trichroloethane)

EPA

Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ

GCMS

Gas Chromatography Mass Spectometry

IR

Phổ hồng ngoại

PANi hoặc PA

Polyanilin

PANi-BM

Polyanilin-bã mía

PAH

Hợp chất thơm đa vòng

PCB

Polychlorinated Biphenyls

POP

Persistent Organic pollutants

PPy

Polypyrol

PT

Polythiophen

SEM

Scanning Electron Microscope

VLHT

Vật liệu hấp thu

WE

Điện cực làm việc

K39A – SP Hóa

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8
Hình 1.2: Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía
Hình 1.3: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Hình 1.4: Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C
Hình 1.5: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Hình 1.6: Đồ thị để tìm các hằng số trong phƣơng trình Freundlich
Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của bã mía
Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của PANi
Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của PANi-BM
Hình 3.4: Ảnh SEM của bã mía (a), PANi (b) và PANi-BM (c)
Hình 3.5: Khả năng hấp thu o, p’-DDT của các vật liệu gốc PANi và bã mía
Hình 3.6: Khả năng hấp thu p, p’-DDT của các vật liệu gốc PANi và bã mía
Hình 3.7: Khả năng hấp thu chất DDT của các vật liệu PANi và bã mía
Hình 3.8: Ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ các hợp chất DDT bằng
vật liệu gốc PABM21
Hình 3.9: Ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ DDT
tổng bằng vật liệu gốc PABM21
Hình 3.10: Khả năng hấp thu các hợp chất DDT của PABM21 khi thay đổi khối lƣợng
của vật liệu hấp phụ
Hình 3.11: Khả năng hấp phụ DDT tổng của PABM21 khi thay đổi khối lƣợng của vật
liệu hấp phụ
Hình 3.12: Ảnh hƣởng của nồng độ chất bị hấp thu ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ o,
p’-DDT
Hình 3.13: Ảnh hƣởng của nồng độ chất bị hấp thu ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ p,
p’-DDT
Hình 3.14: Ảnh hƣởng của nồng độ chất bị hấp thu ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ
và hiệu suất hấp phụ của hợp chất DDT
Hình 3.15: Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của PABM21 đối với hợp chất o, p’-

K39A – SP Hóa

Đặng Thị Hiền

Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

DDT
Hình 3.16: Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của PABM21 đối với hợp chất p, p’DDT
Hình 3.17: Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của PABM21 đối với DDT tổng
Hình 3.18: Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của o, p’-DDT ban đầu
Hình 3.19: Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của p, p’-DDT ban đầu
Hình 3.20: Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của DDT ban đầu
Hình 3.21: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich của PABM21 đối với hợp chất o, p’DDT
Hình 3.22: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich của PABM21 đối với hợp chất p, p’DDT
Hình 3.23: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich của PABM21 đối với hợp chất DDT

BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Quy kết các nhóm chức của bã mía
Bảng 3.2: Quy kết các nhóm chức của PANi
Bảng 3.3: Quy kết các nhóm chức của PANi-BM
Bảng 3.4: Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Langmuir
Bảng 3.5:

K39A – SP Hóa

Bảng giá trị thông số cho mô hình đẳng nhiệt Freundlich

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam là một nƣớc có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm rất thuận lợi cho sản xuất
nông nghiệp. Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, để nâng cao hiệu quả kinh tế,
nâng cao năng suất cây trồng, tăng mùa vụ,… việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật
(BVTV) càng ngày càng đóng vai trò quan trọng đối với nền nông nghiệp. Nhƣng việc
lạm dụng, sử dụng không đúng cách, hay sự thiếu hiểu biết về việc sử dụng thuốc
BVTV gây tác dụng phụ ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái, sản phẩm nông nghiệp,
đặc biệt là ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời.
Hiện nay, việc xử lý đất bị ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy POP có trong
thuốc BVTV là vấn đề cấp bách ở Việt Nam cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới.
Có rất nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhƣ than hoạt tính, sắt
nano, mùn cƣa, hay một số vật liệu compozit. Nhƣng hầu hết các phƣơng pháp này
đƣợc tiến hành đều rất tốn kém, hiệu quả thấp và cần những trang thiết bị hiện đại tính
khả thi không cao, khó có khả năng áp dụng vào thực tế đời sống sinh hoạt cũng nhƣ
sản xuất.
Các phụ phẩm nông nghiệp, các vật liệu lignocelluloses nhƣ mùn cƣa, xơ dừa,
trấu,… đƣợc nghiên cứu để sử dụng trong việc xử lý thuốc BVTV trong đất vì chúng
có ƣu điểm là giá thành rẻ là vật liệu có thể tái tạo đƣợc và thành phần chính của
chúng dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao.
Với mục tiêu tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp có khả năng xử lý hiệu
quả hợp chất DDT dịch chiết đất ô nhiễm, có giá thành rẻ, thân thiện với môi trƣờng
trong quá trình xử lý, tôi đã chọn bã mía để khảo sát khả năng hấp thu hợp chất DDT
trong dịch chiết đất ô nhiễm. Quá trình biến tính bã mía bằng axit clohidric cũng đƣợc
áp dụng để xem xét hiệu quả của nó đối với việc hấp thu hợp chất DDT trong dịch
chiết đất ô nhiễm.
Chính vì lí do trên tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc

PANi/Bã mía hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm”.

