Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano đề xử lý Diclodiophenyltricloetan (DDT)...

Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường i

ĐAI HOC QUÔC GIA HA NÔI

TRƢƠNG ĐAI HOC KHOA HOC 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

LUÂN VĂN THAC SI KHOA HOC

Ha Nội - 2011


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường ii

ĐAI HOC QUÔC GIA HA NÔI

TRƢƠNG ĐAI HOC KHOA HOC 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 nganh: Khoa học môi trƣờng

Ma số: 60 85 02

LUÂN VĂN THAC SI KHOA HOC

NGƢƠI HƢƠNG DÂN KHOA HOC

PGS.TS. LÊ ĐỨC

Ha Nội - 2011


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường i

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3

1.1. Khái quát về vật liệu nano ..................................................................................... 4

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 Fe0 nano và những ứng dụng trong xử lý môi trƣờng .. 12

1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano ................................................................. 12

1.2.2. Một số ứng dụng trong xử lý môi trƣờng của Fe0

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 Fe0 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

3.1.1. pH .................................................................................................................. 48

3.1.2. Chất hữu cơ ................................................................................................... 49

3.1.3. Thành phần cơ giới ....................................................................................... 49


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường ii

3.1.4. Dung tích hấp phụ cation (CEC) .................................................................. 50

3.1.5. Hàm lƣợng nitrat (NO3-) ............................................................................... 50

3.1.6. Hàm lƣợng phốt pho tổng số và dễ tiêu ........................................................ 50

3.1.7. Hàm lƣợng Fe2+

............................................................................................ 51

3.1.8. Hàm lƣợng Al2O3 và Fe2O3 .......................................................................... 51

3.2. Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong đất khu vực nghiên cứu ....................... 52

3.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến điều chế vật liệu Fe0 nano.................................... 55

3.5. Khảo sát khả năng xử lý của Fe0 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 Fe2+

và Fe3+

của các dung dịch sau xử lý DDT

trong nƣớc bằng vật liệu Fe0 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 Fe0 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


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT

1. BVTV: Bảo vệ thực vật

2. BET: Brunauer Emmett Teillor – Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng

3. CEC: Cation exchange capacity – Dung tích hấp phụ cation

4. DDD (1,1-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) etan);

5. DDE: (1,1-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) etylen);

6. DDT: Diclodiphenyltricloetan;

7. HCB: Poly Clorua Biphenyl;

8. LD50 per os: Lƣợng chất độc hoặc phóng xạ cần thiết để giết một nữa số lƣợng sinh

vật thí nghiệm sau một quãng thời gian định sẵn bằng đƣờng miệng

9. LD50 dermal: Lƣợng chất độc hoặc phóng xạ cần thiết để giết một nữa số lƣợng sinh

vật thí nghiệm sau một quãng thời gian định sẵn bằng đƣờng hấp thu qua da

10. PCB PolyChlorinated Biphenyl;

11. PAA: Polyacrylamid

12. QCVN 04/2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về dƣ lƣợng hóa chất bảo

vệ thực vật trong đất

13. SEM: Scaning electron microscopy – Kính hiển vi điện tử quét

14. TCE: Trichloroethene

15. TEM: Transmission electron microscopy – Kính hiển vi điện tử truyền qua

16. TT: Trung tâm

17. XRD: Xray diffracsion – Nhiễu xạ tia X


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. Các hợp chất gây ô nhiễm có khả năng bị xử lý bởi Fe0 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 Fe0 nano trong nƣớc tại pH = 3 theo thời gian…..…..65

Bảng 8. Nồng độ Fe2+

và Fe3+

trong dung dịch sau xử lý DDT bằng Fe0 nano .............. 67

Bảng 9. Hiệu quả xử lý DDT bằng Fe0 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 Fe0 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


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. Cơ chế hoạt động của phƣơng pháp vi nhũ tƣơng ............................................... 9

Hình 2. Cấu trúc lõi vỏ của hạt Fe0 nano ........................................................................ 13

Hình 3. Ứng dụng của Fe0 nano trong môi trƣờng ......................................................... 15

Hình 4. Cấu tạo phân tử DDT ......................................................................................... 22

Hình 5. Bản đồ khu vực nghiên cứu, kho Hƣơng Vân, Lạc Vệ, Tiên Du, Bắc Ninh ..... 29

Hình 6. Mô hình cấu tạo hạt Fe0 nano và các phản ứng khử xảy ra trên bề mặt ............ 35

Hình 7. Máy sắc ký khí GC 2010 .................................................................................... 38

Hình 8. Hiện tƣợng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn ............................ 40

Hình 9. Máy đo nhiễu xạ tia X ........................................................................................ 41

Hình 10. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quyét .............................. 42

Hình 11. Máy kính hiển vi điện tử quét .......................................................................... 42

Hình 12. Kính hiển vi điện tử truyền qua........................................................................ 43

Hình 13. Máy phân tích diện tích bề mặt riêng theo BET .............................................. 44

Hình 14. Mặt cắt ngang ô bố trí thí nghiệm……………………………………………47

Hình 15. Mặt cắt dọc ô bố trí thí nghiệm……………………………………………...47

Hình 16. Nồng độ DDT trong đất tại nền kho Hƣơng Vân và các vị trí xung quanh ..... 54

Hình 17. Ảnh SEM hạt sắt ở lớp dƣới, không sử dụng chất phân tán………….……...56

Hình 18. Ảnh SEM hạt sắt ở lớp trên, không sử dụng chất phân tán……………...…..56

Hình 19. Ảnh TEM hạt Fe0 nano, có sử dụng chất phân tán……………………...…...57

Hình 20. Ảnh SEM hạt Fe0 nano, có sử dụng chất phân tán……………………...…...57

Hình 21. Hình ảnh TEM của vật liệu Fe0 nano điều chế với các tỷ lệ NaBH4/FeSO4 …58

Hình 22. Ảnh TEM của hạt sắt đƣợc điều chế khi dùng cồn 30%..................................59

Hình 23. Sản phẩm vật liệu Fe0 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 Fe0 sau khi lựa chọn điều kiện tối ƣu để chế tạo……....…62

Hình 27. Ảnh TEM vật liệu Fe0 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 Fe0 nano với hợp chất hữu cơ clo ............................ 65

Hình 30. Nồng độ Fe2+

và Fe3+

sau xử lý DDT bằng Fe0 nano ....................................... 67

Hình 31. Nồng độ DDT còn lại và hiệu quả xử lý đối với đất đã bổ sung DDT ............ 71

Hình 32. Nồng độ DDT và hiệu quả xử lý theo tỷ lệ Fe0

nano/DDT .............................. 73

Hình 33. Nồng độ DDT còn lại sau xử lý và hiệu quả xử lý theo pH ............................. 75

Hình 34. Hiệu quả xử lý DDT bởi Fe0 nano phụ thuộc vào hàm lƣợng axit humic ....... 76

Hình 35. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng Fe0 nano ......................................... 78

Hình 36. So sánh hiệu quả xử lý DDT bằng phƣơng pháp chuyển vị và tại chỗ........ .... 80


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa môi trường 1

MỞ ĐẦU

Trên đất nƣớc ta nói chung và tỉnh Bắc Ninh nói riêng, vào những năm 60 của

thế kỷ trƣớc với nền canh tác nông nghiệp tập thể (hợp tác xã) nên có rất nhiều kho

thuốc bảo vệ thực vật (gần nhƣ mỗi hợp tác xã nông nghiệp có ít nhất 01 kho thuốc

sâu). Các kho thuốc rất khác nhau về quy mô, diện tích, cách bảo quản, thời gian tồn tại

và vị trí xây dựng. Do nhận thức và hiểu biết về tác hại của hoá chất bảo vệ thực vật

còn thấp nên nhìn chung ở hầu hết các kho thuốc sâu công việc bảo quản rất tuỳ tiện,

không đƣợc xây dựng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật đối với kho bảo quản các chất độc hại.

