Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano để xử
lý diclodiphenyltricloetan (DDT) trong đất ô
nhiễm tại kho Hương Vân, xã Lạc Vệ, huyện
Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh
Nguyễn Xuân Huân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa môi trường
Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: PGS.TS. Lê Đức
Năm bảo vệ: 2011
Abstract: Tổng quan cơ sở lý luận các vấn đề cần nghiên cứu: Khái quát về
vật liệu nano; Giới thiệu đặc điểm, tính chất của Fe0 nano và những ứng
dụng trong xử lý môi trường; Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật; Khảo sát
hiện trạng kho chứa hoá chất bảo vệ thực vật ở thôn Hương Vân; Giới thiệu
các phương pháp xử lý thuốc bảo vệ thực vật. Trình bày đối tượng, nội
dung và phương pháp nghiên cứu. Trình bày các kết quả nghiên cứu: Một
số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu; Nồng độ hóa chất bảo vệ thực
vật trong đất khu vực nghiên cứu; Một số yếu tố ảnh hưởng đến điều chế
vật liệu Fe0 nanô; Nghiên cứu khả năng xử lý của Fe0 nanô với nước bị gây
nhiễm DDT nhân tạo; Một số yếu tố ảnh hưởng tới khả năng xử lý DDT
trong đất; Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm ngoài thực địa
Keywords: Khoa học môi trường; Vật liệu sắt nano; Ô nhiễm đất;
Xử lý Diclodiophenyltricloetan; Bắc Ninh
Content
Để xử lý ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật có nhiều các phương pháp như thiêu
huỷ, chôn lấp, cách ly, sử dụng vi sinh kết hợp chôn lấp, hay sử dụng phương 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
phương pháp này chỉ thích hợp với xử lý thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã được thu gom
hoặc tồn lưu tại các kho chứa. Còn đối với trường hợp đất nhiễm thuốc BVTV lại cần
một phương pháp và công nghệ phù hợp hơn, trong đó công nghệ sử dụng sắt nano (Fe0
nano) được nhiều các nhà khoa học nước ngoài nghiên cứu. Hiện nay, việc nghiên cứu sử

Vật liệu nano có thể ứng dụng trong y học, năng lượng, điện tử - Cơ khí và môi
trường.
1.2. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano và những ứng dụng trong xử lý môi trường
1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano
Hiện nay, các ứng dụng của Fe0 nano chủ yếu dựa trên đặc tính đóng góp điện tử
trong phản ứng khử của Fe0 nano. Trong điều kiện môi trường bình thường, Fe0 nano


phản ứng tốt trong nước 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.
1.2.2. Một số ứng dụng trong xử lý môi trường của Fe0 nano
Do có đặc tính cho electron và khử nhiều chất ô nhiễm với tốc độ cao, Fe0 nano
được sử dụng để xử lý nhiều chất ô nhiễm trong môi trường. Fe0 nano có thể đi vào trong
đất bị ô nhiễm, trầm tích và tầng ngậm nước. Các chất ô nhiễm mà Fe0 nano có thể xử lý
bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác.
1.3. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật

1.3.1. Các nhóm thuốc BVTV và phân loại
Có nhiều phương pháp phân loại thuốc bảo vệ thực vật khác nhau như Phân loại theo độc
tính; Phân loại theo đối tượng sử dụng; Phân loại theo cơ chế gây tác động; Phân loại
theo con đường xâm nhập; Phân loại theo nguồn gốc; Phân loại theo cấu tạo hoá học;
Phân loại theo dạng thuốc.
1.3.2. Đặc điểm, tính chất của DDT và các tác động của nó đến môi trường
DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p’-DDT (85%), o,p’-DDT (15%) và o,o’-DDT
(lượng vết).
- Công thức hoá học của DDT: C14H9Cl5,
- Cấu tạo phân tử DDT:
Hình 1. Cấu tạo phân tử DDT [5]
1.4. Hiện trạng kho chứa hoá chất bảo vệ thực vật ở thôn Hương Vân, xã Lạc Vệ, huyện
Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh

ở mức rất chua, thành phần cơ giới nhẹ, thịt pha cát; dung tích trao đổi cation thấp 6,25
mgđlg/100g đất; hàm lượng Fe2+ rất nhỏ 0,95 mg/100g đất; hàm lượng NO3- ở mức
trung bình 3,372 mg/100g đất
3.2. Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong đất khu vực nghiên cứu
Kết quả phân tích cho thấy, dư lượng hóa chất BVTV ở khu vực nghiên cứu chủ
yếu là DDT. Nồng độ DDT tại trung tâm có giá trị cao nhất (vượt QCVN 04 từ 76,2 đến
97,8 lần) và giảm dần theo khoảng cách 30, 100 và 200m.
3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến điều chế vật liệu Fe0 nano
Quy trình tổng hợp Fe0 nano để xử lý DDT như sau:
- Pha dung dịch PAA với nồng độ 0,01% (chú ý dung dịch nên để qua đêm khi đó
PAA sẽ hòa tan và phân tán đều vào nước).
- Cân 4 g FeSO4.7 H2O hòa tan trong 50ml nước cất sau đó rung siêu âm để sắt
hòa tan hết vào dung dịch + 15ml cồn 99% để được dung dịch A có nồng độ cồn khoảng
30%.


- Cân 2g NaBH4 hòa tan trong 18 ml nước cất. Hút 2ml dung dịch PAA 0,01%
cho vào dung dịch NaBH4 đã pha. Rung siêu âm để dung dịch NaBH4 và PAA hòa trộn
đều vào nhau, được dung dịch B.
- Nhỏ từ từ dung dịch B vào dung dịch A với tốc độ 3 - 5ml/phút trên máy khuấy
từ.
- Sắt nano sau khi được hình thành, sử dụng các thanh nam châm để tách Fe0 nano
ra và rửa sạch 3 – 4 lần bằng cồn. Sau đó sắt nano được đưa vào bình hút ẩm phơi khô và
bảo quản để sử dụng cho các thí nghiệm xử lý DDT trong đất.
3.4. Một số đặc điểm của vật liệu đã điều chế
3.4.1. Kết quả nghiên cứu phổ nhiễu xạ tia X của Fe0 nano
Ảnh nhiễu xạ tia X cho biết thành phần chính của vật liệu vừa chế tạo là Fe0 nano
rất tinh khiết, không bị lẫn bởi các tạp chất khác v
3.4.2. Kết quả chụp ảnh SEM, TEM vật liệu Fe0 nano
Qua ảnh TEM của vật liệu thu được cho thấy: kích thước hạt trong khoảng từ 10 –

sử dụng để xử lý là 205/1, rất lớn nên hiệu quả xử lý là rất cao.
3.6.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Fe0 nano đến hiệu quả xử lý DDT
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng hàm lượng Fe0 nano thì hiệu quả xử lý
DDT tăng dần (tỷ lệ Fe0 nano/DDT tăng từ 2 – 12 lần thì hiệu quả xử lý DDT tăng từ
46,91 đến 92,76 %).
3.6.3. Ảnh hưởng của của pH đất tới hiệu quả xử lý
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng giá trị pH đất thì hiệu quả xử lý DDT bởi
Fe0 nano giảm. Tại pH = 3 hiệu quả xử lý DDT đạt 79,33 % sau 20 ngày xử lý; tại pH =
5 hiệu quả xử lý đạt 72,81 % và tại pH = 7 thì hiệu quả xử lý đạt 61,24%.
3.6.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng axit humic đến hiệu quả xử lý DDT
Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu quả xử lý DDT bởi Fe0 nano giảm rất nhanh
khi thêm 50% hàm lượng axit humic vào. Hiệu quả xử lý DDT đã giảm từ 78 % khi hàm
lượng axit humic trong mẫu là 0,08 % (mẫu nền, không thêm axit humic) xuống còn 20
% khi bổ sung 50% axit humic.
3.7. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm ngoài thực địa
3.7.1. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phương pháp chuyển vị (ex-situ)
Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu quả xử lý DDT rất nhanh trong giai đoạn 30
ngày đầu của quá trình xử lý. Hiệu quả xử lý đạt 87,58 % ở tầng 0 – 50 cm và 89,39 % ở
tầng 50 – 100 cm sau 30 ngày xử lý. Hiệu quả xử lý tăng chậm hơn sau 30 ngày xử lý.
Kết quả nghiên cứu này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết và nghiên cứu hiệu quả xử lý
DDT trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên hiệu quả xử lý tại thực địa có nhỏ hơn trong
phòng thí nghiệm do trong phòng thí nghiệm có thể giám sát chặt chẽ các yếu tố có thể
ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý, hơn nữa mẫu xử lý trong phòng thí nghiệm luôn được giữ
ở độ ẩm 80%, điều này không thể thực hiện ngoài thực địa.


