Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
i
ĐA
̣
I HO
̣
C QUÔ
́
C GIA HA
̀
NÔ
̣
I
TRƢƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƢ
̣
NHIÊN
Nguyễn Xuân Huân

NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU SẮT NANO

́
C GIA HA
̀
NÔ
̣
I
TRƢƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƢ
̣
NHIÊN Nguyễn Xuân Huân

NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU SẮT NANO
ĐỂ XỬ LÝ DICLODIPHENYLTRICLOETAN (DDT)
TRONG ĐẤT Ô NHIỄM TẠI KHO HƢƠNG VÂN, XÃ LẠC VỆ, HUYỆN
TIÊN DU, TỈNH BẮC NINH

Chuyên nga
̀
nh: Khoa học môi trƣờng
M số: 60 85 02

1.1.1. Khái niệm 4
1.1.2. Tính chất của vật liệu nano 4
1.1.3. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano 6
1.1.4. Một số ứng dụng của vật liệu nano 11
1.2. Đặc điểm, tính chất của Fe
0
nano và những ứng dụng trong xử lý môi trƣờng 12
1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe
0
nano 12
1.2.2. Một số ứng dụng trong xử lý môi trƣờng của Fe
0
nano 14
1.3. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật 18
1.3.1. Các nhóm thuốc BVTV và phân loại 19
1.3.2. Đặc điểm, tính chất của DDT và các tác động của nó đến môi trƣờng 20
1.4. Hiện trạng kho chứa hoá chất bảo vệ thực vật ở thôn Hƣơng Vân 28
1.5. Các phƣơng pháp xử lý thuốc BVTV 30
1.5.1. Phƣơng pháp hoá học 30
1.5.2. Phƣơng pháp vật lý 32
1.5.3. Phƣơng pháp cô lập 33
1.5.4. Phƣơng pháp xử lý thuốc bảo vệ thực vật bằng Fe
0
nano 34
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 36
2.2. Nội dung nghiên cứu 36
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 37
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48
3.1. Một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu 48

nano với nƣớc bị gây nhiễm DDT nhân tạo 63
3.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu quả xử lý 63
3.5.2. Kết quả phân tích hàm lƣợng Fe
2+
và Fe
3+
của các dung dịch sau xử lý DDT
trong nƣớc bằng vật liệu Fe
0
nano 66
3.5.3. Ảnh hƣởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý 68
3.6. Một số yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng xử lý DDT trong đất 70
3.6.1. Ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu quả xử lý 70
3.6.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe
0
nano đến hiệu quả xử lý DDT 72
3.6.3. Ảnh hƣởng của của pH đất tới hiệu quả xử lý 74
3.6.4. Ảnh hƣởng của axit humic đến hiệu quả xử lý DDT 75
3.7. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm ngoài thực địa 77
3.7.1. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phƣơng pháp chuyển vị (ex-situ) 77
3.7.2. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phƣơng pháp tại chỗ (in-situ) 79
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 82
Kết luận 82
Khuyến nghị 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT

nano 17
Bảng 2. Thời gian bán phân hủy của một số thuốc BVTV clo hữu cơ 23
Bảng 3. Hiện trạng tồn dƣ hóa chất bảo vệ thực vật tại các kho trên toàn quốc 27
Bảng 4. Số ngƣời tử vong do ung thƣ tại thôn Hƣơng Vân và xã Lạc Vệ 30
Bảng 5. Kết quả phân tích một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu…….…….50
Bảng 6. Kết quả phân tích dƣ lƣợng hóa chất BVTV tại khu vực nghiên cứu 53
Bảng 7. Khả năng khử DDT bởi Fe
0
nano trong nƣớc tại pH

= 3 theo thời gian… … 65
Bảng 8. Nồng độ Fe
2+
và Fe
3+
trong dung dịch sau xử lý DDT bằng Fe
0
nano 67
Bảng 9. Hiệu quả xử lý DDT bằng Fe
0
nano và các sản phẩm trung gian 68
Bảng 10. Nồng độ DDT còn lại sau thí nghiệm và hiệu quả xử lý 70
Bảng 11. Hiệu quả xử lý DDT trong đất đã bổ sung thêm DDT 71
Bảng 12. Ảnh hƣởng hàm lƣợng Fe
0
nano đến hiệu quả xử lý DDT trong đất 73
Bảng 13. Ảnh hƣởng của pH đất đến hiệu quả xử lý DDT 74
Bảng 14. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng axit humic đến hiệu quả xử lý DDT 76
Bảng 15. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp chuyển vị 78
Bảng 16. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp tại chỗ 80

