TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐÀO TH Ị LAN

MỘT SỐ YÉU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐÉN ĐỘNG
HỌC ĐIỆN HÓA PHÂN HỦY DDT BẰNG
PHƯƠNG PHÁP

cv

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa lý

Ngưòi hướng dẫn khoa học

ThS. TRÀN QUANG THIỆN


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
LỜI CẢM ƠN

Vói tất cả lòng kính trọng và biết ơn, em xin chân thành cảm ơn thầy
Th.s Trần Quang Thiện - giảng viên bộ môn Hóa lý, khoa Hóa học trường
Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã định hướng và hướng dẫn em tận tình trong
suốt quá trình làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn thầy PGS.TS Lê Xuân Quế và các thầy cô làm việc tại
Viện Kỹ thuật Nhiệt đói- Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đã tạo điều kiện
giúp đỡ để em nghiên cứu, học tập và hoàn thành được đề tài khóa luận tốt

từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu
phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước
Hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện

Đào Thị Lan

Khóa luận tắt nghiệp

2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài.......................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu................................................................................2
4. Đối tượng nghiên cứ u ..............................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................2
6.Ý

nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài..................................................... 2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆMVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u
2.1. Thực nghiệm..........................................................................................21
2.1.1. Thiết bị- hóa chất............................................................................ 21
2.1.2. Thực nghiệm................................................................................... 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 23
2.2.1. Phương pháp quét thế tuần hoàn c v ............................................ 23
2.2.2. Phương pháp động học phản ứng điện hóa................................... 28
2.2.3. Phương pháp phân tích hàm lượng DDT...................................... 30
2.2.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu......................................... 31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát quá trình chuyển hóa DDT trong dung dịch chất điện l i ...... 32
3.2. Tìm khoảng thế cho nghiên cứu động học điện hóa quá trình chuyển hóa
DDT...............................................................................................................34
3.3. Anh hưởng của tốc độ quét đến quá trình chuyển hóa DDT................ 37
KÉT LUẬN..................................................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................34

Khóa luận tắt nghiệp

2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Alpha-HCH: alpha Hexachlorobenzen
Beta-HCH: Beta Hexachlorobenzen
BVTH: Bảo vệ thực vật

+ CaCỈ2 + DDT ở chu kỳ 1. Tốc độ quét lOmV/s, khoảng thế quét -2,1 4- 0,0V
.......................................................................................................................... 32
Hình 3.2. Phổ CV đo trong dung dịch C2H5OH + CaCỈ2 + DDT với 5 chu kỳ
quét. Tốc độ quét lOmV/s, khoảng thế quét -2,1 4- 0,0V............................... 33
Hình 3.2. Đường catot và biến thiên dJ/dE phổ CV đo trong dung dịch
C2H5OH +CaCl2 + DDT chu kì 1....................................................................34
Hình 3.3. Phổ CV chu kì 1 đo trong dung dịch C2H5OH + CaCỈ2 + DDT với
khoảng thế khác nhau.......................................................................................35
Hình 3.4. Đường cong anot, catot phổ

cv chu kì 1 và biến thiên dJ/dE

đo

ữong dung dịch C2H5OH + CaƠ 2 + DDT vói khoảng thế -1,65 4- 0,0V....... 36
Hình 3.5. Biến thiên dJ/dE theo số chu kỳ đo trong dung dịch C2H5OH +
CaCỈ2 + DDT với khoảng thế -1,65 4- 0,0V................................................... 37
Hình 3.6. Phổ CV chu kì 1 đo trong dung dịchC2HsOH + CaCỈ2 + DDT với
tốc độ quét thế khác nhau................................................................................. 37
Hình 3.7. Biến thiên dJ/dE chu kì 1 đo trong dung dịch C2H5OH + CaCỈ2 +
DDT với khoảng thế -1,65 4- 0,0V...................................................................38

Khóa luận tắt nghiệp

2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

1

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Trên cơ sở đó em chọn đề tài “Một số yếu tố ảnh hưởng đến động học
điện hóa phân hủy DDT bằng phương pháp CV”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu động học điện hóa quá trình phân hủy DDT.
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất điện li, tốc độ khuấy, tốc độ quét
đến động học điện hóa phân hủy DDT.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu phương pháp điện hóa phân hủy DDT.
- Nghiên cứu cơ chế phân hủy DDT bằng một số phần mềm lượng tử.
- Phân tích và xử lý số liệu.
4. Đổi tượng nghiên cứu
- Các họp chất gây ô nhiễm POP, DDT và hệ dung môi điện hóa hữu cơ.
- Phương pháp điện hóa.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu và tím hiểu tài liệu.