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



lại cần một phƣơng pháp và công nghệ phù hợp hơn, trong đó công nghệ sử dụng sắt

nano (Fe0 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 Fe0 nano hoàn toàn không độc và an toàn với môi trƣờng, việc sử

dụng Fe0 nano trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng đạt hiệu quả rất cao, với giá thành hợp lý.

Hiện nay, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Fe0 nano để xử lý hoá chất bảo vệ

thực vật trong đất bị ô nhiễm ở nƣớc ta mới đƣợc đề cập nghiên cứu. Vì vậy, cần phải

có nghiên cứu cụ thể cho việc ứng dụng công nghệ vật liệu Fe0 nano để xử lý hoá chất

bảo vệ thực vật tồn lƣu trong đất tại các kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật.

Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài “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”. Đây là công trình nghiên cứu có

triển vọng thực tiễn cao, tiếp nhận đƣợc công nghệ tiên tiến, góp phần vào sự nghiệp

bảo vệ môi trƣờng và đóng góp một phần cơ sở khoa học cho Ủy ban nhân dân các tỉnh

thực hiện quyết định số 1946/QĐ-TTg về việc xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trƣờng

do hóa chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trên phạm vi cả nƣớc.



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Ý tƣởng ban đầu về công nghệ nano đƣợc đƣa ra bởi nhà vật lý ngƣời Mỹ

Richard Feynman vào năm 1959. Nhƣng thuật ngữ ―công nghệ nano‖ mới bắt đầu

đƣợc sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trƣờng đại học

Tokyo sử dụng [7]. Theo Viện Hàn Lâm Hoàng Gia Anh thì công nghệ nano là việc

thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống

bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô nano mét. Khoa học nano là

ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy

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.



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...

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano, điện

tử đƣợc tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano,...

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, hai

chiều tự do, ví dụ, màng mỏng,...

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có

một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều,

một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thƣớc nano:

- Vật liệu nano kim loại

- Vật liệu nano bán dẫn

- Vật liệu nano từ tính

- Vật liệu nano sinh học

1.1.2. Tính chất của vật liệu nano [7]

Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thƣớc 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



thƣờng. Điều này đã làm xuất hiện ở vật liệu nano nhiều đặc tính dị thƣờng, đặc biệt là

khả năng xúc tác hấp phụ. Với kích thƣớc nhỏ ở cấp độ phân tử, vật liệu nano xuất hiện

ba hiệu ứng chính: hiệu ứng lƣợng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thƣớc.

Hiệu ứng lượng tử

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lƣợng tử đƣợc

trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ

qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhƣng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các

tính chất lƣợng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lƣợng tử có thể đƣợc coi nhƣ

một đại nguyên tử, nó có các mức năng lƣợng giống nhƣ một nguyên tử.

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



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

các kim loại có kích thƣớc lớn hơn thành các hạt có kích thƣớc micro hoặc nano. Sự va

chạm của các hạt hình cầu có thể phá vỡ kích thƣớc của các hạt riêng biệt xuống còn

vài nm dẫn đến sự biến dạng, bẻ gãy và nối lại chúng. Khi nghiền, ngƣời ta thƣờng sử

dụng chất hoạt hóa bề mặt giúp cho quá tình nghiền đƣợc dễ dàng và đồng thời tránh

các hạt kết tụ lại với nhau. Phƣơng pháp nghiền có ƣu điểm là đơn giản và chế tạo

đƣợc vật liệu khối lƣợng lớn. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là tính đồng nhất của

các hạt nano không cao vì khó có thể khống chế quá trình hình thành hạt. Phƣơng pháp

biến dạng đƣợc sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cỡ lớn mà

không làm phá huỷ vật liệu. Nhiệt độ có thể đƣợc điều chỉnh tùy thuộc vào từng trƣờng

hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì đƣợc gọi là biến

dạng nóng, còn ngƣợc lại thì đƣợc gọi là biến dạng nguội. Ngoài ra, hiện nay ngƣời ta

thƣờng dùng các phƣơng pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.

- Phƣơng pháp từ dƣới lên: là phƣơng pháp hình thành vật liệu nano từ các

nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp từ dƣới lên đƣợc phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh

động và chất lƣợng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta



dùng hiện nay đƣợc chế tạo từ phƣơng pháp này. Phƣơng pháp từ dƣới lên có thể là

phƣơng pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai gọi là phƣơng pháp hóa - lý.

+ Phƣơng pháp vật lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc

chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý

dƣới tác dụng của nhiệt do đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang. Trong phƣơng pháp

chuyển pha thì vật liệu đƣợc nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc

trạng thái vô định hình - tinh thể (kết tinh). Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để

tạo các hạt nano hoặc màng nano.

+ Phƣơng pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phƣơng

pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà ngƣời ta

phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại

các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha khí (nhiệt

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, Si3N4, 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 CO2 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 Fe2O3 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



gần nhƣ hoàn toàn. Tiền chất trong trƣờng hợp này là Fe(CO)5 không hấp thụ laser nên

etylen đƣợc dùng là chất hấp thụ năng lƣợng laser và là chất mang hơi đến buồng phản

ứng. Etylen không bị phân hủy với năng lƣợng của laser (652 Wcm-2

), nó chỉ có tác

dụng chuyển đổi năng lƣợng laser thành năng lƣợng nhiệt để phân hủy Fe(CO)5. Để tạo

Fe2O3 ngƣời ta phải đƣa không khí vào bằng cách trộn không khí với khí argon.

Phương pháp khử pha khí [37]: là phƣơng pháp tạo ra các hạt sắt nano thƣơng

phẩm thƣờng đƣợc biết đến với tên gọi RNIP (Reactive Nanoscale Iron Particles) đƣợc

sản xuất từ phƣơng pháp khử hematit hoặc geolit bằng H2 ở nhiệt độ cao (350-6000).

Sau khi làm lạnh và chuyển hạt sắt vào nƣớc dƣới dạng khí, một lớp vỏ bị ôxy hoá hình

thành trên bề mặt. RNIP đuợc biết đến nhƣ một vật liệu hai pha gồm Fe3O4 và £-FeO.

Vật liệu tổng hợp có kích thƣớc trung bình 50-300nm và diện tích bề mặt riêng 7-

55m2/g. Hàm lƣợng sắt thông thƣờng không nhỏ hơn 65% (theo khối lƣợng).

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 Fe2+

và Fe3+

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 Fe3O4 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



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 Fe3O4. Các hạt

magnetite Fe3O4 sau khi tạo thành sẽ bị chất hoạt hóa bề mặt bao phủ và ngăn cản

không cho phát triển thêm về kích thƣớc. Bằng phƣơng pháp này, ngƣời ta có thể chế

tạo hạt ôxít sắt bao phủ bởi một lớp vàng để tránh bị ôxi hóa

Hình 1. Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương

Phương pháp Polyol: là phƣơng pháp thƣờng dùng để tạo các hạt nano kim loại

nhƣ Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe... Các hạt nano đƣợc hình thành trực tiếp từ dung dịch

muối kim loại có chứa polyol (rƣợu đa chức). Polyol có tác dụng nhƣ một dung môi

hoặc trong một số trƣờng hợp nhƣ một chất khử ion kim loại. Tiền chất có thể hòa tan

trong polyol rồi đƣợc khuấy và nâng đến nhiệt độ sôi của polyol để khử các ion kim

loại thành kim loại. Bằng cách điều khiển động học kết tủa mà chúng ta có thể thu

đƣợc các hạt kim loại với kích thƣớc và hình dáng nhƣ mong muốn. Ngƣời ta còn thay

đổi phƣơng pháp này bằng cách đƣa những mầm kết tinh bên ngoài vào dung dịch.