0
nano, có sử dụng chất phân tán…………………… … 57
Hình 20. Ảnh SEM hạt Fe
0
nano, có sử dụng chất phân tán…………………… … 57
Hình 21. Hình ảnh TEM của vật liệu Fe
0
nano điều chế với các tỷ lệ NaBH
4
/FeSO
4
…58
Hình 22. Ảnh TEM của hạt sắt đƣợc điều chế khi dùng cồn 30% 59
Hình 23. Sản phẩm vật liệu Fe
0
nano sau chế tạo và bảo quản trong bình hút ẩm 60
Hình 24. Phổ nhiễu xạ tia X của sắt nano………………………………………… 61
Hình 25. Ảnh nhiễu xạ tia X mẫu sắt nano điều chế bởi Yuan-Pang Sun và nnk 62
Hình 26. Ảnh SEM vật liệu Fe
0
sau khi lựa chọn điều kiện tối ƣu để chế tạo…… …62

Hình 27. Ảnh TEM vật liệu Fe
0
sau khi lựa chọn điều kiện tối ƣu để chế tạo 62

Hình 28. Nồng độ DDT còn lại và hiệu quả xử lý DDT theo thời gian 64
Hình 29. Nguyên lý phản ứng của Fe
0
nano với hợp chất hữu cơ clo 65

Các loại thuốc thƣờng xếp lẫn lộn, không có giá kê, không có chống ẩm, nền kho
không đảm bảo khô ráo, nhiều kho mái bị hỏng, mƣa dột. Mặt khác do khí hậu nƣớc ta
nóng, ẩm nên bao bì chóng bị hỏng, rách, nhãn mác bị mờ hoặc mất, thuốc sâu rơi vãi
không đƣợc thu gom xử lý mà thấm trực tiếp xuống các nền kho. Từ khi mở cửa cho
các thành phần kinh tế phát triển, các cơ sở pha chế, đóng gói, phân phối thuốc sâu
cũng đình trệ và nhiều kho đã bỏ hoang. Tuy nhiên, do không quản lý tốt nên thuốc sâu
đã ngấm xuống và gây ô nhiễm đất ở các nền kho và khu vực xung quanh làm ô nhiễm
môi trƣờng đất, nƣớc, hệ sinh thái và gây tác động xấu đến sức khoẻ cộng đồng.
Từ thực tế trên, Chính phủ đã có quyết định số 1946/QĐ-TTg ký ngày 21 tháng
10 năm 2010 về việc phê duyệt kế hoạch xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trƣờng do hóa
chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trên phạm vi cả nƣớc. Theo quyết định về kế hoạch của
Thủ tƣớng thì có 240 kho thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng
và đặc biệt nghiệm trọng, cần phải đƣợc xử lý trƣớc năm 2015.
Để xử lý ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật có nhiều các phƣơng pháp nhƣ thiêu
huỷ, chôn lấp, cách ly, sử dụng vi sinh kết hợp chôn lấp, hay sử dụng phƣơng pháp hóa
học với các chất ôxi hóa hoặc thủy phân để phá vỡ một số liên kết nhất định, chuyển
hóa chất có độc tính cao thành chất có độc tính thấp hơn hoặc không độc. Tuy nhiên,
các phƣơng pháp này chỉ thích hợp với xử lý thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã đƣợc
thu gom hoặc tồn lƣu tại các kho chứa. Còn đối với trƣờng hợp đất nhiễm thuốc BVTV
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
2
lại cần một phƣơng pháp và công nghệ phù hợp hơn, trong đó công nghệ sử dụng sắt
nano (Fe
0
nano) trong việc xử lý ô nhiễm môi trƣờng nhƣ: xử lý nƣớc thải có chứa các
hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật trong đất và
nƣớc đƣợc nhiều các nhà khoa học nƣớc ngoài nghiên cứu [24-27, 30, 31, 33,35,39].
Theo các tài liệu này Fe
0

mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác
hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Theo chƣơng trình nano quốc gia
của Mỹ định nghĩa công nghệ nano bao gồm: Nghiên cứu và phát triển công nghệ ở
cấp độ phân tử hoặc vi phân tử với kích thƣớc từ 1nm- 100 nm; Tạo ra và sử dụng các
cấu trúc, thiết bị và hệ thống có các đặc tính và chức năng mới do kích thƣớc cực nhỏ;
Có khả năng kiểm soát và thao tác ở cấp độ phân tử [14].
Công nghệ nano và khoa học nano đều có chung đối tƣợng là vật liệu nano.
Khoa học nano tập trung chủ yếu vào nghiên cứu những tính chất, đặc điểm, các hiện
tƣợng ở quy mô nanomet và có thể đƣa ra những đặc điểm khác biệt giữa những vật
liệu đó khi ở kích thƣớc nanomet và khi ở kích thƣớc lớn hơn, còn công nghệ nano
nghiên cứu cách chế tạo, ứng dụng của vật liệu nano. Khoa học nano cung cấp những
thông tin khoa học cơ bản làm cơ sở cho công nghệ nano. Có thể nói rằng khoa học
nano nghiên cứu vật liệu nano về mặt lý thuyết còn công nghệ nano là nghiên cứu chế
tạo và khả năng ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Các lĩnh vực áp dụng công nghệ
nano nhƣ là lĩnh vực y học, môi trƣờng, điện tử. Công nghệ nano thƣờng đƣợc nói đến
nhƣ một cuộc cách mạng trong lĩnh cực công nghệ mới. Đặc biệt là lĩnh vực y học và
môi trƣờng, các nano có thể là chất dẫn truyền thuốc, là chất xử lý ô nhiễm môi trƣờng.

Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
4
1.1. Khái quát về vật liệu nano
1.1.1. Khái niệm [7]
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thƣớc nano mét (nm).
Về trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật
liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến
chất lỏng và khí.
Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau:
- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, không còn
chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano

Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ
đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt,
gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích
thƣớc nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên
quan đến bề mặt nhƣ: khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt… của vật liệu nano sẽ
lớn hơn nhiều. Điều đó mở ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và
nhiều hiệu ứng khác mà các nhà khoa học đang quan tâm, nghiên cứu.
Kích thước tới hạn
Các vật liệu truyền thống thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi một số các đại lƣợng vật
lý, hóa học không đổi nhƣ độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi,
tính axit….Tuy nhiên, các đại lƣợng vật lý và hóa học này chỉ bất biến nếu kích thƣớc
của vật liệu đủ lớn (thƣờng là lớn hơn 100nm). Khi giảm kích thƣớc cua vật liệu xuống
cấp độ nano mét (nhỏ hơn 100nm), thì các đại lƣợng lý, hóa ở trên không còn là bất
biến nữa, ngƣợc lại chúng sẽ thay đổi. Hiện tƣợng này gọi là hiệu ứng kích thƣớc. Kích
thƣớc mà ở đó vật liệu bắt đầu có sự thay đổi các tính chất đƣợc gọi là kích thƣớc tới
hạn. Ví dụ nhƣ: Điện trở của một kim loại ở kích thƣớc vĩ mô mà ta thấy hằng ngày sẽ
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
6
tuân theo định luật Ohm. Nếu ta giảm kích thƣớc của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng
đƣờng tự do trung bình của điện tử trong kim loại (thƣờng là vài nm đến vài trăm nm)
thì định luật Ohm sẽ không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật liệu có kích thƣớc
nano sẽ tuân theo quy tắc lƣợng tử.
Các nghiên cứu cho thấy các tính chất điện, từ, quang, hóa học….của các vật
liệu đều có kích thƣớc tới hạn trong khoảng từ 1nm đến 100nm, nên ở vật liệu nano các
tính chất này đều có biểu hiện khác thƣờng so với vật liệu truyền thống
1.1.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano [4]
- Phƣơng pháp từ trên xuống: Bao gồm phƣơng pháp nghiền và phƣơng pháp
biến dạng. Phƣơng pháp nghiền là sử dụng kỹ thuật mài cơ khí thông thƣờng để phá vỡ