K39A – SP Hóa

1

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

2. Mục đích nghiên cứu
Tổng hợp PANi/ Bã mía bằng phƣơng pháp hóa học.
Hấp thu hợp chất DDT bằng PANi/ Bã mía trong dịch chiết đất ô nhiễm.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu tình hình ô nhiễm thuốc BVTV hiện nay.
Nghiên cứu phƣơng pháp tổng hợp PANi/ bã mía bằng phƣơng pháp hóa học.
Nghiên cứu hấp thu DDT bằng PANi/ bã mía ở các điều kiện khác nhau nhƣ: thời
gian, khối lƣợng vật liệu, nồng độ DDT và các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cho DDT.
Phân tích, đánh giá kết quả mẫu nƣớc có chứa các hợp chất DDT đã đƣợc hấp
thu.
Thực nghiệm đánh giá kết quả và hiệu suất các đề xuất.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Thuốc bảo vệ thực vật (các hợp chất DDT trong dịch chiết đất ô nhiễm),
polyanilin, bã mía.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đọc và tìm hiểu tài liệu có liên quan tới PANi, bã mía và thuốc BVTV (điển hình
là DDT), phƣơng pháp hấp thu chất ô nhiễm môi trƣờng.

Sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu hiện đại để đánh giá PANi/ bã mía (IR,
SEM,...).
Sử dụng phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng các hợp chất DDT (GCMS).
Đánh giá, phân tích và xử lý số liệu thu đƣợc bằng các phần mềm thông dụng.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một
phƣơng pháp mới xử lí chất ô nhiễm một cách đơn giản, hiệu quả hơn và thân thiện
với môi trƣờng trong quá trình xử lý thuốc BVTV tồn dƣ trong đất.
Nếu đƣợc nghiên cứu sâu hơn nữa thì kết quả của khóa luận có thể áp dụng
triển khai vào thực tế để xử lý tại chỗ các điểm ô nhiễm thuốc BVTV tồn dƣ trong đất
với chi phí thấp.

K39A – SP Hóa

2

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Định nghĩa thuốc BVTV [5]
Thuốc BVTV là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh
học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng, …), những chất có
nguồn gốc thực vật, động vật, đƣợc sử dụng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống
lại sự phá hại của những sinh vật gây hại (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim,

thú rừng, nấm, vi khuẩn, rong rêu, cỏ dại, …).
Theo qui định tại điều 1, chƣơng 1, điều lệ quản lý thuốc BVTV (ban hành kèm
theo Nghị định số 58/2002/NĐ-CP ngày 03/6/2002 của Chính phủ), ngoài tác dụng
phòng trừ sinh vật gây hại tài nguyên thực vật, thuốc BVTV còn bao gồm cả những
chế phẩm có tác dụng điều hoà sinh trƣởng thực vật, các chất làm rụng lá, làm khô
cây, giúp cho việc thu hoạch mùa màng bằng cơ giới đƣợc thuận tiện (thu hoạch bông
vải, khoai tây bằng máy móc, …). Những chế phẩm có tác dụng xua đuổi hoặc thu hút
các loài sinh vật gây hại tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt.
Ở nhiều nƣớc trên thế giới thuốc BVTV có tên gọi là thuốc trừ dịch hại. Sở dĩ gọi
là thuốc trừ dịch hại là vì những sinh vật gây hại cho cây trồng và nông sản (côn trùng,
nhện, tuyến trùng, chuột, chim, nấm, vi khuẩn, cỏ dại, …) có một tên chung là những
dịch hại, do vậy những chất dùng để diệt trừ chúng đƣợc gọi là thuốc trừ dịch hại.
1.2. Phân loại thuốc BVTV [6, 8]
Thuốc BVTV có thể đƣợc phân loại theo nhiều cách nhƣ: phân loại theo đối
tƣợng phòng trừ (thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh, thuốc trừ cỏ dại,...) hoặc phân loại theo
gốc hóa học (nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ,..). Các thuốc trừ sâu khác nhau thì
độc tính và khả năng gây độc khác nhau.
1.2.1. Phân loại dựa trên đối tượng sinh vật hại
1. Thuốc trừ sâu
2. Thuốc trừ bệnh
3. Thuốc trừ cỏ dại

K39A – SP Hóa

3

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

4. Thuốc trừ ốc sên
5. Thuốc trừ chuột
6. Thuốc trừ nhện hại cây
7. Thuốc trừ tuyến trùng
8. Thuốc trừ động vật hoang dã hại mùa màng
9. Thuốc trừ cá hại mùa màng
10. Thuốc xông trừ sâu bệnh hại nông sản trong kho
11. Thuốc trừ thân cây mộc
12. Thuốc làm rụng lá cây
13. Thuốc làm khô cây
14. Thuốc điều hoà sinh trƣởng cây
15. Thuốc trừ chim hại mùa màng
1.2.2. Phân loại theo gốc hóa học
- Nhóm thuốc thảo mộc: có độ độc cấp tính cao nhƣng mau phân hủy trong môi
trƣờng.
- Nhóm clo hữu cơ: DDT, 666,...nhóm này có độ độc cấp tính tƣơng đối thấp
nhƣng tồn lƣu lâu trong cơ thể ngƣời, động vật và môi trƣờng, gây độc mãn tính nên
nhiều sản phẩm bị cấm hoặc hạn chế sử dụng.
- Nhóm lân hữu cơ: Wofatox Bi-58,... độ độc cấp tính của các loại thuốc thuộc
nhóm này tƣờng đối cao nhƣng mau phân hủy trong cơ thể ngƣời và môi trƣờng hơn
so với nhóm clo hữu cơ.
- Nhóm carbamate: Mipcin, Bassa. Sevin,... đây là thuốc dƣợc dùng rộng rãi bởi
vì thuốc tƣơng đối rẻ tiền, hiệu lực cao, độ độc cấp tính tƣơng đối cao, khả nâng phân
hủy tƣơng tự nhóm lân hữu cơ.
- Nhóm Pyrethoide (Cúc tổng hợp): Decis, Sherpa, Sumicidine, nhóm này dễ bay
hơi và tƣơng đối mau phân hủy trong môi trƣờng và cơ thể ngƣời.
- Các hợp chất Pheromone: Là những hóa chất đặc biệt do vi sinh vật tiết ra để

kích thích hành vi của những vi sinh vật khác cùng loài. Các chất điều hòa sinh trƣởng
côn trùng (Nomolt, Applaud,...): là những chất đƣợc dùng để biến đổi sự phát triển của
côn trùng. Chúng ngăn cản côn trùng biến thái từ tuổi nhỏ sang tuổi lớn hoặc ép buộc
chúng phải trƣởng thành từ rất sớm: Rất ít độc với ngƣời vả môi trƣờng.