Nhƣ vậy quá trình tạo mầm và phát triển hạt là hai quá trình riêng biệt làm cho hạt



đồng nhất hơn. Hạt nano ôxít sắt với đƣờng kính 100 nm có thể đƣợc hình thành bằng

cách trộn tỉ lệ không cân đối giữa sắt hydroxit với dung môi hữu cơ. Muối FeCl2 và

NaOH phản ứng với etylen glycol (EG) hoặc polyetylen glycol (PEG) và kết tủa sắt

xảy ra ở nhiệt độ từ 800 - 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 (NaBH4)

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 FeBH

. 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 Fe0 nano trong các ứng dụng môi trƣờng. NaBH4 là một chất khử mạnh nó

có thể khử cả muối Fe2+

và Fe3+

tạo thành Fe0 nano theo phƣơng trình phản ứng sau:

4Fe3+

+ 3BH4- +9H2O 4Fe

0 + 3H2BO3

- +12H

+ +6H2

Fe2+

+ BH4- + 9H2O Fe

0 + H2BO3

- + 12H

+ +6H2

Các đặc điểm quan trọng của Fe0

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, Fe0 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 Fe0

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



dụng khác nhau của Fe0

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 Fe0 nano tránh bị ôxy hóa sau khi Fe

0 nano đƣợc tổng hợp từ dung dịch

muối sắt khử bởi bohiđrua và nghiên cứu ứng dụng nó trong xử lý đất ô nhiễm DDT là

điều rất quan trọng + Phƣơng pháp kết hợp: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên

các nguyên tắc vật lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí...Phƣơng pháp

này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano

1.1.4. Một số ứng dụng của vật liệu nano

- Trong y học: Các hạt nano đƣợc xem nhƣ những robot thâm nhập vào cơ thể

giúp con ngƣời có thể can thiệp ở quy mô phân tử và tế bào. Con ngƣời sử dụng phân

tử nano để chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thƣ. Để ứng dụng

trong sinh học, các hạt nano cần phải đƣợc chức năng hoạt hóa bề mặt để có thể liên

kết đƣợc với các đối tƣợng sinh học nhƣ ADN, kháng thể, enzyme. Các nhóm chức

thƣờng gặp là nhóm amino, biotin, steptavidin, carbonxyl, thiol, silica hoặc các bề mặt

có điện tích âm hoặc dƣơng.

- Năng lƣợng: Nâng cao chất lƣợng của pin năng lƣợng mặt trời, tăng hiệu quả

dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm chất dẫn truyền điện đƣờng dài.

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp công nghệ nano với sử dụng hệ thống gƣơng tập trung

ánh sáng vừa giúp tạo ra hệ thống pin năng lƣợng mặt trời hiệu quả bậc nhất thế giới

vừa giảm đƣợc 50% chi phí cho mỗi Wp (Watt peak). Trong thiết kế pin năng lƣợng

mới, các tế bào năng lƣợng sẽ đƣợc tập hợp lại thành bó dây nano; chính thiết kế bó

dây này giúp liên kết các subcell (vùng chuyển tiếp - junction) với nhau. Sau đó mỗi

subcell sẽ có nhiệm vụ chuyển đổi một màu của ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Hiệu quả cao nhất đạt đƣợc của một tế bào năng lƣợng mặt trời dạng dây nano hiện nay

là 8,4%. Tuy nhiên, nếu đƣợc thiết kế thêm 5-10 vùng chuyển tiếp, hiệu quả hoạt động

của tế bào có thể lên tới 65%



- Điện tử - Cơ khí: Chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lý cực nhanh,

chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng thiết bị nano làm thiết bị ghi thông tin cực

nhỏ….

- 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 Fe0 nano và những ứng dụng trong xử lý môi trƣờng

1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano

Công nghệ sử dụng sắt nano hóa trị không (Fe0 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 Fe0 nano chủ yếu dựa trên đặc tính đóng góp điện

tử trong phản ứng khử của Fe0 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 Fe0 nano và cung cấp năng lƣợng khử cho các

phản ứng với chất gây ô nhiễm môi trƣờng.

- Phần vỏ này phần lớn là các ôxit sắt/hydroxit đƣợc hình thành từ sự ôxi hóa

Fe0. Lớp vỏ này là nơi cung cấp những thông tin hóa học phức tạp (ví dụ: sự hấp phụ

hóa học). Các nhà nghiên cứu đã phủ một lớp mỏng chứa ôxit hoặc kim loại quý lên bề

mặt phân tử nano để tránh sự ôxi hóa sắt [22].



Hình 2. Cấu trúc lõi vỏ của hạt Fe0 nano

Sự hình thành lớp vỏ ôxit bao quanh phân tử sắt nano đầu tiên là sự tạo thành

Fe2+

trên bề mặt;

2Fe0 + O2 + H2O 2Fe

2+ + 4OH

-

Fe0 + 2H2O Fe

2+ + H2 + 2OH

-

Fe2+

tiếp tục bị ôxy hóa thành Fe3+

Fe3+

phản ứng với OH- hoặc H2O 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

vật liệu. So với các phân tử có kích thƣớc micro thì các phân tử có kích thƣớc nano có

diện tích bề mặt riêng lớn hơn từ 1- 2 lần. Diện tích bề mặt riêng lớn cho phép phản

ứng xảy ra ở nhiều điểm, đây là một tính chất làm cho hạt Fe0 nano phản ứng với các

chất ô nhiễm với tốc độ cao hơn so với các vật liệu khác.



c. Từ tính của hạt Fe0 nano

Từ tính của hạt Fe0 nano đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhƣ chất

lỏng từ, các ứng dụng trong sinh y và chất xúc tác. Tuy nhiên trong lĩnh vực môi

trƣờng các nhà nghiên cứu lại có xu hƣớng muốn tránh đặc tính này. Do có diện tích bề

mặt lớn và tính lƣỡng cực, vật liệu Fe0 nano có xu hƣớng kết đám, hình thành những

phân tử lớn hơn làm giảm diện tích tiếp xúc giữa phân tử nano và chất ô nhiễm và giảm

sự vận chuyển các phân tử nano tại những điểm ô nhiễm. Vì vậy trong lĩnh vực môi

trƣờng việc phân tán các hạt nano từ tính là một trong những yếu tố quan trọng để tăng

hiệu quả của phản ứng này. Các nhà khoa học nhƣ He và Zhao (2010) [44] đã sử dụng

tinh bột để bọc hạt nano để chúng ít bị kết dính hơn và thu đƣợc kết quả khả quan.

Ngoài ra một số nhà khoa học còn sử dụng chất phân tán hoặc khuấy cơ học để các

phân tử nano không bị kết đám và vận chuyển tốt tại vị trí ô nhiễm. Nhờ những đặc

tính đó hạt Fe0 nano có khả năng khử tốt hơn đối với các chất và hợp chất ô nhiễm so

với các hạt Fe0 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 Fe0 nano

Do có đặc tính cho electron và khử nhiều chất ô nhiễm với tốc độ cao, Fe0 nano

đƣợc sử dụng để xử lý nhiều chất ô nhiễm trong môi trƣờng. Fe0 nano có thể đi vào

trong đất bị ô nhiễm, trầm tích và tầng ngậm nƣớc. 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.