phân, khử pha phí ) và từ pha lỏng (phƣơng pháp đồng kết tủa, vi nhũ tƣơng, polyol,
khử pha lỏng…). Phƣơng pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng
nano, bột nano
Phương pháp nhiệt phân: là phƣơng pháp rất hiệu quả để có thể chế tạo hạt
nano với quy mô lớn. Phƣơng pháp này đƣợc chia làm hai phƣơng pháp nhỏ là nhiệt
phân bụi hơi và nhiệt phân laser. Phƣơng pháp nhiệt phân bụi hơi có thể tạo các hạt
mịn nhƣng các hạt này thƣờng kết tụ lại với nhau thành các hạt lớn hơn. Trong khi
phƣơng pháp nhiệt phân laser tạo các hạt mịn ít kết tụ với nhau. Phƣơng pháp nhiệt
phân laser đƣợc dùng để chế tạo hạt Si, SiC, Si
3
N
4
, Si/C/N, ôxít sắt có kích thƣớc từ 5
– 20 nm. Ở phƣơng pháp này luồng hơi hỗn hợp có chứa chất phản ứng đƣợc nung
nóng bởi laser CO
2
và phản ứng xảy ra do nhiệt độ cao. Hạt nano tạo từ phƣơng pháp
này có kích thƣớc nhỏ, đồng nhất và hầu nhƣ không kết tụ. Ngƣời ta dùng phƣơng
pháp này để tạo hạt nano Fe
2
O
3
kết tinh tốt và có kích thƣớc từ 3,5 – 5 nm. Vùng phản
ứng hóa học xảy ra từ nơi giao nhau của chùm hơi và chùm laser (10,6 mm) và đƣợc
tách hoàn toàn khỏi các vùng khác làm cho quá trình kết đám của các hạt đƣợc loại bỏ
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
8
gần nhƣ hoàn toàn. Tiền chất trong trƣờng hợp này là Fe(CO)
5

Phương pháp đồng kết tủa: là một trong những phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng
để tạo các hạt ôxít sắt. Có hai cách để tạo ôxít sắt bằng phƣơng pháp này đó là hydroxit
sắt bị ô xi hóa một phần bằng một chất ôxi hóa nào đó và già hóa hỗn hợp dung dịch có
tỉ lệ Fe
2+
và Fe
3+
trong dung môi nƣớc. Phƣơng pháp này có thể thu đƣợc hạt nano có
kích thƣớc từ 30 nm – 100 nm. Hoặc có thể tạo hạt nano có kích thƣớc từ 2 nm – 15
nm. Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch mà ngƣời ta có thể có đƣợc
kích thƣớc hạt nhƣ mong muốn đồng thời làm thay đổi diện tích bề mặt của các hạt đã
đƣợc hình thành.
Phương pháp vi nhũ tương (microemulsion): là phƣơng pháp đƣợc dùng khá
phổ biến để tạo hạt Fe
3
O
4
nano do khả năng điều khiển kích thƣớc hạt dễ dàng. Với
nhũ tƣơng ―nƣớc-trong-dầu‖, các giọt dung dịch nƣớc bị bẫy bởi các phân tử chất hoạt
hóa bề mặt trong dầu. Cơ chế cụ thể của phản ứng xảy ra trong hệ vi nhũ tƣơng là phản
ứng hóa học khi ta hòa trộn các hệ vi nhũ tƣơng này lại với nhau (Hình 1). Các phân tử
chất phản ứng thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt ra ngoài và gặp nhau hoặc khi
các hạt vi nhũ tƣơng của các chất phản ứng gặp nhau, nếu có đủ lực tác động thì 2 hạt
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
9
nhỏ có thể tạo thành một hạt lớn hơn. Các chất trong hai hạt nhỏ sẽ hòa trộn với nhau
và phản ứng xảy ra trong lòng hạt lớn để tạo thành hạt magnetite Fe
3
O

- 100°C. Bằng phƣơng pháp này còn có thể tạo các hạt hợp
kim của Fe với Ni hoặc Co. Hạt đồng nhất có kích thƣớc từ khoảng 100 nm thu đƣợc
bằng cách không cho mầm kết tinh từ bên ngoài. Nếu cho mầm kết tinh từ bên ngoài là
các hạt nano Pt thì có thể thu đƣợc các hạt có kích thƣớc có thể dao động từ 50 – 100
nm.
Phương pháp khử pha lỏng: là phƣơng pháp sử dụng chất khử mạnh (NaBH
4
)
vào một dung dịch ion kim loại để khử nó thành các hạt kim loại có kích thƣớc nano và
hóa trị 0. Phƣơng pháp này đã đƣợc sử dụng để chế tạo các hạt sắt kích thƣớc nano
trong nghiên cứu của Glavee và nnk (1995) [25]. Các hạt sắt tổng hợp theo phƣơng
pháp này gọi là Fe
BH
. Do sự đơn giản cũng nhƣ hiệu quả của phƣơng pháp khử pha
lỏng, nó đã trở thành phƣơng pháp đƣợc biết đến nhiều nhất và sử dụng rộng rãi nhất
để chế tạo Fe
0
nano trong các ứng dụng môi trƣờng. NaBH
4
là một chất khử mạnh nó
có thể khử cả muối Fe
2+
và Fe
3+
tạo thành Fe
0
nano theo phƣơng trình phản ứng sau:
4Fe
3+
+ 3BH