K39A – SP Hóa

4

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

- Nhóm thuốc trừ sâu vi sinh (Dipel, Thuricide, Xentari, NPV,...): Rất ít độc với
ngƣời và các sinh vật không phải là dịch hại.
- Ngoài ra còn có nhiều chất có nguồn gốc hóa học khác, một số sản phẩm từ dầu
mỏ đƣợc làm thuốc trừ sâu.
Trong các nhóm thuốc BVTV trên đây đƣợc sử dụng phổ biến hơn cả là thuốc trừ
sâu, thuốc trừ bệnh và thuốc trừ cỏ dại. Trong đó các loại thuốc BVTV khó phân hủy
(Persistent Organic Pollutant – POPs) là nguy hiểm cho môi trƣờng sinh thái và sức
khỏe con ngƣời nhất. Hầu hết các loại thuốc BVTV nhóm POP đã bị cấm sử dụng nhƣ
DDT, thuốc trừ sâu 666, tuy nhiên các điểm ô nhiễm POP hiện nay hầu hết là tồn dƣ từ
hàng chục năm nay.
1.3. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nƣớc ta [5]
Thuốc BVTV bắt đầu sử dụng ở miền Bắc vào những năm 1955 và cho đến nay
việc sử dụng thuốc BVTV ở nƣớc ta tăng nhanh. Theo cục BVTV, trong giai đoạn
1981-1986, số lƣợng thuốc sử dụng là 6,5-9 nghìn tấn thƣơng phẩm, tăng lên 20-30

nghìn tấn trong giai đoạn 1991-2000 và từ 36-75,8 nghìn tấn trong giai đoạn 20012010. Lƣợng hoạt chất tính theo đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3 kg
(1981-1986) và lên 1,24-2,54 kg (2001-2010). Chính việc sử dụng thuốc BVTV tăng
nhanh là nguyên nhân gây lên ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng đất ở nƣớc
ta. Theo thống kê, hiện nay nƣớc ta có khoảng trên 1153 khu vực ô nhiễm nặng thuốc
bảo vệ thực vật dạng POP.
Theo khảo sát cho thấy tại tỉnh Nghệ An có hàng trăm điểm bị nhiễm, điển hình
là Hòn Trơ, Diễn Châu, Kim Liên, Nam Đàn. Đặc biệt là kho thuốc bảo vệ thực vật tại
xã Diễn Yên, huyện Diễn Châu và địa điểm Hòn Trơ là một trong 913 điểm tồn lƣu
thuốc bảo vệ thực vật trên địa bàn tỉnh tồn tại hàng chục năm nay, kho thuốc đã gây ra
tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ảnh hƣởng đời sống dân sinh của ngƣời dân.
Theo nghiên cứu của Vũ Đức Thảo và các cộng sự - Trung tâm công nghệ xử lý
môi trƣờng, thuộc Bộ Tƣ Lệnh Hóa học, hàm lƣợng DDT trong đất tại Hà Nội các năm
1992 (4 mẫu đất),năm 1995 (8 mẫu đất), năm 1998 (8 mẫu đất) và năm 2001 (8 mẫu
đất) lần lƣợt nằm trong khoảng từ 59,7-970,6 ng/g (trung bình 268,27), từ 159,7-940,5
ng/g (trung bình 182,26 ng/g), từ 49,7-870,5 (trung bình 120,36ng/g)và từ 51,7-850,5
(trung bình 103,23ng/g). Các số liệu trên đã chứng tỏ có sự tồn tại dƣ hàm lƣợng DDT

K39A – SP Hóa

5

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

đáng kể trong đất mà giá trị cho phép của DDT trong đất theo tiêu chuẩn TCVN 59411995 (nồng độ DDT < 100 ng/g) và các chất biến đổi từ DDT ( DDE và DDD). DDE
(1,1-diclo-2,2bis(4-clophenyl)eten) và DDD (1,1-diclo-2,2bis(4-clophenyl)etan) là các

