ĐẶT VẤN ĐỀ
Tính cấp thiết của đề tài
Trong vài thập kỷ vừa qua, ở Việt Nam, sự phát triển khoa học và công nghệ
và sự đô thị hoá làm tăng ô nhiễm môi trường do nguồn khí thải, nước thải và chất
thải rắn không được sử lý một cách triệt để. Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đang diễn ra mạnh mẽ trên cả nước làm thay đổi hàng ngày nền kinh tế xã
hội cũng như mọi mặt của cuộc sống . Đồng thời sự phát triển đó cũng đã gây ra
vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung , ô nhiễm nguồn nước nói riêng mà trong đó
ô nhiễm chất hữu cơ nguồn nước đang có chiều hướng gia tăng mạnh mẽ. Một
trong số những tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước là hợp chất hữu cơ chứa Clo .
Và công nghệ nano ra đời để giải quyết vấn đề bức thiết này . Đối tượng
nghiên cứu của công nghệ nano là vật liệu nano . Một số nước phát triển trên thế
giới như Mỹ, Nhật và các nước châu Âu đã nhìn nhận công nghệ nano như một
trong những lĩnh vực triển vọng nhất cuả thế kỷ 21 , được đầu tư nghiên cứu mạnh
mẽ để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nguồn nước do
hợp chất chứa Clo nói riêng.
Các hợp chất Clo hữu cơ nằm trong các hợp chất được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp

. Các hợp chất Clo hữu cơ có

tác động mạnh tới môi trường vì
chúng rất độc và khó phân hủy khi
đốt cháy . Các chất này là thường là
1


các hợp chất Clo hữu cơ mạch vòng ,
ổn định về cấu trúc hóa học nên tồn
tại rất bền vững và có thể luân chuyển
trong môi trường . Đặc biệt các chất

bị cực nhỏ ở cấp độ phân tử của vật thể . Viện công nghệ Nano Anh quốc (Institute
of Nanotechnology) định nghĩa Nano là “một ngành khoa học và công nghệ mà ở
đó các kích thước từ 0,1nm (Nanomét) tới 100nm đóng vai trò chủ đạo” . Nanomét
là đơn vị đo lường vũ trụ bằng 1 phần tỷ mét. Công nghệ Nano thường đi đôi với
các hệ thống vi cơ điện MEMS (micro-electromechanical systems). Các hệ thống
này thường sử dụng công nghệ Nano nhưng có thể bao gồm cả các công nghệ khác
ở cấp độ cao hơn phân tử .
Chương trình Nano quốc gia của Mỹ NNI định nghĩa công nghệ Nano phải
bao hàm:
– Nghiên cứu và phát triển công nghệ ở cấp độ phân tử hoặc vi phân, với
kích thước khoảng 1 – 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 thước cực nhỏ.
– Có khả năng kiểm soát và thao tác ở cấp độ nguyên tử.
1.2 Tiềm năng của công nghệ Nano
Không giống các công nghệ khác , thường bắt nguồn từ một bộ môn khoa
học cụ thể, nhưng công nghệ nano là sự kết hợp của nhiều bộ môn khoa học. Công
nghệ nano được xác định bằng quy mô hoạt động . Khoa học nano và công nghệ
nano liên quan đến việc nghiên cứu vật chất ở kích thước siêu nhỏ . Một nano mét
bằng 1 phần triệu của 1mm và một sợi tóc của con người rộng khoảng 80.000 nano
mét. Kích thước của vật liệu nano quá nhỏ làm cho con người khó nhìn thấy. Kích
4


thước nano cho phép xử lý những bộ phận nhỏ nhất của vật chất . Hoạt động ở kích
thước nano sẽ liên kết các nguyên tử và phân tử để khai thác dễ dàng hơn các đặc
điểm của vật chất . Giống như xây dựng một mô hình từ những viên gạch Lego,
chúng ta sẽ hình dung về việc tạo ra các vật liệu mới hoặc thay đổi các vật liệu cũ.
Trong các ứng dụng như lọc nước, các vật liệu có thể được làm mới hoặc điều
chỉnh để lọc sạch các kim loại nặng và độc tố sinh học.

cây kim: 1 triệu nm và chiều cao con người: 2 tỉ nm.Vật liệu nano có thể định
nghĩa là những vật liệu mà thành phần cấu trúc của nó có mộtchiều với kích thước
dưới 100 nm. Những vật liệu có một chiều ở kích thước nano là các lớp (layers)
như các màng mỏng hay các lớp phủ bề mặt. Các vật liệu có hai chiều ở kích thước
nanocó thể kể đến là các sợi nano (nanowires) hay các ống nano (nanotubes).
Những vật liệu có ba chiều với kích thước nano bao gồm các hạt nano (nano
particles) . Ngoài ra các vật liệu mao quản nằm trong khoảng vài đến vài chục nano
mát cũng được gọi là các vật liệu có cấu trúc nano (nanostructured materials).
1.3.1 Phương pháp chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano được chê tạo băng hai phương pháp: phương pháp từ trên
xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up). Phương pháp từ trên
xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn,
phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.
Phương pháp từ trên xuống
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với
tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ
tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá
lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng
bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong
một cái cối . Máy nghiền có thể là nghiền lắc , nghiền rung hoặc nghiền quay (còn
gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột
6


đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano).
Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến
dạng cự lớn(có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu, đó là các phương pháp
SPD điển hình. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ
thể . Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng
nóng , còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật

1.4 Ứng dụng công nghệ nano trong xử lý môi trường
1.4.1 Ứng dụng xử lý môi trường nước
- Màng lọc nano đã được ứng dụng phổ biến để xử lý muối hòa tan và các
chất ô nhiễm có kích thước nhỏ, làm mềm nước và xử lý nước thải. Màng lọc nano
đóng vai trò như rào cản vật lý, ngăn chặn các hạt và vi sinh vật lớn hơn lỗ của
màng lọc và loại bỏ có chọn lọc các chất ô nhiễm.
- Công nghệ nano sẽ góp phần cải tiến hơn nữa công nghệ màng đồng thời
còn làm giảm chi phí rất lớn trong quy trình khử mặn. Các nhà khoa học đang phát
triển những loại vật liệu mới có lỗ nano hoạt động hiệu quả hơn các thiết bị lọc
truyền thống . Ví dụ, một nghiên cứu ở Nam Phi đã chứng minh, màng lọc nano có
thể lọc nước uống an toàn từ nước ngầm mặn. Một nhóm các nhà khoa học ở Ấn
Độ và Hoa Kỳ đã phát triển các thiết bị lọc bằng ống nano cácbon xử lý vi khuẩn
và virút hiệu quả hơn các thiết bị màng lọc truyền thống.

8


Bảng 3.1: Bảng tình hình lao động của công ty từ năm 2013 – 2015
Chỉ tiêu

Tổng số lao

Năm 2013
Số
Cơ
lượng
176

cấu
100


105,3

động
I Phân theo

%
105,
1

giới tính
Nam

97

55,1

105

56,8

112

57,4

8

108,2

7

8
II Phân theo
trình độ
Đại học

40

22,7

43

23,2

46

23,

3

107,5

3

107

105,3

2

128,

Cao đẳng,

7

4

9

4,9

11

6
5,6

trung cấp
Công nhân kĩ

27

15,

29

15,7

31

15,9


các chất hữu cơ trong nước thải để sản xuất nước uống an toàn. Ngoài ra, zeolit
cũng được dùng để tách các chất hữu cơ độc hại từ nước và khử các ion kim loại
nặng. Các nhà nghiên cứu tại Tổ chức Nghiên cứu và Khoa học Khối thịnh
vượng Ôxtrâylia đã chế tạo ra hydrotalcite, một loại đất sét tổng hợp hấp thụ
asen và loại bỏ asen khỏi nước . Các nhà nghiên cứu còn đề xuất về loại bao gói
mới cho sản phẩm này giống như “túi chè nhúng” để phục vụ những người có
thu nhập thấp (Có thể nhúng “túi chè” vào các nguồn cung cấp nước khoảng 15
phút trước khi uống). Bán gói chè đã qua sử dụng cho các chính quyền địa
phương sẽ thúc đẩy hoạt động tái chế và giúp xử lý chất thải có chứa asen .

2


Chứng từ gốc

Bảng tổng hợp
chứng từ gốc

Sổ quỹ tiền mặt và
sổ tài sản

Nhật ký- Sổ cái

Sổ/ thẻ kế toán
chi tiết

Bảng tổng hợp
chi tiết

Báo cáo tài chính

cộng đồng ở các nước đang phát triển .
Cùng với khả năng xử lý nước, công nghệ nano còn phát hiện ra các chất
ô nhiễm sinh ra trong nước . Các nhà nghiên cứu đang phát triển các công nghệ
cảm biến mới kết hợp sản xuất ở kích thước nhỏ và cỡ nano để tạo ra các bộ cảm
biến nhỏ, di động và có độ chính xác cao có thể phát hiện các hóa chất và chất
sinh hóa trong nước . Một số consortium trong lĩnh vực nghiên cứu đang thử
nghiệm tại hiện trường các thiết bị này và sẽ nhanh chóng thương mại hóa chúng

4


. Ví dụ, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania đã nghiên cứu
phương pháp phát hiện asen trong nước bằng dây nano gắn lên chíp silicon .