+ 12H
+
+6H
2

Các đặc điểm quan trọng của Fe
0
nano cho phép nó có phản ứng có hiệu quả với
nhiều chất ô nhiễm hơn khi ở trạng thái hóa trị không. Các vấn đề kỹ thuật chính
thƣờng gặp phải trong xử lý đối với vật liệu này là độ nhạy cao trong không khí. Khi
tiếp xúc với không khí, Fe
0
nano nhanh chóng bị ôxi hóa và mất khả năng phản ứng
cao của nó Vì vậy, nhiều kỹ thuật đã đƣợc phát triển để ngăn chặn quá trình ôxy hóa và
bảo vệ Fe
0
nano trong quá trình làm khô sau khi tổng hợp, chẳng hạn nhƣ việc sử dụng
một buồng kỵ khí, làm lạnh khô và kỹ thuật sấy khô trong chân không. Nhƣng tất cả
những phƣơng pháp này tốn kém, phức tạp, và tạo ra những trở ngại trong các ứng
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
11
dụng khác nhau của Fe
0
nano để loại bỏ các chất ô nhiễm trong môi trƣờng. Vì vậy,
nghiên cứu các phƣơng pháp bảo quản dễ dàng và thân thiện với môi trƣờng trong quá
trình làm khô Fe
0
nano tránh bị ôxy hóa sau khi Fe
0

- Môi trƣờng: Chế tạo ra màng lọc nano lọc đƣợc các phân tử chất ô nhiễm, các
chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải ô nhiễm nhanh chóng và hoàn toàn.
1.2. Đặc điểm, tính chất của Fe
0
nano và những ứng dụng trong xử lý môi trƣờng
1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe
0
nano
Công nghệ sử dụng sắt nano hóa trị không (Fe
0
nano) ngày càng trở thành một
lựa chọn phổ biến trong việc xử lý các chất thải nguy hại để khắc phục các điểm ô
nhiễm. Kích thƣớc nhỏ bé của hạt nano giúp nó phân tán mạnh trong môi trƣờng dƣới
bề mặt. Trong khi đó do có diện tích bề mặt riêng lớn nên nó có khả năng phản ứng
nhanh với các chất ô nhiễm [26].
Hiện nay, các ứng dụng của Fe
0
nano chủ yếu dựa trên đặc tính đóng góp điện
tử trong phản ứng khử của Fe
0
nano. Trong điều kiện môi trƣờng bình thƣờng, Fe
0

nano phản ứng tốt trong nƣớc và có thể đóng vai trò là một chất cho điện tử, giúp nó
trở thành một vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm tốt.
a. Cấu trúc lõi - vỏ
- Phần lõi bao gồm chủ yếu là Fe
0
nano và cung cấp năng lƣợng khử cho các
phản ứng với chất gây ô nhiễm môi trƣờng.

+ 2H
2
O  Fe
2+
+ H
2
+ 2OH
-

Fe
2+
tiếp tục bị ôxy hóa thành Fe
3+

Fe
3+
phản ứng với OH
-
hoặc H
2
O tạo ra các hydroxit và oxyhydroxit;
Fe(OH)
3
có thể bị dehydrat thành FeOOH
Ở pH thấp (≤ 8) lớp sắt ôxit có khả năng là vật mang và hút chủ yếu các anion
nhƣ phốt pho, sunfat, nhƣng khi ở pH đạt tới điểm đẳng điện, bề mặt ôxit không là vật
mang và nó có thể hình thành phức giữa bề mặt với cation (ví dụ các ion kim loại).
b. Diện tích bề mặt riêng
Cùng với kích thƣớc vật liệu, cấu trúc lõi - vỏ, kết cấu và diện tích bề mặt riêng
cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tính chất vật lý và hóa học của phân tử

với các hạt Fe
0
micro. Vì vậy khi nghiên cứu chế tạo vật liệu Fe
0
nano, ứng dụng trong
xử lý môi trƣờng nói chung và trong xử lý ô nhiễm DDT trong đất nói riêng cần quan
tâm, chú ý đến vai trò của chất phân tán này.
1.2.2. Một số ứng dụng trong xử lý môi trường của Fe
0
nano
Do có đặc tính cho electron và khử nhiều chất ô nhiễm với tốc độ cao, Fe
0
nano
đƣợc sử dụng để xử lý nhiều chất ô nhiễm trong môi trƣờng. Fe
0
nano có thể đi vào
trong đất bị ô nhiễm, trầm tích và tầng ngậm nƣớc. Các chất ô nhiễm mà Fe
0
nano có
thể xử lý bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác.
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
15