sản phẩm biến đổi có khả năng độc hơn và thƣờng đi kèm với DDT trong các thành
phần của môi trƣờng đất.
Qua nghiên cứu đƣợc tiến hành vào năm 2006 (Vũ Đức Toàn thuộc Khoa Môi
trƣờng – Trƣờng Đại học Thủy Lợi), với 60 mẫu tại các xã thị trấn, thuộc 5 huyện
ngoại thành Sóc Sơn, Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm, Thanh Trì và nội thành Hà Nội.
Các mẫu đƣợc lấy ở những khu vực nông nghiệp đồng thời đƣợc lấy ngẫu nhiên tại các
khu vực có hoạt động đô thị và hoạt động công nghiệp. Kết quả phân tích cho thấy
DDT tổng nằm trong khoảng từ ND đến 171,83ng/g (trung bình 56,68 ng/g). Tuy
nhiên, vẫn còn một số mẫu có DDT tổng vƣợt quá ngƣỡng trên. Kết quả phân tích cho
thấy trong 8 mẫu thuộc khu vực có hoạt động nông nghiệp của huyện Sóc Sơn, Từ
Liêm và Thanh Trì, hàm lƣợng DDT tổng lần lƣợt là 161,84; 163,75; 102,25; 106,76;
164,27, 164,38 và 171,83ng/g. Tại các khu vực khác nhƣ khu công nghiệp, trung tâm
Hà Nội và các khu trung tâm của năm huyện ngoại thành, DDT tổng cũng đƣợc tìm
thấy và nằm trong khoảng từ ND đến 67,82 ng/g (trung bình 21,22 ng/g). Nhƣ vậy, tồn
dƣ của DDT trong đất vẫn ở mức độ đáng kể, ngoài ra DDT còn đƣợc phát hiện thấy
tại mặt nƣớc một số hồ, kênh và tại bệnh viện hoặc khu vực dân cƣ trong nội thành Hà
Nội là khá cao cụ thể là theo kết quả phân tích năm 1997 của Đặng Đức Nhận và các
cộng sự, hàm lƣợng DDT tổng trong trầm tích tại các kênh trong khu vực trung tâm và
ngoại thành Hà Nội vào mùa khô, nằm trong khoảng từ 7- 80 ng/g. Đến năm 2000, tiếp
tục xác định đƣợc tổng hàm lƣợng POP trung bình trong các mẫu bùn ở Hà Nội vào
mùa mƣa là 583 ng/g và giảm đi một nửa vào mùa khô. Đặc biệt hàm lƣợng trung bình
của DDT tổng của các mẫy bùn lấy từ kênh rạch gần khu bệnh viện Bạch Mai và Đại
La có giá trị 1.300 ng/g.
Tại Vĩnh Phúc, theo nghiên cứu thống kê đã công bố, tình trạng ô nhiễm thuốc
bảo vệ thực vật xảy ra khá phức tạp ở nhiều vùng trong tỉnh. Kết quả phân tích cho
thấy: trong đất trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc nói chung đều dƣ lƣợng thuốc BVTV vƣợt
quá mức cho phép từ 10-15%; trong đó huyện Mê Linh vƣợt trên 18%, Yên Lạc, Vĩnh
Tƣờng vƣợt trên 20% đặc biệt là thuốc BVTV họ Clo là loại thuốc khó phân hủy, tồn
tại rất lâu trong môi trƣờng đất nhƣng đã phát hiện có trong 10 mẫu, chiếm 23,03%...

K39A – SP Hóa

6

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Nhƣ vậy tình trạng đất ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật nói chung và thuốc BVTV
khó phân hủy nói riêng ngày càng là một vấn đề cấp bách ở nƣớc ta. Nó ảnh hƣởng và
tác động nghiêm trọng đến việc sản xuất nông nghiệp cũng nhƣ môi trƣờng và sức
khỏe con ngƣời.
1.4. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP [6, 7]
1.4.1. Các biện pháp xử lý trên thế giới
Các nhà khoa học trên thế giới đã cảnh báo rằng cùng với các ô nhiễm nguồn
nƣớc, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất cũng là vấn đề đáng báo động hiện nay, đặc
biệt trong việc sử dụng nông dƣợc và phân bón hóa học. Ô nhiễm đất không những
ảnh hƣởng xấu tới nông nghiệp và chất lƣợng nông sản, mà còn thông qua lƣơng thực,
rau quả…ảnh hƣởng gián tiếp tới sức khỏe con ngƣời và động vật.
Sử dụng hóa chất BVTV không hợp lí gây ô nhiễm môi trƣờng và mức độ ô
nhiễm theo dƣ lƣợng trong đất, nƣớc, không khí. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều
biện pháp khác nhau đƣợc nghiên cứu và sử dụng để xử lý các đối tƣợng nhiễm hóa
chất BVTV cũng nhƣ tiêu hủy chúng. Những biện pháp đƣợc sử dụng chủ yếu là:
1.4.1.1. Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời)
Các phản ứng phân hủy bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt trời thƣờng
làm gãy mạch vòng hoặc gãy các mỗi liên kết giữa Clo và Cacbon hoặc nguyên tố
khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ và sau đó thay thế nhóm Clo bằng nhóm

Phenyl hoặc nhóm Hyđroxyl và giảm độ độc của hoạt chất. Ƣu điểm của phƣơng pháp
này là hiệu suất xử lí cao, chi phí cho xử lí thấp, rác thải an toàn ngoài môi trƣờng.
Tuy nhiêm, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không thể áp dụng để xử lí chất ô
nhiễm chảy tràn và chất thải rửa có nồng độ đậm đặc. Nếu áp dụng để xử lí ô nhiễm
đất thì lớp đất trực tiếp đƣợc tia UV chiếu không dày hơn 5mm. Do đó, khi cần xử lí
nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn 5mm thì phƣơng pháp này ít đƣợc sử
dụng và đặc biệt trong công nghệ xử lí hiện trƣờng.
1.4.1.2. Phá hủy bằng vi sóng Plasma
Phƣơng pháp này đƣợc tiến hành trong thiết bị cấu tạo đăc biệt. Chất hữu cơ
đƣợc dẫn qua ống phản ứng, phản ứng ở đây là Detector Plasma sinh ra sự sống phát
xạ electron cực ngắn (vi sóng). Sóng phát xạ electron tác dụng vào các phân tử hữu cơ
tạo ra nhóm gốc tự dovà sau đó dẫn tới các phản ứng tạo SO2, CO2, HPO43-, Cl2,
Br2,...(sản phẩm tọa ra phụ thuộc vào bản chất thuốc bảo vệ thực vật).
K39A – SP Hóa

7

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Ví dụ: Malathion bị phá hủy nhƣ sau:
Plasma + C10H19OPS2  15 O2 + 10 CO2 + 9 H2O + HPO43Kết quả thực nghiệm theo phƣơng pháp trên một số loại thuốc BVTV đã phá hủy
đến 99% (với tốc độ từ 1,8 đến 3 kg/h).
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là hiệu suất xử lí cao, thiết bị gọn nhẹ; khí thải
khi xử lí an toàn cho môi trƣờng. Tuy nhiên nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là chỉ
sử dụng hiệu quả trong pha lỏng và pha khí, chi phí cho xử lí cao, phải đầu tƣ lớn.