Hình 3. Ứng dụng của Fe0 nano trong môi trường

a. Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa clo

Fe0 nano có thể khử hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa clo nhƣ Poly Clorua

Biphenyl (HCB), PolyChlorinated Biphenyl (PCB), diclodiphenyltricloetan (DDT),

trichloroethene (TCE) thành các hợp chất hydrocacbon, clo và nƣớc. Yang – hsin Shih

và nnk (2011) [46] đã nghiên cứu cơ chế, động học và ảnh hƣởng pH tới quá trình khử

HCB bởi Fe0 nano. Kết quả là 50% HCB đƣợc khử sau 24 giờ khi nồng độ Fe

0 nano là

400g/l. Patanjali Varanasi và nnk (2007) [35] đã nghiên cứu quá trình khử PCB bởi Fe0

nano. Kết quả thu đƣợc là 38% PCB bị phá hủy trong mẫu đất đã trộn Fe0 nano tại

nhiệt độ phòng. Theo các tác giả, tỷ lệ phá hủy thấp có thể là do sự khuếch tán thấp của

PCB trong đất đến bề mặt chất xúc tác. Theo Wei – xian Zhang và nnk (2003) [43], Fe0

nano đƣợc thử nghiệm để xử lý các hợp chất TCEs trong nƣớc ngầm tại một căn cứ hải

quân của Mỹ. Sau sáu tuần phun hạt Fe0 nano xuống các giếng thử nghiệm, mẫu nƣớc



ngầm sau khi xử lý có nồng độ TCEs đạt tiêu chuẩn nƣớc sạch. Fe0 nano có khả năng

khử đối với các hợp chất hữu cơ chứa clo theo phƣơng trình sau:

RX + Fe0

+ 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 Fe0 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 Fe0

nano ở 250 C. Xiaomin Dou và nnk (2010) [44] đã nghiên cứu quá trình loại bỏ Asen

khỏi nƣớc bởi Fe0 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 Fe0

nano. Cr (VI) bị khử xuống Cr (III),

sau đó nó đƣợc kết hợp vào lớp vỏ ôxit sắt (Crx Fe1-x) (OH)3 hoặc Crx Fe1 – x(OOH).

Theo nghiên cứu của Yunfei Xi và nnk (2010) [49], Fe0 nano đã đƣợc tổng hợp và

nghiên cứu khả năng khử Pb. Tại pH = 4 sau 15 phút tốc độ loại bỏ Pb đạt 99,9%. Hiệu

suất của phản ứng là 0,05g Fe0

nano có thể loại bỏ > 99% Pb (401,8 mg/g). Ngoài ra

Fe0

nano còn có khả năng loại bỏ Ni, theo đó Ni (II) bị khử xuống Ni(0). Hiệu suất

khử là 0,13g Ni (II)/g Fe0 nano.

c. Sự loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ

- Sự loại bỏ Selen



Mondal và nnk (2011) [19] đã nghiên cứu loại bỏ Selen bằng Fe0 nano. Trong

thí nghiệm sau 5 giờ gần 100% Selen đƣợc loại bỏ hoàn toàn, sự loại bỏ Selen bởi Fe0

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 Fe0 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 Fe0 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 Fe0 nano

TT Tên các nhóm chất và hợp chất Tên các chất và hợp chất

1 Các hợp chất Clo metan

1.1. Cacbontetraclorua (CCl4)

1.2. Cloroform (CHCl3)

1.3. Diclorometan (CH2Cl2)

1.4. Clorometan (CH3Cl)

2 Các hợp chất Trihalo metan

2.1. Bromform (CHBr3)

2.2. Dibromoclorometan (CHBr2Cl)

2.3. Diclorobromometan (CHBrCl2)

3 Các hợp chất clo benzen

3.1. Hexaclorobenzen (C6Cl6)

3.2. Pentaaclorobenzen (C6HCl5)

3.3. Tetraclorobenzen (C6H2Cl4)

3.4. Triclorobenzen (C6H3Cl3)

3.5. Diclorobenzen (C6H4CH2)

3.6. Clorobenzen (C6 H5Cl)

4 Các hợp chất Clo eten

4.1. Tetracloroeten (C2CL4)

4.2. Tricloroeten (C2HCl3)

4.3. cis- Dicloroeten (C2H2Cl2)

4.4. trans- Dicloroeten (C2H2Cl2)

4.5. 1,1- Dicloroeten (C2H2Cl2)

4.6. Vinylclorua (C2H3Cl)



TT Tên các nhóm chất và hợp chất Tên các chất và hợp chất

5 Thuốc bảo vệ thực vật 4.7. DDT (C14H9Cl5)

4.8. Lindan (C6H6Cl6)

6 Các hợp chất polycloro khác

6.1. Các hợp chất hydrocacbon

6.2. PCBs

6.3. Pentaclorophenol

6.4. 1,1,1- trichloroetan

7 Thuốc nhuộm hữu cơ

7.1. Màu vàng cam (C16H11N2NaO4S)

7.2. Chrysoidin (C12H13ClN4)

7.3. Tropaeolin

(C12H9N2NaO5S)

8 Các hợp chất hữu cơ khác

8.1. N- Nitrosodiummetylamin (NDMA)

(C4H10N2)

8.2. TNT (C7H5N3O6)

9 Các kim loại nặng

9.1. Thủy ngân (Hg2+

)

9.2. Niken (Ni2+

)

9.3. Cadimi (Cd2+

)

9.4. Chì (Pb2+

)

9.5. Crôm (Cr6+

)

10 Các anion vô cơ 10.1. Perclorat (ClO4

-)

10.2. Nitrat (NO3-)

Nguồn: Zhang và các cộng sự, 2003 [43]

1.3. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật

Thuốc BVTV là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh

học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, virus …), 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 có một tên

chung là những dịch hại, do vậy những chất dùng để diệt trừ chúng đƣợc gọi là thuốc trừ

dịch hại.

1.3.1. Các nhóm thuốc BVTV và phân loại

Có nhiều phƣơng pháp phân loại thuốc bảo vệ thực vật khác nhau, theo cuốn

―Thuốc bảo vệ thực vật – NXB Nông nghiệp, năm 1995‖, các phƣơng pháp phân loại

thuốc BVTV nhƣ sau:

- Phân loại theo độc tính:

+ Nhóm Ia: Cực độc

+ Nhóm Ib: Độc tính cao

+ Nhóm II: Độc tính vừa

+ Nhóm III: Độc tính nhẹ

- Phân loại theo đối tượng sử dụng: Thuốc trừ sâu, bệnh, cỏ, chuột,..

- Phân loại theo cơ chế gây tác động: Thuốc kìm hãm Cholinesteraza, thuốc kìm hãm

quang hợp, thuốc chống đông máu;

- Phân loại theo con đường xâm nhập: Thuốc xâm nhập qua lá, qua rễ, qua tiếp xúc,

qua xông hơi, qua con đƣờng tiêu hoá;

- Phân loại theo nguồn gốc: Thuốc hữu cơ, thuốc thảo mộc, thuốc vô cơ;

- Phân loại theo cấu tạo hoá học: Hợp chất hữu cơ halogen, cơ phốt pho, cacbamat;

- Phân loại theo dạng thuốc: dạng sữa, bột, lỏng, hạt,…



Các loại thuốc BVTV đều chứa các nhóm hoạt tính độc học đặc trƣng, vì vậy có

thể phân loại theo nhóm chức hoá học chính có tác dụng gây độc nhƣ: nhóm clo hữu

cơ, lân hữu cơ, cacbamat, …

Nhóm các hợp chất clo hữu cơ: trong cấu trúc phân tử có nhiều nguyên tử Clo

liên kết trực tiếp với nguyên tử C, có hoặc không có các nguyên tử S, N trong phân tử.

Nhóm các hợp chất lân hữu cơ: trong phân tử có chứa một hoặc nhiều nguyên tử

phốt pho, không bền trong hệ sinh học, dễ hoà tan trong nƣớc và dễ bị hydro hoá.

Nhóm các hợp chất cacbamat: là các chất có chứa nhóm R1-NH-COO-R2.

Nhóm các hợp chất pyrethiroit tổng hợp: trong phân tử của chúng có cả nguyên

tố Cl, O và N, nhân thơm nối với nhau bằng nguyên tử ôxi.