Hình 3. Ứng dụng của Fe
0
nano trong môi trường
a. Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa clo
Fe
0

RX + Fe
0
+ H
+
 RH + Fe
2+
+ X
-
b. Loại bỏ các kim loại nặng
- Loại bỏ asen
María E. Morgada và nnk năm (2009) [31] đã tiến hành thí nghiệm ở các nồng
độ Fe
0
nano khác nhau (0,5; 2,5; 5; 7,5; 10g/l) để đánh giá khả năng hấp phụ As (III)
(1mg/l ở pH =7) trên bề mặt vật liệu. Kết quả thu đƣợc cho thấy ngoại trừ ở nồng độ
0,5 g/l, hơn 80% lƣợng Asen bị hấp phụ trong 7 phút và gần 99% bị hấp phụ sau 60
phút. Dung lƣợng hấp phụ cực đại tính theo định luật Freundlich là 3,5mg Asen/g Fe
0

nano ở 25
0
C. Xiaomin Dou và nnk (2010) [44] đã nghiên cứu quá trình loại bỏ Asen
khỏi nƣớc bởi Fe
0
nano và sự ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ pH dung dịch, chất hữu
cơ, anion vô cơ (photphat, cacbonat, silicat, nitrat, clorua, sunfat), axit humic.
- Loại bỏ Crom và Chì
Trong nghiên cứu của J.Cao và W. Zhang (2006) [50] đã cho thấy hiệu suất loại
bỏ Cr (VI) rất cao khoảng 65 – 110mg Cr/g Fe
0

Mondal và nnk (2011) [19] đã nghiên cứu loại bỏ Selen bằng Fe
0
nano. Trong
thí nghiệm sau 5 giờ gần 100% Selen đƣợc loại bỏ hoàn toàn, sự loại bỏ Selen bởi Fe
0

nano đạt 155 mg/g.
- Sự loại bỏ Nitrat
Yu-Hoon Hwang và nnk (2011) [48] đã nghiên cứu về cơ chế và các sản phẩm
tạo ra của quá trình khử nitrat bởi Fe
0
nano. Kết quả nghiên cứu thu đƣợc là 97% nitrat
đƣợc loại bỏ trong vòng 1 giờ và đƣợc loại bỏ hoàn toàn trong vòng 1,5 giờ. Số phận
của các dạng nitơ đã đƣợc nghiên cứu và xác định, theo đó ammonia là sản phẩm chính
của phản ứng khử nitrat bởi Fe
0
nano và nó bị loại bỏ khỏi dung dịch tại pH cao.
Bảng 1. Các hợp chất gây ô nhiễm có khả năng bị xử lý bởi Fe
0
nano
TT
Tên các nhóm chất và hợp chất
Tên các chất và hợp chất
1
Các hợp chất Clo metan
1.1. Cacbontetraclorua (CCl
4
)
1.2. Cloroform (CHCl
3

5
)
3.3. Tetraclorobenzen (C
6
H
2
Cl
4
)
3.4. Triclorobenzen (C
6
H
3
Cl
3
)
3.5. Diclorobenzen (C
6
H
4
CH
2
)
3.6. Clorobenzen (C
6
H
5
Cl)
4
Các hợp chất Clo eten

)
4.6. Vinylclorua (C
2
H
3
Cl)
Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường
18
TT
Tên các nhóm chất và hợp chất
Tên các chất và hợp chất
5
Thuốc bảo vệ thực vật
4.7. DDT (C
14
H
9
C
l5
)
4.8. Lindan (C
6
H
6
C
l6
)
6
Các hợp chất polycloro khác

5
S)
8
Các hợp chất hữu cơ khác
8.1. N- Nitrosodiummetylamin (NDMA)
(C
4
H
10
N
2
)
8.2. TNT (C
7
H
5
N
3
O
6
)
9
Các kim loại nặng
9.1. Thủy ngân (Hg
2+
)
9.2. Niken (Ni
2+
)
9.3. Cadimi (Cd