1.4.1.3. Oxy hóa bằng không khí ướt
Phƣơng pháp này dựa trên cơ chế oxy hóa bằng hỗn hợp không khí và hơi nƣớc ở
nhiệt độ cao >3500C và áp suất 150 atm. Kết quả xử lý đạt hiệu quả 95%. Chi phí cho
xử lí theo phƣơng pháp này chƣa đƣợc nghiên cứu.
1.4.1.4. Oxy hóa bằng nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy)
Phƣơng pháp oxi hóa ở nhiệt độ cao có hai công đoạn chính:
Công đoạn 1: Công đoạn tách chất ô nhiễm ra hỗn hợp đất bằng phƣơng pháp
hóa hơi chất ô nhiễm.
Công đoạn 2: Là công đoạn phá hủy chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao. Dùng nhiệt
đọ cao có lƣợng oxi dƣ để oxi hóa các chất ô nhiễm thành CO2, H2O, NOx, P2O5,…
Ƣu điểm của phƣơng pháp xử lí nhiệt độ cao là phƣơng pháp tổng hợp vừa tách
chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất ô nhiễm, khí thải rất an toàn cho
môi trƣờng (khi có hệ thống lọc khí thải). Hiệu suất xử lí tiêu độc cao > 95%; cặn bã
tro sau khi xử lí chiếm tỉ lệ nhỏ (0,01%).
Hạn chế của phƣơng pháp này là chi phí cho xử lí cao, không áp dụng cho xử lí
đất bị ô nhiễm kim loại nặng, cấu trúc đất sau khi xử lí bị phá hủy, khí thải cần phải
lọc trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
1.4.1.5. Phân hủy bằng công nghệ sinh học
Quá trình này dựa trên sự hoạt động của các sinh vật sống (vi khuẩn và nấm) để
phân hủy những chất ô nhiễm tới nồng độ thấp hơn ngƣỡng cho phép. Phƣơng pháp
này thể hiện những ƣu điểm so với các phƣơng pháp trên là chi phí cho quá trình xử lý
thấp hơn và có khả năng phân hủy hoàn toàn chất gay ô nhiễm mà không làm thay đổi
kết cấu của môi trƣờng xung quanh. Tuy nhiên điểm hạn chế tƣơng đối lớn của
phƣơng pháp này là ngƣỡng nồng độ xử lý đƣợc tƣơng đối thấp so với các phƣơng
pháp khác và thời gian xử lý tƣơng đối dài.

K39A – SP Hóa

8

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

1.4.1.6. Khử bằng hóa chất pha hơi
Bản chất của phản ứng này là tiến hành khử DDT bằng hiđro ở nhiệt độ 8500C
hoặc cao hơn. Nguồn sản sinh hiđro ở đây là nƣớc. Sản phẩm cuối cùng của quá trình
xử lý là metan sau đó sẽ chuyển thành CO2 và HCl. Khí thải sau quá trình xử lí xẽ
đƣợc tách bụi và axit.
1.4.1.7. Biện pháp ozon hóa/UV
Ozon hóa kết hợp với chiếu tia cực tím là phƣơng pháp phân hủy các chất thải
hữu cơ trong dung dịch hoặc trong dung môi. Kỹ thuật này thƣờng đƣợc áp dụng để xử
lý ô nhiễm thuốc trừ sâu ở Mỹ. Phản ứng hóa học để phân hủy hợp chất là:
Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O3 CO2 + H2O + các nguyên tố khác
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sử dụng thiết bị gọn nhẹ, chi phí vận hành thấp,
chất thải ra môi trƣờng sau khi xử lý ít độc, thời gian phân hủy rất ngắn. Nhƣợc điểm
của phƣơng pháp là chỉ sử dụng có hiệu quả cao trong các pha lỏng, pha khí. Chi phí
ban đầu cho xử lý rất lớn.
1.4.1.8. Phương pháp tách chiết
Phƣơng pháp này dựa vào việc rửa các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy ra khỏi
đất. Quá trình rửa tập trung vào việc di dời các chất hữu cơ khó phân hủy. Quá trình
đƣợc tiến hành với một vài loại tác nhân rửa khác nhau.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là đơn giản, dễ sử dụng, chi phí thấp và đạt hiệu
quả cao.
1.4.1.9. Oxy hóa siêu tới hạn và plasma
Quá trình oxy hóa đƣợc tiến hành ở áp suất 250 atm. Nhiệt độ dao động từ 400 –
5000C sản phẩm chính là CO2, nƣớc, axit hữu cơ và muối. Phƣơng pháp này đã đƣợc

cấp phép tại Nhật và Mỹ.
1.4.1.10. Các biện pháp khác
Sử dụng lò đốt đặc chủng.
Lò đốt xi măng.
Oxy hóa muối nóng chảy.
Khử bằng chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian.
1.4.2. Các biện pháp xử lý tại Việt Nam
Hiện nay ở nƣớc ta chƣa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dƣ thuốc bảo vệ

K39A – SP Hóa

9

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

thực vật thuộc nhóm khó phân hủy trên.
Cho đến nay vẫn sử dụng các công nghệ
- Sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi trƣờng – Bộ
tƣ lệnh Hoá 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 cƣỡng bức (Công ty Môi trƣờng
Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp).
- Công nghệ phân huỷ sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số đơn
vị khác thực hiện).