- Phương pháp điện hóa cv.
- Phương pháp phân tích hàm lượng POP (GC/MS).
- Đánh giá, phân tích xử lý số liệu.
6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phần làm cơ sở khoa học cho các

môi trường thì các hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) nằm
trong số những chất nguy hiểm nhất. Những hóa chất này rất độc hại, gây ảnh
hưởng đến quá trình phát triển, thần kinh, miễn dịch và ung thư... gây tử
vong ở người và độc vật. Các chất POP cũng rất khó xử lý do tính bền vững
cao đối vói quá trình phân hủy tự nhiên.
Chúng có khả năng di chuyển và phát tán qua những quãng đường dài
kể từ nguồn phát sinh ban đàu theo gió, nước hoặc nhờ các loài di cư. POP có
thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ trong cơ thể của các sinh
vật sống thông qua chuỗi thức ăn và ừong cơ thể con người.

Khóa luận tôt nghiệp

3

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Các chất thải hữu cơ bền (POP) luôn tiềm tàng trong không khí, thức ăn
nước uống sinh hoạt hàng ngày và có thể gây nhiều bệnh. Tuy nhiên ngưòi
dân vẫn chưa có ý thức tự bảo vệ mình, bảo vệ môi trường.
Cảnh báo của Chương trình Liên Hiệp quốc, qua nhiều công trình
nghiên cứu cho thấy, POP vô cùng bền vững tồn tại lâu dài ừong môi trường,
có khả năng tích lũy sinh học nông sản, thực phẩm và trong các nguồn nước
gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm đối với con người, đặc biệt là bệnh ung thư.
Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng minh rằng POP có thể phát tán đi rất xa,
tồn lưu và tích tụ trong chuỗi thực phẩm cũng như trong các mô tế bào của

Tích luỹ trong các mô mỡ động vật.
Vì những tính chất nguy hại cho con người, sinh vật nói chung và môi
trường sinh thái, có tác động quy mô toàn cầu, nên việc quản lý và ngăn chặn
tác hại của POP được cả thế giói quan tâm, thiết lập Công ước quốc tế các
nước phải tuân theo.
I.I.I.2. POP theo công ước Stockhom [25]
- Là những hợp chất có tính độc hại, tồn tại bền ừong môi trường, phát
tán rộng và tích lũy trong hệ sinh thái, gây hại cho sức khỏe con ngưòi.
- Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc quản lý an toàn, giảm
phát thải và tiến tới tiêu huỷ hoàn toàn 12 nhóm chất POP bao gồm Aldrin,
Chlordan, Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexaclo benzen, Mirex, Toxaphen và
Polychlorinated

Biphenyls

(PCB);

DDT

[l,l,l-trichloro-2,2-bis

(4-

chlorophenyl) ethan]; Dioxin (polychlorinated dibenzo-p-dioxin), Furans
(Polychlorinated dibenzofurans), Polychlorinated Biphenyls (PCB), và
Hexachlorobenzen (HCB).

2009, Hội nghị các bên lần thứ tư của Công ước Stockholm đã
Quyết định bổ sung chín (09) nhóm chất POP mới vào các Phụ lục A, B, c
- Năm


trong

phụ

lục

C:

Pentachlorobenzen.
- Năm 2011, Hội nghị các Bên lần thứ năm (COP 05) Công ước
Stockholm đã bổ sung thêm Endosulían và các đồng phân vào phụ lục A của
Công ước. (Các chất POP theo yêu cầu mới của Công ước Stockholm sau đây
được gọi tắt là các chất POP mói).
Danh mục các chất POP theo COP 05 Công ước stockholm
Đỉoxỉn - hóa chất này được tạo ra một cách vô tình do sự đốt cháy
không hoàn toàn, cũng như ừong quá trình sản xuất một số loại thuốc trừ sâu
và các hóa chất khác. Ngoài ra, một số kiểu tái chế kim loại, nghiền và tẩy
trắng giấy cũng có thể sản sinh ra đioxin. Đioxin còn có ừong khí thải động
cơ, khói thuốc lá và khói than gỗ.
Endrỉn - đây là loại thuốc trừ các loại gặm nhấm, trừ sâu được phun
trên những cánh đồng bông và ngũ cốc. Chất này còn được sử dụng để diệt
các loại chuột nhà, chuột đồng...
Furan - các chất này được sản sinh không chú ý từ cùng những quá
trình phát thải đioxin, đồng thời còn có trong các hợp chất PCB dành cho
thương mại.
Heptachlor - được dùng chủ yếu để diệt các loài côn trùng và mối
trong đất, đồng thời còn được dùng để diệt các loài côn trùng hại bông, châu
chấu, các loài gây hại cho nông nghiệp khác và muỗi truyền bệnh sốt rét.
Hexachlorobenzen (HCB) - được sử dụng để diệt nấm hại cây lương

+ Nhóm các hợp chất sinh học: Pyrethroid, Permetrin...
- Nhóm các chất trừ nấm, trừ bệnh, trừ vi sinh vật gây hại:
+ Các hợp chất chứa đồng.
+ Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
+ Các hợp chất chứa thuỷ ngân.