1.3.2. Đặc điểm, tính chất của DDT và các tác động của nó đến môi trường

1.3.2.1. Đặc điểm, tính chất của DDT

DDT là loại thuốc trừ sâu đã đƣợc sử dụng trong nhiều năm qua. Công thức hoá

học của loại thuốc này là C14H9Cl5 tên khoa học là diclodiphenyltricloetan hay (1,1,1 –

trichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etan) và gọi tắt là DDT, đƣợc tổng hợp lần đầu

tiên vào năm 1874, tác dụng diệt côn trùng của DDT chƣa đƣợc phát hiện cho tới năm

1939. Trong những năm đầu của cuộc Chiến tranh Thế giới thứ II, DDT đƣợc sử dụng

một cách hiệu quả giúp quân đội và dân thƣờng trong việc kiểm soát sự lan truyền của

dịch sốt rét và các bệnh dịch khác phát sinh từ côn trùng. Chính vì công lao phát hiện

ra DDT, nhà hoá học ngƣời Thuỵ Sỹ, Paul Hermann Muller đã đoạt giải Nobel về Y

học năm 1948. Sau Chiến tranh Thế giới thứ II, DDT đã đƣợc sản xuất để sử dụng nhƣ

một loại thuốc bảo vệ thực vật để kiểm soát tiêu diệt côn trùng trong nông nghiệp và

các loại côn trùng gây bệnh [5].

Nhƣng chỉ hai thập niên sau đó, vào năm 1962, trong cuốn ―Silent Spring‖ của

nhà sinh học ngƣời Mỹ, Rechel Carson đã mô tả thực trạng ô nhiễm DDT và dự báo

ảnh hƣởng của nó tới sức khoẻ con ngƣời và môi trƣờng. Do đó, tại Hoa Kỳ từ năm



1972 DDT đã bị cấm sử dụng. Tuy nhiên đến nay các nhà sản xuất tại Mỹ vẫn tiếp tục

sản xuất DDT để xuất khẩu sang châu Phi và các nƣớc châu Á trong đó có Việt Nam

(300.000 kg/năm) [5]. Ở Mỹ nguyên nhân gây ô nhiễm đất lớn nhất bởi DDT là việc sử

dụng thuốc BVTV trong ngành nông nghiệp, ƣớc tính ngành nông nghiệp nƣớc Mỹ đã

sử dụng khoảng 13.000 tấn DDT vào năm 1966 và gần 7.000 tấn DDT vào năm 1971

[5].

Tuy DDT đã bị cấm ở Hoa Kỳ từ năm 1972 nhƣng đến nay hoá chất này vẫn

còn là một vấn nạn cho Cục bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ ở những vùng nông nghiệp và

những vùng quanh nhà máy sản xuất DDT. Hiện tại DDT vẫn còn ngƣng tụ nơi thềm

lục địa vùng Palos Verdas (ngoài khơi vùng biển Los Angeles) vì nhà máy sản xuất

DDT Montrose Chemical. Co, tại Torrance đã thải DDT vào hệ thống cống rãnh thành

phố từ năm 1971. Việc xử lý ô nhiễm DDT cho vùng này ƣớc tính sẽ tốn kém khoảng

300 triệu USD [13].

DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p’-DDT (85%), o,p’-DDT (15%) và o,o’-DDT

(lƣợng 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 đƣợc sử dụng để diệt trừ sâu hại, nhƣng hiệu quả kém hơn nhiều so với DDT, một

dạng của DDD (o,p’-DDD) đã đƣợc sử dụng để điều trị bệnh ung thƣ tuyến thƣợng

thận. Cả DDD và DDE đều là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản

xuất DDT.

- Công thức hoá học của DDT: C14H9Cl5,

- Cấu tạo phân tử DDT:



Hình 4. Cấu tạo phân tử DDT [5]

- Tính chất vật lý, hoá học: DDT có khối lƣợng phân tử 354,49; là chất bột vô

định hình màu trắng; nhiệt độ nóng chảy 108,5-1090C; nhiệt độ sôi 185-187

0C tại 7 Pa;

khối lƣợng riêng: 1,55 g/cm3; tan ít trong nƣớc (0,025mg/l ở 25

0C), tan tốt trong các

dung môi hữu cơ nhƣ: etanol, etylete, aceton,…. Trong môi trƣờng DDT dễ dàng bị

phân hủy thành DDD và DDE, chúng có tính chất hóa học tƣơng tự nhƣ DDT nhƣng

chúng tồn tại lâu hơn, bền hơn và có nồng độ cao hơn DDT trong môi trƣờng. Là một

chất rất bền vững trong môi trƣờng, trơ với các phản ứng quang phân, ôxy không khí.

Nếu điều kiện phản ứng mạnh nhƣ nồng độ kiềm lớn và đƣợc đốt nóng sẽ tạo thành

anion của axit bis (Cl-4- phenyl)-2,2 etanoic hoặc bị polymer hóa thành sản phẩm dạng

nhựa có màu [5].

- Độc tính: DDT là loại thuốc trừ sâu có độ bền vững và độc tính cao. Sự gây

hại của DDT đối với môi trƣờng là do hai thuộc tính của nó là sự tồn tại lâu trong môi

trƣờng và sự hòa tan trong lipid. Vì DDT không hòa tan trong nƣớc nên nó rất khó bị

rửa trôi trong môi trƣờng. DDT hòa tan tốt trong chất béo vì vậy khi động vật ăn thức

ăn có chứa DDT thì DDT sẽ kết hợp với chất béo trong cơ thể nó và tích lũy ở đó. Một

khi DDT xâm nhập đƣợc vào cơ thể nó sẽ có xu hƣớng tích lũy lại ở các mô mỡ. Sự

tích lũy DDT có sự tăng lên qua các bậc dinh dƣỡng gọi là sự phóng đại sinh học, nó

xảy ra trong các chuỗi thức ăn. Điều này có nghĩa là trong chuỗi thức ăn càng ở những

động vật bậc cao trên đầu chuỗi thức ăn thì càng tích lũy nhiều DDT. Và con ngƣời

luôn luôn là sinh vật ở bậc cuối cùng của mọi chuỗi thức ăn. DDT có tác dụng lên hệ

thần kinh của động vật, đặc biệt là hệ thần kinh ngoại biên, gây rối loạn thần kinh và ức



chế enzim chức năng đòi hỏi sự dịch chuyển các ion dẫn đến tê liệt. DDT thuộc nhóm

độc II, LD50 per os: 113-118 mg/kg; LD50 dermal: 2150 mg/kg [5]

1.3.2.2. Sự tồn tại của DDT trong môi trường [1]

- Sự tồn tại của DDT trong đất và nƣớc ngầm

DDT tồn tại ở trạng thái bất động trong hầu hết các loại đất. Các con đƣờng mất

và suy thoái của DDT trong môi trƣờng đất bao gồm mất do dòng chảy, bay hơi, phân

hủy sinh học (hiếu khí và kị khí ). Tuy nhiên những quá trình này xảy ra rất chậm. Các

sản phẩm phân hủy trong môi trƣờng đất là DDE và DDD, chúng cũng tồn tại lâu trong

môi trƣờng và có tính chất vật lý và hóa học tƣơng tự nhƣ DDT. Do khả năng hòa tan

thấp trong nƣớc nên DDT đƣợc giữ ở mức độ cao trong đất, trong các thành phần của

đất, đặc biệt là chất hữu cơ. Mặc dù vậy DDT vẫn đƣợc phát hiện trong các hợp phần

khác của đất và nƣớc ngầm, đặc biệt trong đất chứa ít chất hữu cơ.