Tuy nhiên các phƣơng pháp trên có nhiều hạn chế:
- Phải đào xúc vận chuyển khối lƣợng lớn đất tồn dƣ
- Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn
- Việc nung đốt trong lò xi măng chƣa khẳng định đã phân hủy hoàn toàn chất
độc hại, mà không phát sinh đioxin thải ra môi trƣờng
- 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 trình độ kỹ thuật và quản lý
ở trong nƣớc, mà vẫn giữ đƣợc yêu cầu tối quan trọng là không gây phát tán chất độc,
không phát sinh chất độc thứ cấp nhƣ đioxin, furan hay các chất độc hại khác ra môi
trƣờng. Tuy nhiên, cho đến nay chƣa có phƣơng pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng
đƣợc yêu cầu thực tế.
1.5. Tổng hợp và ứng dụng của polyanilin
1.5.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi [4]
Polyanilin (PANi) là một polyme dẫn điện có độ phân cực thấp, có tính ổn định
cao trong môi trƣờng không khí, khá bền trong môi trƣờng kiềm và axit. Đặc biệt,
PANi là loại vật liệu nhẹ và xốp; dễ tổng hợp bằng cả phƣơng pháp hoá học và điện
hoá; dễ pha tạp, biến tính với các phụ gia. Vì vậy, PANi đã đƣợc nhiều nhà khoa học ở
các nƣớc trên thế giới nghiên cứu ứng dụng về khả năng hấp phụ ion kim loại nặng và
các chất hữu cơ độc hại trong nƣớc thải của bột PANi, góp phần xử lý ô nhiễm môi
trƣờng. Phƣơng pháp điện hóa cho polyme ở dạng màng và phƣơng pháp hóa học cho

K39A – SP Hóa

10

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

polyme ở dạng bột. Những polyme dẫn điện thông dụng nhƣ polypyrol (PPy),
polyanilin (PANi) và polythiophen (PT) có thể đƣợc tổng hợp bằng cả hai phƣơng
pháp.
Tổng hợp PANi phối trộn với các chất mang mùn cƣa, mụn dừa, bã mía,... để
hấp phụ các chất gây hữu cơ gây ô nhiễm môi trƣờng từ các quá trình sản xuất của nhà
máy dệt nhuộm và đặc biệt là hóa chất thuốc BVTV khó phân hủy (POP). Đây là một
hƣớng nghiên cứu còn khá mới trên thế giới về vấn đề xử lý thuốc BVTV và ở Việt
Nam hiện tại chƣa có nhóm nghiên cứu nào phát triển lĩnh vực này.
Trong khóa luận này, chúng tôi giới thiệu phƣơng pháp tổng hợp vật liệu PANi
phối trộn với bã mía bằng phƣơng pháp hóa học và kết quả hấp phụ hợp chất DDT
bằng vật liệu tổng hợp đƣợc PANi/ bã mía trong dịch chiết đất ô nhiễm.
1.5.1.1. Phương pháp hóa học
Phƣơng pháp polyme hóa anilin theo con đƣờng hóa học đã đƣợc biết đến từ lâu.
Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra tính chất dẫn điện của PANi thì việc nghiên cứu các
phƣơng pháp tổng hợp đƣợc quan tâm nhiều hơn. Có thể polyme hóa anilin trong môi
trƣờng axit tạo thành polyanilin có cấu tạo cơ bản nhƣ sau:
H
N
N n
H
polyanilin (PANi)

Nguyên tắc của việc tổng hợp PANi theo phƣơng pháp hoá học là sử dụng các
chất oxi hoá nhƣ (NH4)2S2O8, Na2S2O8, K2Cr2O7, KMnO4, FeCl3, H2O2... trong môi
trƣờng axit. Thế oxi hoá ANi khoảng 0,7 V. Vì vậy, chỉ cần dùng các chất oxi hoá có
thế oxi hoá trong khoảng này là có thể oxi hoá đƣợc ANi. Các chất này vừa oxi hoá
ANi, PANi, vừa đóng vai trò là chất doping PANi. Trong các chất nói trên thì

(NH4)2S2O8 đƣợc quan tâm nhiều hơn vì thế oxi hoá - khử của nó cao, khoảng 2,01 V
và PANi tổng hợp bằng chất này có khả năng dẫn điện cao. PANi đƣợc tổng hợp bằng
(NH4)2S2O8 có thể thực hiện trong môi trƣờng axit nhƣ HCl, H2SO4.
PANi đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp hóa học từ anilin bằng cách sử dụng
amoni pesunfat và axit dodecylbenzensunfonic nhƣ một chất oxi hóa và dopant. Quá
trình hóa học xảy ra nhƣ sau (hình 1.1).

K39A – SP Hóa

11

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

NH2
+ (NH4)2S2O8, HA, H2O
H
N

N

A-

AN
H

reduction

N

oxidation

Leucoemeraldine salt

+ HA

H
N

N 2n
H

n

Emeraldine salt
- HA

H
N
A-

- HA

N
N
H

reduction

N

Emeraldine base

+ HA

H
N

oxidation

N 2n
H

n

Leucoemeraldine base

Hình 1.1: Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8
PANi hình thành theo phƣơng pháp hóa học nêu trên có độ dẫn điện là 3 S/cm,
có độ ổn định và giữ nhiệt tốt, có thể tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ
chloroform, m-cresol, dimetylformamit...
PANi còn đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng đảo từ anilin,
amonipersunfat, axit decylphosphonic hoặc axit dodecylbenzensunfonic. Theo đó, hệ
nhũ tƣơng đảo đƣợc chuẩn bị từ axit decylphosphonic hoặc axit dodecylbenzen
sunfonic, n-heptan, amoni pesunfat. Sau đó nhỏ từ từ dung dịch anilin trong n-heptan
vào hệ nhũ tƣơng đảo. Kết quả là hỗn hợp chuyển từ màu trắng của hệ nhũ tƣơng sang

màu vàng và cuối cùng là màu xanh lá cây. Sản phẩm thu đƣợc là PANi đã đƣợc
doping bởi axit và có cấu trúc hình ống.
PANi thu đƣợc bằng phƣơng pháp tổng hợp hoá học khó tạo màng trên bề mặt
mẫu bảo vệ, hơn nữa lớp màng này không thể có tính bảo vệ cao nhƣ các màng sơn
phủ hữu cơ khác có cấu tạo sợi không gian với độ bền cơ lý cao hơn. Mặt khác, phản
ứng oxi hóa - khử polyanilin bằng phƣơng pháp hóa học khó điều khiển hơn so với
phƣơng pháp điện hóa vì ngoài phản ứng polyme hoá thì anilin còn tham gia vào một