Khóa luận tôt nghiệp

7

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

+ Một số loại khác.
Nhóm các chất trừ cỏ dại, làm rụng lá, kích thích sinh trưởng:
+ Các hợp chất chứa Phenol (2,4- D).
+ Các hợp chất của axit propyonic (Dalapon).
+ Các dẫn xuất của cacbamat (ordram).
+ Triazin.
Nhóm các chất diệt chuột và động vật gặm nhấm: Photphua kẽm và
Warfarin.
b. Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học [23,24]
- Thuốc BVTV có nguồn gốc hữu cơ:
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa Clo: DDT, Clodan.
+ Nhóm các chất trừ sâu có chứa phốt pho: Wophatox, Diazinon,
Malathion, Monitor...

độc ít, độc rất nhẹ.
d. Phân loại theo độ bền khó phân hủy [23,24]
Các hoá chất bảo vệ thực vật (BVTV) có độ bền khó phân hủy rất khác
nhau, nhiều chất có thể lưu đọng trong môi trường đất, nước, không khí và
ừong cơ thể động, thực vật. Do vậy các hoá chất BVTV có thể gây những tác
động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người. Dựa vào độ bền khổ
phân hủy của chúng, có thể sắp xếp chúng vào các nhóm sau:
- Nhóm chất không bền: Nhóm này gồm các họp chất phốt pho hữu cơ,
cacbamat. Các họp chất nằm ừong nhóm này có độ bền kéo dài trong vòng từ
1 -1 2

tuần.
- Nhóm chất bền trung bình: Các họp chất nhóm này có độ bền vững từ

1-18 tháng, hay một vài năm trong điều kiện tự nhiên. Điển hình là thuốc diệt
cỏ 2,4-D (thuộc loại họp chất có chứa Clo).

Khóa luận tôt nghiệp

9

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

- Nhóm chất bền khó phân hủy: các hợp chất nhóm này có độ bền từ 25 năm, thậm chí hàng chục năm ừong đất, nguồn nước. Thuộc nhóm này là
các loại thuốc trừ sâu đã bị cấm sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam là DDT,


Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

- Lò đốt xi măng.
Cho đến nay, nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dư
thuốc bảo yệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy và vẫn sử dụng các công
nghệ: sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi
trường - Bộ tư lệnh Hóa 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
cưỡng bức (Công ty Môi Trường Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp) và
Công nghệ phân hủy sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối họp một số đơn
vị khác thực hiện). Tuy nhiên các phương pháp trên có nhiều hạn chế:
+ Phải đào xúc vận chuyển khối lượng lớn đất tồn dư.
+ Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn.
+ Việc nung đốt trong lò xi măng chưa khẳng định đã phân hủy hoàn
toàn chất độc hại mà không phát sinh dioxin thải ra môi trường.
+ Chi phí đốt quá lớn.
Yêu cầu công nghệ phù họp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam
vừa có thể triển khai rộng, phù họp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật và trình độ
kỹ thuật và quản lý ở trong nước, mà vẫn giữ được yêu cầu tối quan trọng là
không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp như dioxin,
furan hay các chất độc hại khác, ra môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay chưa
có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu cầu thực tế.
1.2. DDT
DDT là một trong những chất nguy hại nhất trong số các chất POP,
nhung lại được sử dụng khá phổ biến đến nay, do đó tác động gây hại của nó
càng lớn - rộng.

Khóa luận tôt nghiệp



10

năm tiếp theo.

12

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

+ DDT bị cấm trên toàn thế giới về sử dụng nông nghiệp theo Công ước
Stockholm năm 2004 và hạn chế sử dụng để kiểm soát bệnh sốt rét.
DDT là loại thuốc trừ sâu đã được sử dụng trong nhiều năm qua. Công
thức hóa học của loại thuốc này là C14H9CI5 tên khoa học là
diclodiphenyltricloetan hay (1,1,1 - trichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl)
etan) và gọi tắt là DDT được sử dụng một cách hiệu quả giúp quân đội và dân
thường trong việc kiểm soát sự lan truyền của dịch sốt rét và các bệnh dịch
khác phát sinh từ côn trùng .
DDT là tổng họp của 3 dạng là p,p - DDT (85%), 0 ,p’- DDT (15%) và
o,o’- DDT (lượng vết). Tất cả ba dạng trên đều là chất bột vô định hình . DDT
cũng có thể chứa DDE (1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etylen) và
DDD (1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etan) là những chất nhiễm
bẩn trong quá trình sản xuất. DDD cũng có thể được sử dụng để diệt trừ sâu
hại, nhưng hiệu quả kém hơn nhiều so với DDT, một dạng của DDD (o,pDDD) đã được sử dụng để điều trị bệnh ung thư tuyến thượng thận. Cả DDD
và DDE đều là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất
DDT.