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử nano
Hiện nay, có một số sản phẩm điển hình ra đời ở các nước đang phát triển
và các sản phẩm khác bắt nguồn từ nơi khác nhưng liên quan mật thiết với nhu
cầu của các nước phương Nam .
1. Xốp nano giữ nước mưa do Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa
Kỳ) sản xuất: Hợp chất polyme và các hạt nano thủy tinh được phủ trên bề mặt
như vải để hút nước. Xốp nano hoạt động hiệu quả hơn so với vật liệu truyền
thống . Xốp nano dung để giữ nước mưa ở các nước: Trung Quốc, Neepal và
Thái Lan.

5


2. 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
loại bỏ bằng một nam châm. Ấn Độ, Bangladesh và các nước đang phát triển

thuốc bảo vệ thực vật có thể cung cấp cho mỗi hộ gia đình ở Ấn Độ 6000 lít
nước sạch mỗi năm.
- Áp dụng công nghệ nano cho thiết bị lọc nước
Công nghệ nano đã được phát triển rộng khắp trong thập kỷ qua và có thể
chế tạo ra nhiều vật liệu mới có phạm vi ứng dụng tiềm năng chẳng hạn như các
ống nano các bon. Ống nano các bon bao gồm các phân tử các bon hình trụ có
đường kính vài nano mét - 1 nano mét bằng 1 phần triệu của 1 mm.
Các ống nano các bon có đặc tính điện tử, cơ học và hóa học khác lạ như
chúng có thể được sử dụng để lọc nước ô nhiễm . Các nhà khoa học tại Đại học
Vienna mới đây đã đăng tải nghiên cứu về lĩnh vực mới này trên tạp chỉ nổi
tiếng Environmental Science & Technology .

Hình 1.2 Ống nano lọc nước
Các ống nano các bon có nhiều khả năng ứng dụng trong đó có xử lý
nước ô nhiễm . Nhiều chất ô nhiễm trong nước có khả năng bám dính mạnh với

7


các ống nano các bon và các chất ô nhiễm được loại bỏ khỏi nước ô nhiễm nhờ
các thiết bị lọc được làm từ vật liệu nano này, chẳng hạn thuốc hòa tan trong
nước khó tách ra khỏi nước bằng các bon hoạt tính.
Những khó khăn do sự bão hòa của các thiết bị lọc giảm bớt khi các ống
nano các bon có diện tích bề mặt rất rộng (500 m 2/gram ống nano) nên khả năng
giữ lại các chất ô nhiễm ở mức cao.
Trong thập kỷ qua có nhiều nghiên cứu về các ống nano các bon . Tuy
nhiên, các đặc tính khác lạ của các ống nano các bon gây khó khăn cho quá trình
nghiên cứu . Các phương pháp thông thường cho ra kết quả hạn chế và hoạt
động của các ống nano trong điều kiện thực tế vẫn ít được biết tới . Mélanie
Kahm, cán bộ nghiên cứu cho dự án này cùng với Xiaoran Zhang cho rằng các

phụ asen tiên tiến chế tạo trong nước là NC-F20 và NC-MF. Đây là kết quả
nghiên cứu của đề tài “Hoàn thiện công nghệ và chế tạo thiết bị xử lý nước
nhiễm asen sử dụng vật liệu hấp phụ hiệu năng cao NC-F20 cho vùng nông thôn
Hà Nam” thuộc Chương trình mục tiêu quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi
trường nông thôn, do KSC. Phạm Văn Lâm – Phòng Hóa vô cơ - Viện Hóa học
làm chủ nhiệm.
Hệ thống Nano Vast ban đầu đã được triển khai ứng dụng vào thực tiễn
tại trạm xá xã Nhân Khang – Lý Nhân – Hà Nam, có khả năng loại bỏ asen từ
200 ppb xuống dưới 5 ppb (tiêu chuẩn là 10 ppb) với công suất xử lý 1,5m3/h
đạt tiêu chuẩn về asen trong nước ăn uống. Hệ thống được thiết kế dạng modul
chuẩn nhằm lắp ghép dễ dàng, điều khiển hệ thống theo hai chế độ: tự động
hoàn toàn hoặc bằng tay. Đến nay hệ thống Nano Vast đã được triển khai và
nhân rộng tại nhiều địa bàn trong cả nước với các công suất là 0,8m 3/h, 1,2m3/h
và 1,5m3/h .
Hệ thống NanoVAST hiện được thiết kế tương đối chuyên nghiệp với
những ưu điểm nổi bật như không dùng hóa chất, điều khiển hoàn toàn tự động
hoặc bán tự động, giảm đến mức tối đa can thiệp của các thao tác vận hành .
Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn nước ăn uống với hàm lượng
asen < 5μg/l (tiêu chuẩn nồng độ asen an toàn là:
thành công một số sản phẩm khoa học mới có sử dụng vật liệu nano TiO 2 như:
Bộ lọc chủ động quang xúc tác sử dụng TiO 2 phủ trên vật liệu bông thạch anh và
TiO2 phủ trên sợi Al2O3 trong thiết bị làm sạch không khí; Sơn TiO2/Apatite
diệt khuẩn... Đây là kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm
không khí bằng vật liệu sơn nano TiO2/Apatite, TiO2/Al2O3 và TiO2/bông
thạch anh” do TS. Nguyễn Thị Huệ, Viện Công nghệ môi trường làm chủ
nhiệm. Đề tài được thực hiện trong hai năm 2009-2010 .
Công nghệ vật liệu mới nano TiO2 dễ áp dụng, dễ phổ cập có thể xử lý
môi trường không khí bị ô nhiễm, diệt khuẩn, làm sạch bề mặt nhiều loại vật
liệu như kính . Sơn của các ngôi nhà cao tầng…. sẽ góp phần quan trọng để bảo
vệ sức khỏe của cộng đồng và nhiều ích lợi cho phát triển kinh tế -xã hội .
2. Tổng quan về Fe và ứng dụng nano Fe trong xử lý HCHC chứa clo
2.1 Sắt
- Cấu hình e nguyên tử: 26Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2.
- Vị trí: Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.
- Cấu hình e của các ion được tạo thành từ Fe:
Fe2+