Bảng 2. Thời gian bán phân hủy của một số thuốc BVTV clo hữu cơ [5]

TT Tên thuốc BVTV Thời gian bán phân hủy

(tháng)

Thời gian để phân hủy

95% (năm)

1 Aldrin 3-8 1-6

2 Clodane 10-12 3-5

3 DDT 30 4-30

4 Dieldrin 27 5-25

5 Heptachlor 8-10 3-5

6 Lindace 12-20 3-10

- Sự tồn tại của DDT trong nƣớc mặt

DDT có mặt trong nƣớc mặt chủ yếu do dòng chảy, sự vận chuyển của khí, sự

rửa trôi hoặc bởi sự phun trực tiếp. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài

thực tế tại Vƣơng quốc Anh đã đƣa ra, thời gian bán phân hủy của DDT trong nƣớc hồ

là 56 ngày, trong nƣớc sông là 28 ngày và rất ít DDT mất khỏi trầm tích ở cửa sông sau

46 ngày. Các con đƣờng chính để giảm DDT trong nƣớc mặt là bay hơi, phân hủy

quang hóa, do sự hấp thụ truyền từ phân tử nƣớc vào trầm tích.



- Sự tồn tại của DDT trong thực vật

DDT không đƣợc hấp thu và lƣu trữ ở mức độ lớn trong thực vật. DDT không di

chuyển vào cây cỏ nhƣ linh lăng hay đậu tƣơng và chỉ một lƣợng nhỏ DDT và các chất

chuyển hóa của nó đƣợc tìm thấy trong cà rốt và củ cải khi chúng đƣợc dùng để xử lý

DDT trong đất. Một số loại thực vật tích lũy nhiều nhƣ ngô, các cây ngũ cốc, lúa,

nhƣng DDT ít di chuyển lên các bộ phận khác của cây mà chúng tập trung chủ yếu ở

phần rễ.

1.3.2.3. Ảnh hưởng của DDT đến cơ thể sống [1]

- Tác dụng lên các loài thủy sinh vật

DDT có độc tính cao với nhiều loài thủy sinh không xƣơng sống. Theo báo cáo

thí nghiệm LD50s (nồng độ gây chết 50% loài thủy sinh không xƣơng sống khác nhau

trong thí nghiệm) sau 96 giờ là từ 0,18 µg/l đến 7,0 µg/l đối với muỗi vằn, tôm càng.

DDT rất độc đối với các loài cá, và có thể gây độc cho một số loài lƣỡng cƣ đặc biệt ở

giai đoạn ấu trùng. Ngoài khả năng gây độc cấp tính, DDT còn tích lũy đáng kể trong

cá và các loài thủy sản khi có sự tiếp xúc lâu dài. Điều này xảy ra chủ yếu do sự hấp

thụ từ trầm tích và nƣớc vào hệ động thực vật thủy sinh, trong đó bao gồm cá.

- Tác động đối với chim

DDT ở dạng hơi trong thực tế không gây độc đối với các loài chim. Trong các

loài chim thì DDT gây độc chủ yếu qua con đƣờng thức ăn thông qua việc ăn thịt các

loài trên cạn và các loài sinh vật thủy sinh có tích lũy nhiều DDT trong cơ thể, chẳng

hạn nhƣ cá, giun đất và các loài chim khác. Hiện nay vấn đề quan tâm là sự ảnh hƣởng

của DDT đối với sự sinh sản ở các loài chim nhƣ làm vỏ trứng mỏng đi, đặc biệt là tỷ

lệ chết của phôi thai cao.

- Tác động đến các loài động vật khác

Giun đất ít bị độc cấp tính do DDT và nó có khả năng chống chịu DDT ở mức

độ cao hơn các sinh vật khác trong môi trƣờng nhƣng chúng có khả năng gây độc lớn



cho các loài ăn chúng do sự phóng đại sinh học. DDT không độc hại đối với ong và

LD50 đối với ong mật là 25µg/con.

- Tác động đến con ngƣời

Qua Công ƣớc Stockholm, DDT bị cấm sử dụng trong nông nghiệp vì ảnh

hƣởng của chúng lên con ngƣời về lâu dài. Báo cáo khoa học tháng 6/2006 ở Đại học Y

Tế Công Cộng Berkeley cho thấy rằng trẻ sơ sinh bị tiếp nhiễm gián tiếp trong bụng

mẹ sẽ bị chậm phát triển cả về cơ thể và thần kinh, cũng nhƣ tỉ lệ tử vong trong bụng

mẹ rất cao. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng từ năm 1945 trở đi việc sử dụng DDT đã

làm cho 19 loài muỗi có mang ấu trùng sốt rét tăng thêm sức đề kháng, do đó cần phải

phun xịt một liều lƣợng cao hơn. Kết quả là con ngƣời ngày càng khó khống chế các

dịch bệnh do côn trùng gây ra hơn. DDT thƣờng xâm nhập vào cơ thể sinh vật và tích

lũy qua các bậc dinh dƣỡng dẫn đến hiện tƣợng phóng đại sinh học, nó xảy ra trong các

chuỗi thức ăn. Và con ngƣời là sinh vật ở bậc cuối cùng của mọi chuỗi thức ăn nên sẽ

tích lũy lƣợng lớn nhất DDT.

1.3.2.4. Tình hình sử dụng và mức độ ô nhiễm DDT trên thế giới và Việt Nam [1]

a. Tình hình sử dụng DDT trên thế giới và ở Việt nam

Trong và sau chiến tranh thế giới lần thứ hai (1939 – 1945) DDT trở thành một

chất đƣợc sử dụng phổ biến. Thời kỳ sử dụng nhiều nhất đạt tới 175 triệu tấn trên toàn

cầu năm 1970. Việc sử dụng DDT nhiều nhất tại Hoa Kỳ là năm 1959 với số lƣợng là

36 triệu kg hóa chất đã đƣợc rải. Tuy nhiên đến năm 1970 các câu hỏi về tác động

nghiêm trọng của DDT đến môi trƣờng đã đƣợc đƣa ra. Và báo cáo đã chỉ ra rằng các

loài côn trùng có lợi hoặc vô hại nhƣ ong, các loài cá, chim và một số động vật khác bị

chết hoặc bị tổn hại khi tiếp xúc với DDT. Do tác động có hại của DDT đến môi

trƣờng lớn hơn so với sự có lợi của DDT nên các cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ

đã cấm sử dụng DDT vào năm 1972. Tuy nhiên nó vẫn đƣợc sử dụng ở một số nƣớc

khác.



DDT vẫn đƣợc sử dụng ngày nay tại các quốc gia Châu Phi nhƣ Zimbabwe và

Ethiopia để kiểm soát muỗi và ruồi Glossia. Đây là hai loại côn trừng gây ra hai bệnh

nguy hiểm là sốt xuất huyết và bệnh ngủ. DDT đã đƣợc sử dụng để diệt ruồi Glossia tại

hồ Kariba ở Zimbabwe.

DDT đƣợc dùng lần đầu tiên ở Việt Nam vào năm 1949 để phòng ngừa bệnh sốt

rét. Tuy nhiên số lƣợng DDT sử dụng chỉ có 315 tấn trong năm 1961 và giảm xuống

còn 22 tấn trong năm 1974. Mặc dù DDT đã bị cấm sử dụng trên toàn thế giới từ năm

1992 nhƣng ở Việt Nam DDT vẫn đƣợc tiếp tục nhập vào từ nƣớc Nga. Từ ngày

14/05/2004 Việt Nam chính thức tham gia vào công ƣớc Stockholm, việc sử dụng

thuốc trừ sâu DDT đã bị cấm sử dụng trên toàn quốc, nhƣng do công tác quản lý còn

lỏng lẻo DDT vẫn còn đƣợc sử dụng ở nhiều nơi.

b. Tình hình ô nhiễm DDT trên thế giới và ở Việt Nam

Do những tác hại của DDT đến môi trƣờng và con ngƣời nên năm 1972 chính

phủ Hoa kỳ đã cấm sử dụng hoàn toàn DDT. Tuy nhiên đến nay hóa chất này vẫn gây

tác hại ở các vùng nông nghiệp đã sử dụng và những vùng quanh nơi sản xuất trƣớc

đây. Hiện nay DDT vẫn còn bị ngƣng tụ tại thềm lục địa vùng Palos Vedas (ngoài khơi

vùng biển Los Angeles) vì nhà máy sản xuất ra DDT Montrose Chemical tại Torrance

đã thải DDT vào hệ thống cống rãnh thành phố từ năm 1971. Sự tích tụ nhiều nhất

DDT và các hợp chất có liên quan là ở biển phía Tây Trung Quốc. Ở các bờ biển lƣợng

tích tụ DDT vẫn rất lớn nhƣ: vịnh Bengal, biển Arabian và biển Bắc Trung Quốc v.v.