1.3.1. Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giói [1,6]
1.3.1.1. Phương pháp chôn lấp, cô lập
Với cấu trúc vòng thơm, DDT rất khó phân hủy trong tự nhiên nên biện
pháp chôn lấp chất thải nguy hại được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế
giới. Một số nước sử dụng biện pháp cô lập và xi măng hóa chất thải có độc
tính cao ở dạng lỏng hoặc rắn . Phương pháp này đòi hỏi phải chuẩn bị hố
chôn lấp đảm bảo kỹ thuật, không bị rò rỉ, bền vững với thời gian dài, địa
điểm chôn lấp phải xa khu dân cư, không gần mạch nước ngầm.
1.3.1.2. Phương pháp đốt có xúc tác
Đây là phương pháp vô cơ chuyển hóa clo hữu cơ thành CO2, H2O và
Cl~. Clo hữu cơ tiếp xúc với kim loại đồng nung đỏ đều bị lấy mất clo (tạo
thành CuCỈ2)và chúng bị phân hủy tiếp thành CO2 và H2O cùng với các dẫn
xuất khác không độc hoặc ít độc hơn.

Khóa luận tôt nghiệp

14

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

DDr

Cu/600- 700° c ,0 2{khongkhi}

>co2+H2o



Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

ư u điểm: phương pháp hấp phụ là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng,
chi phí ban đầu cho xử lí thấp.
Trong thực tế, đất và các chất hữu cơ có mặt trong đất có khả năng hấp
phụ hóa chất DDT. Khi tưới nước có chứa hóa chất DDT lên đất thì có tới
70% hóa chất DDT bị giữ lại ở lớp đất bề mặt (0-8cm). Tuy nhiên việc tưới
nước có chứa hóa chất DDT lên đất lại gây ô nhiễm trong đất và trong một số
trường hợp có thể gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm.
Hiệu quả việc tách hóa chất DDT trong nước bằng than hoạt tính và các
chất đông tụ rất cao, có thể đạt tói 90-99%. Tuy nhiên , đối vói hóa chất DDT
có độ tan lớn trong nước nhiều khi cho kết quả lưu giữ thấp. Ví dụ khi dùng
than hoạt tính và chất đông tụ thì chỉ có chưa tới

10%

parathion có trong nước

bị hấp phụ. Các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (sợi gỗ ,vỏ cây, rêu mốc
mọc trên than bùn...) tỏ ra có khả năng hấp phụ malathion trong nước (có
khuấy trộn) thì hiệu quả thu gom có thể đạt tới 70-90%.
Các hóa chất DDT sau khi được thu gom trên chất hấp phụ có thể áp
dụng nhiều biện pháp khác nhau để xử lý chúng như kĩ thuật chiết bằng dung
môi khi muốn thu hồi, các kĩ thuật oxy hóa khác nhau hoặc kĩ thuật ủ phân
hủy bằng vi sinh vật...Khi đó ta có thể tái sử dụng chất hấp phụ. Tuynhiên,
việc đánh giá khả năng hấp phụ còn lại sau khi đã tiến hành các kĩ thuật nêu

Vât
• liêu
• nano
Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thước chỉ ở

cấp độ nano mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề
mặt vật liệu nano và tổng diện tích bề mặt của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều
so với vật liệu thông thường .
Tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 tên tiếng Anh là nano Zero-Valent Iron
(nZVI) đã được các nhà khoa học gọi tên là "Thần dược vạn năng" như là một
biện pháp xử lý nhanh, hiệu quả, để làm sạch các chất độc hại với môi trường
sinh thái.
♦♦♦ Đặc điần, tính chất của sắt nano
Sử dụng vật liệu nano sắt (nano Zero- Valent ừon) đang trở thành một
sự lựa chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các
khu vực bị ô nhiễm. Đây là chất khử mạnh, nó có hoạt tính rất tốt trong những

Khóa luận tôt nghiệp

17

Năm 2016


Đào Thị Lan

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

phản ứng giải trừ các hợp chất chứa clo, nitơ, họp chất chứa nhân thơm như
benzen, phenol, các họp chất mang màu.. .trong đất và nước, đặc biệt là nước