1s22s22p63s23p63d6

Fe3+

1s22s22p63s23p63d5

Tính chất vật lí
- Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn
điện kém đồng và nhôm.
- Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (800 0C) sắt mất từ tính. T0nc =
15400C.
11

Hoặc
12


2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+
Chứng từ gốc

Nhật ký đặc biệt

Nhật ký chung

Sổ cái

Sổ kế toán chi tiết

Bảng tổng hợp chi tiết

Bảng cân đối TK

Báo cáo tài chính

13


4. Tác dụng với dung dịch muối
- Fe đẩy được những kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối sắt (II) +
kim loại.
- Fe tham gia phản ứng với muối Fe3+ → muối sắt (II):
2.2 Ứng dụng của nano Fe trong xử lí HCHC
Môi trường bị ô nhiễm không chỉ là các kim loại nặng mà còn nhiều chất

cầu sinh học về chất dinh dưỡng, nhiệt độ phù hợp và độ axit thấp. Cũng nhờ
kích thước nhỏ hơn 10-1000 lần so với hầu hết các loại vi khuẩn, các tinh thể sắt
nhỏ xíu này có thể di chuyển dễ dàng giữa các hạt đất, không bị kẹt lại.
Các thử nghiệm hạt nano sắt trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa
cho thấy, có thể làm giảm ô nhiễm xuống đến mức chấp nhận được trong vòng ít
ngày sau khi phun và có thể làm sạch hoàn toàn khu vực rò rỉ chất ô nhiễm trong
vòng vài tuần, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm của Hoa Kỳ hay Châu
Âu.
Có thể xử lý khử ô nhiễm cho một khu vực rộng bằng phương pháp phun
một lần hạt nano sắt. Sau khi khu vực được làm sạch, các hạt nano sắt chưa
được sử dụng còn dư sẽ tiếp tục di chuyển theo đường nước ngầm cho đến khi
được hòa tan hoàn toàn, không phát hiện thấy nữa, so với mức sắt tồn tại trong
tự nhiên còn cao hơn nhiều. Theo các nhà Khoa học của trường Đại học Brown
(Hoa Kỳ) đã công bố: các nhà khoa học của họ đã tạo ra được những hạt nano từ
ôxít sắt nhỏ nhất từ trước đến nay để giúp tìm tế bào ung thư qua biện pháp chụp
cộng hưởng từ (MRI). Nhóm nghiên cứu của trường Đại học Brown đã tạo ra
được các hạt nano từ oxít sắt có đường kính tổng thể khoảng 8,4 nanomet. Sau
đó họ tiêm các hạt này vào chuột và đã thử thành công khả năng của chúng định
vị một tế bào ung thư não gọi là U87MG. Các hạt nano này hoạt động giống như
những "tên lửa dẫn đường" tí hon, tìm kiếm và tự gắn kết với tế bào u ác tính .
Khi đã gắn kết với tế bào bệnh, các hạt nano đó phát ra những tín hiệu mạnh hơn
giúp bác sĩ có thể phát hiện tế bào ung thư chỉ bằng biện pháp chụp cộng hưởng
từ. Các nhà khoa học có kế hoạch sẽ thử khả năng gắn kết của các hạt nano này
với các tế bào ung thư khác của những động vật cấp cao hơn.
15


Hiện nay tình trạng ô nhiễm trong môi trường nước và đất đang là mối
nguy cơ báo động trên toàn cầu . Các chất ô nhiễm được sinh ra bằng nhiều
nguồn . Chẳng hạn bón quá nhiều phân đạm làm tăng đáng kể hàm lượng NO 3