K39A – SP Hóa

12

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

số phản ứng phụ khác. Đây cũng là một điểm yếu của phƣơng pháp polyme hóa anilin
bằng phƣơng pháp hóa học.
Để tạo màng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn, có thể sử dụng phƣơng pháp polyme
hóa điện hóa, tạo lớp phủ bảo vệ trực tiếp trên bề mặt điện cực. Đây cũng là phƣơng
pháp chế tạo polyanilin có hiệu quả cao.
1.5.1.2. Phương pháp điện hóa
Ngoài phƣơng pháp tổng hợp hóa học thông thƣờng, do có tính chất dẫn điện nên
các polyme dẫn điện còn đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp điện hóa. Nguyên tắc của
phƣơng pháp điện hóa là dùng dòng điện để tạo nên sự phân cực với điện thế thích
hợp, sao cho đủ năng lƣợng để oxi hóa monome trên bề mặt điện cực, khơi mào cho
polyme hóa điện hóa tạo màng dẫn điện phủ trên bề mặt điện cực làm việc (WE). Điện

cực làm việc có thể là Au, Pt, thép CT3, thép 316L,... Đối với anilin, trƣớc khi polyme
hóa điện hóa, anilin đƣợc hòa tan trong dung dịch axit nhƣ H2SO4, HCl, (COOH)2...
Nhƣ vậy, có thể tạo trực tiếp PANi lên mẫu kim loại cần bảo vệ; do đó việc chống ăn
mòn và bảo vệ kim loại bằng phƣơng pháp điện hóa có ƣu việt hơn cả. Do thế oxi hoá
của ANi khoảng 0,7 V nên có thể sử dụng phƣơng pháp phân cực thế động trong
khoảng thế từ -0,2 đến 1,2V bằng thiết bị điện hoá potentiostat - là thiết bị tạo đƣợc
điện thế hay dòng điện theo yêu cầu để áp lên hệ điện cực, đồng thời cho phép ghi lại
các tín hiệu phản hồi (áp dòng ghi lại điện thế hoặc ngƣợc lại). Từ các số liệu về thế
hoặc dòng phân cực tạo ra từ máy potentiostat và các số liệu phản hồi ghi đƣợc đồ thị
thế - dòng hay ngƣợc lại là dòng - thế gọi là đƣờng cong phân cực. Qua các đặc trƣng
của đƣờng cong phân cực có thể xác định đƣợc đặc điểm, tính chất điện hóa của hệ đó.
Nhờ các thiết bị điện phân này, ngƣời ta có thể kiểm soát và điều chỉnh đƣợc tốc
độ phản ứng. Không những thế, phƣơng pháp điện hóa còn cho phép chế tạo đƣợc
màng mỏng đồng thể, bám dính tốt trên bề mặt mẫu.
Màng PANi đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp quét điện thế vòng tuần hoàn đa chu
kỳ (CV) bám dính tốt trên bề mặt điện cực. Phƣơng pháp này cho phép theo dõi đƣợc
tính oxi hóa - khử của PANi trong suốt quá trình phân cực. Tuy nhiên, phƣơng pháp
này có một điểm bất lợi về mặt thời gian. Thời gian tạo màng ứng với thời gian tồn tại
điện thế mà tại đó xảy ra phản ứng oxi hóa điện hóa monome, thời gian này tƣơng đối
ngắn, do đó dẫn đến hiệu suất phản ứng không cao.
Việc tiến hành tổng hợp PANi bằng phƣơng pháp điện hoá đƣợc tiến hành trong

K39A – SP Hóa

13

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

môi trƣờng axit thu đƣợc PANi dẫn điện tốt, hơn nữa anilin tạo muối tan trong axit.
Trong môi trƣờng kiềm PANi không dẫn điện, sản phẩm có khối lƣợng phân tử thấp.
1.5.1.3. Ứng dụng của polyanilin trong xử lý ô nhiễm môi trường
Nền công nghiệp càng phát triển nguy cơ gây ô nhiễm ngày càng cao, đặc biệt là
vấm đề ô nhiễm kim loại nặng. Nó đang trở thành vấn đề cấp bách cần đƣợc giải quyết
bởi tính chất độc hại của nói đối với các sinh vật nói chung và đối với con ngƣời nói
riêng.
Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi
môi trƣờng nhƣ: phƣơng pháp hóa lý (hấp phụ, trao đổi ion), phƣơng pháp sinh học,
phƣơng pháp hóa học...Trong đó phƣơng pháp hấp phụ là một trong những phƣơng
pháp sử dụng phổ biến bởi nhiều ƣu điểm so với những phƣơng pháp khác.
Ngày nay các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tới vật liệu polymer dẫn đặc
biệt là polyanilin. Đây là vật liệu đƣợc xem nhƣ vật liệu lý tƣởng vì dẫn điện tốt, bền
nhiệt, dễ tổng hợp lại thân thiện với môi trƣờng.
Polyanilin cũng đã đƣợc biến tính lai ghép với nhiều vật liệu vô cơ, hữu cơ thành
vật liệu compozit nhằm làm tăng khả năng ứng dụng của nó trong thực tế.
1.5.2 Bã mía và ứng dụng của bã mía
1.5.2.1. Thành phần hóa học của bã mía
Xenlulozo: 40 - 50%
Hemixenlulozo: 20 - 25 %
Lignin: 18 - 23%
Các chất hòa tan khác (tro, sáp, protein,...): 3 - 5 %
Các phân tử xenlulozo là những chuỗi không phân nhánh hợp với nhau tạo thành
cấu trúc vững chắc có cƣờng độ dãn cao. Tập hợp nhiều phân tử thành những vi sợi có
thể sắp xếp thành mạch dọc, ngang hay thẳng trong tế bào sơ khai. Các phân tử
xenlulozo đƣợc cấu tạo từ các mắt xích α-glucozo [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng
liên kết 1,4-glicozit; vài nghìn đơn vị. Xenlulozo tan trong axit HCl và axit H3PO4