3.7.2. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phương pháp tại chỗ (in-situ)
Kết quả nghiên cứu cho thấy, cũng giống như thí nghiệm xử lý DDT trong đất
bằng phương pháp chuyển vị, phương pháp tại chỗ cũng cho hiệu quả xử lý DDT rất
nhanh trong giai đoạn 30 ngày đầu của quá trình xử lý. Hiệu quả xử lý đạt 40,12 % ở tầng

Dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật tại kho Hương vân chủ yếu là DDT, nồng độ
DDT tại vị trí trung tâm có giá trị cao nhất, vượt QCVN 04/2008/BTNMT từ 76,2 đến
96,8 lần và giảm dần theo khoảng cách 30, 100 và 200m.
Fe0 nano được chế tạo bằng phương pháp sử dụng NaBH4 khử muối sắt (II) pha
trong cồn có sử dụng chất phân tán là PAA, sản phẩm tạo thành rất thuần nhất (hoàn toàn
là Fe0), có kích thước tương đối nhỏ (10 - 18,6 nm), có diện tích bề mặt lớn (60 m2/g) và
có thể làm khô và bảo quản ở nhiệt độ phòng.
Đối với nước được gây nhiễm DDT nhân tạo với nồng độ 35 mg/l, tỷ lệ Fe0
nano/DDT là 19/1 thì sau 24 giờ xử lý hiệu quả xử lý đạt 84,1%. Tại pH = 3 hiệu quả xử
lý đạt giá trị cao nhất 82,51% và nhỏ nhất là 69,74% tại pH = 7.
Đất nền kho Hương Vân có nồng độ DDT là 978 µg/kg, với lệ Fe0 nano/DDT
được sử dụng là 205/1 thì sau 10 ngày toàn bộ lượng DDT trong đất đã được xử lý. Với
tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 4/1 thì sau 20 ngày có thể xử lý được 78 %. Khi tăng tỷ lệ Fe0
nano/DDT từ 2/1 đến 12/1 thì hiệu quả xử lý DDT tăng từ 46,91 đến 92,76 %. Tại pH đất
bằng 3 hiệu quả xử lý DDT là cao nhất (79,33 % sau 20 ngày) và sau đó giảm dần khi
tăng pH lên 5 và 7. Hiệu quả xử lý DDT bởi Fe0 nano chịu ảnh hưởng lớn vào hàm lượng
axit humic. Hiệu quả xử lý DDT đã giảm từ 78 % xuống còn 20 % khi bổ sung thêm vào
đất 50% lượng axit humic ban đầu.
Đối với xử lý đất ô nhiễm DDT ngoài thực địa thì hiệu quả xử lý theo phương
pháp tại chỗ là kém hiệu quả hơn so với theo phương pháp chuyển vị. Sau 90 ngày xử lý
thì hiệu quả xử lý của phương pháp tại chỗ là 68,54 % ở tầng 0 - 50 cm và 73,8 % ở tầng
50 – 100 cm tương ứng chỉ bằng 70 và 75,4 % so với phương pháp chuyển vị.

References
1.

Đào Thị Ngọc Ánh (2009), Nghiên cứu phân loại khả năng phân hủy DDT và sinh

Laccase của chủng nấm sợi phân lập từ đất ô nhiễm hỗn hợp thuốc trừ sâu, Luận văn thạc
sỹ khoa học, Đại học Thái nguyên.

La Vũ Thùy Linh (2010), Công nghệ nano-cuộc cách mạng trong khoa học kỹ

thuật thế kỷ 21. Tạp chí Khoa học & ứng dụng số 12, tr 14 – 26.
8.

Nguyễn Văn Minh và các cộng sự (2002), Nghiên cứu phương pháp xử lý chất độc

da cam-đioxin tồn lưu phù hợp với điều kiện ở Việt Nam, Đề tài cấp Bộ Quốc phòng.
9.

QCVN 04:2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về dư lượng hoá chất bảo

vệ thực vật trong đất.
10.

Trịnh Thị Thanh, Nguyễn Khắc Kim (2005), Quản lý chất thải nguy hại, NXB Đại

học Quốc gia Hà Nội.
11.

Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7538-2 : 2005), Chất lượng đất – Hướng dẫn kỹ

thuật lấy mẫu.
12.

TCVN 6124:1996._ Chất lượng đất. Xác định dư lượng DDT trong đất.

13.

Trung tâm Công nghệ xử lý Môi trường – Bộ Tư lệnh Hoá học (2008), Nghiên cứu


for DDT, DDE and DDD, http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp35.pdf.
19.