Hàm lƣợng DDT có trong trầm tích đáy sông ở vịnh River tại Washington dao động từ

0,1- 234 µg/kg. Ở Canada, tổng lƣợng DDT lắng đọng trên bề mặt trầm tích ở các hồ

trong lục địa vào khoảng 9,7µg/l.

Ở Việt Nam một lƣợng lớn DDT còn tồn đọng trong các kho ở khắp các tỉnh.

Mặc dù đã đƣợc thu gom và tiêu hủy nhƣng do việc tiêu hủy không triệt để một lƣợng

lớn DDT bị thải ra môi trƣờng ngấm vào nƣớc ngầm và đất. Theo phụ lục I về danh



mục điểm tồn lƣu hóa chất bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng và

đặc biệt nghiêm trọng ban hành kèm theo Quyết định số 1946 /QĐ-TTg ngày 21 tháng

10 năm 2010 của Thủ tƣớng Chính phủ thì trên toàn quốc có 240 điểm tồn dƣ hóa chất

bảo vệ thực vật nghiêm trọng cần phải xử lý trƣớc năm 2015.

Bảng 3. Hiện trạng tồn dƣ hóa chất bảo vệ thực vật tại các kho trên toàn quốc

TT Tỉnh

Số điểm

còn tồn

dƣ

Đặc điểm, nồng độ các HCBVTV vƣợt quá so

với QCVN 04/2008/BTNMT

1. Hà Giang 1

Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong các mẫu

đất nhƣ Lindan vƣợt từ 37,4 đến 3458,09 lần; DDT

vƣợt từ 1,3 đến 9057,8 lần

2. Tuyên Quang 03


đất nhƣ Lindan vƣợt 1025,9 lần; DDT vƣợt 1526,8

lần; Endrin vƣợt 128,57 lần

3. Yên Bái 02


đất nhƣ DDT vƣợt 8,2 lần; lindan vƣợt 2,2-3,4 lần;

tổng thuốc trừ sâu Clo hữu cơ trừ DDT và Lindan

vƣợt 1,23 lần

4. Thái Nguyên 05


đất nhƣ Lindan ở độ sâu 0,2 m vƣợt 5608,1 lần; ở

độ sâu 0,5m vƣợt 12565,4 lần; ở độ sâu 1,5 m vƣợt

126550 lần; ở độ sâu 2 m vƣợt 12671,5 lần còn

DDT vƣợt hàng trăm lần

5. Bắc Giang 02


đất là: Lindane (1-3,8 mg/kg), p,p’-DDT (0,5-1,3

mg/kg) ở độ sâu 0-50 cm.

6. Bắc Ninh 01

Hiện không còn hóa chất BVTV tồn lƣu. nhƣng có

dấu hiệu ô nhiễm đất rất nặng. nƣớc ngầm ở độ sâu

10m có mùi hóa chất BVTV nồng nặc

7. Lạng Sơn 02

Mẫu đất tại xƣởng sản xuất nông dƣợc cũ DDT

vƣợt 137 lần; mẫu đất gần kho chứa cũ DDT vƣợt

2.900 lần; mẫu đất gần kho DDT vƣợt 123,4 lần

8. Hải Dƣơng 01


đất nhƣ: Lindan vƣợt 3,2 đến 4,4 lần; Nồng độ

DDT vƣợt 1,3 lần.

9. Nam Định 02 Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong các mẫu

đất nhƣ: Lindan vƣợt từ 16,4 đến 45,3 lần; DDT



TT Tỉnh

Số điểm

còn tồn

dƣ

Đặc điểm, nồng độ các HCBVTV vƣợt quá so

với QCVN 04/2008/BTNMT

vƣợt từ 440,4 đến 536,3 lần.

10. Quảng Ninh 03 Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong các mẫu đất

nhƣ: DDT vƣợt 1,6 đến 10,5 lần; Lindan vƣợt 3 lần.

11. Thanh Hóa 07


đất nhƣ: Lindan ở độ sâu 1,5 m vƣợt từ 305,1 đến

8626,5 lần; DDT 3,3-3,6 mg/kg.

12. Nghệ An 189

Nồng độ DDT trong các mẫu đất cao hơn rất nhiều

so với QCVN 04/2008, dao động 1,4 đến 82.183

lần, thấp nhất tại nền kho xóm Hoà Đồng, thị trấn

Hòa Bình, huyện Tƣơng Dƣơng và cao nhất tại

điểm chôn hóa chất BVTV tại thôn Trung Yên, xã

Yên Khê, huyện Con Cuông

13. Hà Tĩnh 8 Nồng độ DDT trong các mẫu đất cao hơn rất nhiều

so với QCVN 04/2008, vƣợt từ 5 đến 4200 lần.

14. Quảng Bình 7


đất so với QCVN dieldril vƣợt từ 62,8 đến 532 lần;

Eldril từ 6,4 đến 794,8 lần, DDT vƣợt 22,5 lần.

15. Quảng Trị 7


đất so với QCVN Nồng độ Eldril vƣợt 132 lần;

Nồng độ dieldril vƣợt từ 7 đến 11 lần, DDT vƣợt

từ 35,8 đến 1.050 lần, Lindan vƣợt 9,2 lần. Nồng

độ endosulfan dao động từ 1,8-2 mg/kg

Nguồn: phụ lục I về danh mục điểm tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi

trường môi trường nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng ban hành kèm theo Quyết

định số 1946 /QĐ-TTg ngày 21 tháng 10 năm 2010 của Thủ tướng Chính phủ

Ngoài ra cũng theo quyết định trên thì trên toàn quốc còn 95 điểm tồn dƣ hóa

chất bảo vệ thực vật cần xử lý triệt để đến năm 2020.

1.4. Hiện trạng kho chứa hoá chất bảo vệ thực vật ở thôn Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ,

huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh

1.4.1. Vị trí địa lý



Khu vực nghiên cứu thuộc thôn Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh

Bắc Ninh, ở chân một quả đồi, vị trí tiếp giáp nhƣ sau:

- Phía Bắc giáp xã Nam Sơn; - Phía Đông giáp xã Yên Giả;

- Phía Tây giáp đƣờng 38; - Phía Nam giáp xã Tân Chi.