đặc, dễ bị thủy phân bởi axit và sản phẩm thủy phân là xenlodextrin, xenlobiozo,
glucozo.
Về cơ bản Hemixenlulozo là polisaccarit giống nhƣ xenlulozo nhƣng có số lƣợng
mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozo thƣờng bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các

K39A – SP Hóa

14

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

nhóm thế axetyl và metyl.
Lignin là loại polime đƣợc tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ vai trò
là chất kết nối giữa Xenlulozo và Hemixenlulozo.
1.5.2.2. Cấu trúc và ứng dụng của bã mía
Bã mía có cấu trúc dạng lỗ xốp, do thành phần chính của nó là Xenlulozo,
Hemixenlulozo và Lignin. Sợi của Xenlulozo và Hemixenluozo với chiều dài sợi
khoảng 0,15 ÷ 2,17 mm, chiều rộng khoảng 21 ÷ 28 μm; nó thích hợp để có thể biến
tính và trở thành vật liệu hấp phụ tốt.
Sự phân bố Xenlulozơ, Hemixenlulozơ và Lignin trong bã mía đƣợc chỉ ra
trong hình sau (hình 1.2).
Lignin

Hemixenlulozơ

Xenlulozơ
Hình 1.2: Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía
Biến tính là quá trình dùng các hóa chất để xử lý vật liệu mà trong cấu tạo phân
tử có chứa một số lƣợng lớn nhóm chức nào đó nhằm tạo thành liên kết mới, nhóm
chức mới hoặc các khe trống có thể sử dụng để hấp phụ một số chất hoặc một số kim
loại nặng.
Trên thế giới đã có một số nhà khoa học nghiên cứu biến tính bã mía để làm vật
liệu hấp thụ xử lý môi trƣờng nhƣ các nhà khoa học ở Braxin, Ấn Độ, Malaixia.... Ở
nƣớc ta cũng đã có những công trình nghiên cứu sử dụng bã mía làm vật liệu hấp phụ
tuy nhiên đó mới chỉ ở dạng sử dụng bã mía thô.
Từ những kết quả của công trình nghiên cứu trƣớc đó cũng nhƣ ƣu điểm của phế
phụ phẩm nông nghiệp – bã mía em đã chọn phƣơng pháp xử lý biến tính bã mía bằng
axit clohiđric với PANi để hấp thu hợp chất DDT trong dịch chiết đất bị ô nhiễm.
K39A – SP Hóa

15

Đặng Thị Hiền


Khóa luận tốt nghiệp

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

1.6. Hấp phụ các chất ô nhiễm [ 1- 3, 9-11]
1.6.1. Các khái niệm cơ bản
Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách pha (khí/ rắn, khí/ lỏng,
lỏng/ rắn, lỏng/ lỏng). Các phân tử từ pha này có thể xâm nhập vào pha kia thông qua
bề mặt phân cách pha. Nếu các chất ở pha khí khi thâm nhập vào một chất lỏng ta gọi
là hiện tƣợng hấp thụ. Nếu chất khí hay một chất tan trong dung dịch đƣợc tích tụ lại

trên bề mặt một chất rắn hay chất lỏng ta gọi là sự hấp phụ. Chất có bề mặt trên đó xảy
ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, còn chất đƣợc tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi
là chất bị hấp phụ. Hiện tƣợng hấp phụ xảy ra do lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tƣơng tác mà ngƣời ta có thể chia hấp phụ
thành 2 loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hiện tƣợng hấp phụ xảy ra đƣợc là do lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và bị hấp
phụ. Khi lực tƣơng tác yếu, không hoặc rất ít thay đổi cấu trúc điện tử của chất hấp
phụ, năng lƣợng tỏa ra thấp ta gọi là hấp phụ vật lý. Khi lực tƣơng tác đủ mạnh, tạo ra
các liên kết hóa học, làm thay đổi cấu trúc điện tử của các thành phần tham gia trong
hệ, năng lƣợng sinh ra lớn, ta gọi là hấp phụ hóa học.
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá trình
này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Đây là
phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trƣng về hiệu quả kinh tế.
Dung lượng hấp phụ (q) là lƣợng chất bị hấp phụ (độ hấp phụ) bởi 1 gam chất
hấp phụ rắn đƣợc tính theo công thức: q

(

)

(1.1)

Trong đó: q: lƣợng chất bị hấp phụ (mg/g).
C0, C: nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l).
V: thể tích dung dịch (l).
m: khối lƣợng chất hấp phụ (g).
Hiệu suất hấp phụ (H) là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ (C) và nồng độ
dung dịch ban đầu C0.
.

K39A – SP Hóa

( )

16

(1.2)

Đặng Thị Hiền