Amal Kumar Mondal, Sanjukta Mondal (Parui)*, Sumana Samanta and Sudebi

Mallick (2011), Synthesis of Ecofriendly Silver Nanoparticle from Plant Latex used as an
Important Taxonomic Tool for Phylogenetic Interrelationship, Advances in bioresearch,
vol. 2 [1], 122 – 133.
20.

Angela Volpe, Antonio Lopez, Giuseppe Mascolo và Antonio Detomaso-Italia,

(2004), Chlorinated herbicide (triallate) dehalogenation by iron powder, (Chemos -phere
ISSN 0045-6535 CODEN CMSHAF), Vol 57 (no7), pp 579-586.
21.

Ben-Dyke R., Sanderson D., Noakes D., (1970), Acute toxicity data for pesticides,

World Rev Pestic Cont, 9, pp.119- 127.
22.

Chul C.H., Mohammad A.B., Raj S. (2008) Method of sunthesing air-stable zero-

valent iron nanoparticles at room temperature and application, United States Patent
Application 2008/009105.
23.

Le Duc, Pham Viet Duc "Testing of nano iron for removal of DDT in soils



via Chemical Reduction with Palladium Ion Seeds, ACS Publications.


29.

Li X., Daniel W.E., and Zhang W . (2006), ―Zero-valent iron nanoparticles for

Abatement of Environmental Pollutants: Materials and Engineering Aspects‖, Critical
Reviews in Solid State and Materials Sciences, 31:111-122.
30.

Lin K.S., Chang N.B., and Chuang T.D. ( 2008) " Fine structure of nitrites and

nitrates in wastewater and growdwater ", Science and Technology of Advanced Materials
9025015.
31.

María E. Morgada, Ivana K. Levy, Vanesa Salomone, Silvia S. Farías, Gerardo

López, Marta I. Litter (2009), Effects of hardness and alkalinity on the removal of
arsenic(V) from humic acid-deficient and humic acid-rich groundwater by zero-valent
iron, Water Research, Volume: 43, Issue: 17, Publisher: Elsevier Ltd, Pages: 4296-4304.
32.

Mason.C.F (1996), Biology of freshwater pollution, Longman Group limited.

33.

Nazli Efecan, Talal Shahwan, Ahmet E.Eroglu, Ingo Lieberwirth (2008),


for the degradation of environmental cheicals‖, Toxicology letters, 64/65, pp.493- 501.
39.

Shea, P. J., Machacek; T.A., Comfort, S.D (2004), Accelerated remediation of

pesticide-contaminated soil with zerovalent iron, Environmental Pollution, 2004
(vol.132) (No.2) 183-188.


40.

Staples C., Werner A., Hoogheem T., (1985) ―Assessment of priority pollutant

concentrations in the United States using STORET database‖, Environ Toxicol Chem
4, pp.131- 14.
41.

Suwanee Junyapoon (2005), Use of zero-valent iron for wastewater treatment,

KMITL Science and Technology Journal, Bangkok, Thailand.
42.

The Use and Effectiveness of Phytoremediation to Treat Persistent Organic

Pollutants (2005), Kristi Russell Environmental Careers Organization.
43.

Wei-xian Zhang (2003), ―Nanoscale iron particles for environmental remediation:



of

hexachloroben-zene by nanoscale zero-valent iron: Kinetics, pH effect, and degradation
mecha-nism‖. Separation and Purification Technology 76,268–274.
47.

Yuan-Pang Sun, Xiao-qin Li, Jiasheng Cao, Wei-xian Zhang, H. Paul Wang

(2006), ―Characterization of zero-valent iron nanoparticles‖. Advances in Colloid and
Interface Science 120, 47–56.
48.

Yu-Hoon Hwang, Do-Gun Kim, Hang-Sik Shin (2011), ―Mechanism study of

nitrate reduction by nano zero valent iron‖, Journal of Hazardous Materials 185, 1513–
1521.
49.

Yunfei Xi, Megharaj Mallavarapu, Ravendra Naidu (2010), ―Reduction and

adsorption of Pb2+ in aqueous solution by nano-zero-valent iron-A SEM, TEM and XPS
study‖, Materials Research Bulletin 45, 1361–1367.
50.

Y-P Sun, X. Li, J. Cao, W. Zhang, and H. P. Wang (2006), ―Characterization of

zero-valent iron nanoparticles‖, Journal of Advances in Colloid and Interface Scie-nce,
vol. 120, pp. 47–56.