Hình 5. Bản đồ khu vực nghiên cứu, kho Hương Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du,

tỉnh Bắc Ninh

1.4.2. Hiện trạng kho chứa hoá chất bảo vệ thực vật ở thôn Hương Vân

Kho Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh là kho lộ thiên với

diện tích khoảng 2.100 m2

ở chân một quả đồi, trong thời gian chiến tranh đã đƣợc sử

dụng để chứa thuốc BVTV và hiện nay đã bị bỏ hoang và không còn hóa chất BVTV

tồn lƣu. Tuy nhiên, theo kết quả khảo sát thực địa cho thấy khu vực này có dấu hiệu ô



nhiễm đất, nƣớc ngầm rất nặng. Nƣớc ngầm ở độ sâu 10m có mùi hóa chất BVTV

nồng nặc (không thể sử dụng đƣợc). Phía Tây Nam của khu vực kho giáp với khu dân

cƣ tập trung của thôn Hƣơng Vân, 3 phía còn lại giáp với khu mồ mả và lác đác một

vài hộ dân của thôn. Xã Lạc Vệ cách trung tâm thành phố Bắc Ninh khoảng 7 km về

phía Tây Nam, với diện tích 1.061,45 ha, dân số 11.508 ngƣời. Những năm gần đây

chất lƣợng nguồn nƣớc suy giảm nghiêm trọng, một số gia đình khoan giếng có mùi

thuốc sâu, cá trong ao có nƣớc chảy từ phía kho hóa chất BVTV xuống chết hàng loạt,

trong thôn số lƣợng ngƣời bị ung thƣ ngày càng tăng. Khu vực này là vùng đồi núi vốn

khan hiếm về nguồn nƣớc nên vấn đề cấp nƣớc sinh hoạt và nƣớc phục vụ cho nông

nghiệp gặp nhiều khó khăn. Các trƣờng hợp ung thƣ tại xã Lạc Vệ chủ yếu là ung thƣ

thông qua hệ hô hấp và tiêu hoá.

Bảng 4. Số ngƣời tử vong do ung thƣ tại thôn Hƣơng Vân và xã Lạc Vệ

STT Năm

Số

ngƣời

tử

vong

Tử vong do ung thƣ

Ung thư

qua hệ

hô hấp

Ung thư

qua hệ

tiêu hóa

Các

ung thư

khác

Tổng

cộng

cả xã

Thôn

Hương

Vân

Chiếm tỷ

lệ % so

với cả xã

1 2005 50 4 5 0 9 2 22,0

2 2006 43 4 4 3 11 2 18,2

3 2007 42 3 2 0 5 4 80,0

4 2008 52 9 7 3 19 6 31,6

5 2009 66 8 11 2 21 7 33,3

Tổng 253 28 29 8 65 21 32,3

Nguồn: Trạm y tế xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du

1.5. Các phƣơng pháp xử lý thuốc BVTV

1.5.1. Phương pháp hoá học

1.5.1.1. Phương pháp ôxy hoá (ở nhiệt độ thấp) [34]

Khi đƣa chất ôxy hoá vào sẽ phá vỡ cấu trúc phân tử của thuốc BVTV tạo sản

phẩm không độc hoặc ít độc. Đối với một số loại thuốc BVTV sự thuỷ phân không

đem lại kết quả mong muốn, để làm giảm độc tính của các loại thuốc này cần sử dụng



một số chất ôxy hoá mạnh. Các chất ôxy hoá thƣờng dùng là khí Clo (Cl2), kali

pemaganat (KMnO4), ozon (O3), hydro peoxit (H2O2), hypoclorit natri hay canxi (NaOCl),

(Ca(OCl)2. Với các loại thuốc BVTV dạng dung dịch nƣớc (monitor, dipterex, valydamycin,...)

thƣờng dùng là các chất ôxy hoá nhƣ: canxihypoclorit, natrihypoclorit, kalipermanganat và

hydropeoxit… Các thuốc loại dung môi không nƣớc (dạng nhũ dầu nhƣ wofatox, Bi-58,

butaclo…) thì các chất ôxy hoá thƣờng sử dụng là: hexacclomelamin, dicloramin,…

1.5.1.2. Phương pháp thuỷ phân [34]

Mục đích của quá trình thuỷ phân là nhằm tạo điều kiện cho sự phá vỡ một số

liên kết nhất định, chuyển hoá chất có độc tính cao thành chất có độc tính thấp hơn

hoặc không độc. Thay đổi cân bằng ion của nƣớc khi thêm vào nƣớc chất có tính axit

thì nồng độ H+ trong nƣớc tăng, ngƣợc lại khi thêm vào nƣớc chất có tính bazơ thì

nồng độ OH- trong nƣớc tăng. Chính các ion H

+ và OH

- là tác nhân tấn công vào các liên

kết của các phân tử hoá chất, thuốc BVTV làm chúng chuyển hoá thành chất khác không độc

hoặc ít độc. Thông thƣờng, đối với các loại thuốc BVTV dạng dung dịch nƣớc, trƣớc

khi thiêu huỷ đƣợc cần làm thuỷ phân để giảm độc tính, nhờ quá trình thuỷ phân các

hoạt chất bị biến đổi tính chất và có thể dẫn đến thay đổi trạng thái vật lý, chuyển thành

trạng thái rắn nhờ kết hợp với lƣợng nhỏ các chất phụ gia có trên bề mặt phát triển và

chất xúc tác tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ tiếp theo.

1.5.1.3. Phương pháp chiết [34]

Chiết bằng dung môi: Chiết bằng dung môi là phƣơng pháp cổ điển, thƣờng sử

dụng trong công nghệ hoá học để tách và tinh chế các chất. Kỹ thuật chiết sử dụng tính

tan tƣơng hỗ của một chất trong hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau. Lợi dụng khả

năng hoà tan tốt của nhiều hoá chất, thuốc BVTV trong các dung môi hữu cơ, trong khi

các dung môi này không hoà tan trong nƣớc, có thể tinh chế cho các quá trình xử lý

tiếp theo. Nhƣợc điểm cơ bản của kỹ thuật này là việc sử dụng dung môi để tách chiết



lại có thể gây ô nhiễm môi trƣờng do chính dung môi sử dụng, đòi hỏi những thiết bị

sử dụng cồng kềnh, chi phí đầu tƣ ban đầu lớn.

Chiết bằng màng lỏng: Kỹ thuật chiết màng lỏng khác với kỹ thuật chiết cổ

điển nêu trên ở chỗ kỹ thuật chiết màng lỏng sử dụng một hệ nhũ tƣơng trong nƣớc

trong dầu để phân tách. Nhờ bề mặt lớn của màng ở dạng phân tán huyền phù đã tạo

điều kiện thu gom rất tốt các chất trong pha nƣớc. Hơn nữa việc chiết và tách trong quá

trình sử dụng kỹ thuật chiết màng lỏng xảy ra đồng thời và nhanh hơn so với phƣơng

pháp chiết cổ điển.

1.5.2. Phương pháp vật lý

1.5.2.1. Phương pháp phân huỷ bằng tia cực tím [34]

Do có năng lƣợng lớn tia cực tím có khả năng làm gãy mạch vòng hoặc làm gãy

các mối liên kết giữa clo với cacbon, hoặc các nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử

của các hợp chất hữu cơ với cacbon và sau đó thay thế nhóm đó bằng nhóm phenyl

hoặc nhóm hydroxyl để làm mất hoặc giảm độc tính của hợp chất đó.

1.5.2.2. Phương pháp phân huỷ bằng hồ quang Plasma [34]

Phƣơng pháp tiến hành trong các thiết bị cấu tạo đặc biệt, các liên kết hoá học

của hợp chất hữu cơ bị bẻ gãy ở nhiệt độ cao tạo lên Plasma khí ion hoá, sau đó dẫn

đến sự tạo thành SO2, CO2, H2O, HPO3, Cl2 và Br2,...Sản phẩm phân huỷ tạo ra phụ

thuộc vào bản chất của các hợp chất thuốc BVTV.

1.5.2.3. Phương pháp ôxy hoá bằng khí ướt [34]

Phƣơng pháp này dựa trên cơ chế ôxy hoá bằng hỗn hợp không khí và hơi nƣớc

ở nhiệt độ cao 200 - 3500C và áp suất 70 - 140 atm. Nhiệt thải do sự hoá hơi sẽ vừa đủ

để phản ứng xảy ra và áp suất cao đƣợc tạo ra sẽ ngăn ngừa hiện tƣợng hoá hơi mạnh.

Lƣợng nhiên liệu đƣợc cấp vào để khơi mào phản ứng ôxy hoá sẽ tuỳ thuộc vào bản

chất của chất thải cần xử lý, và quá trình sau đó có thể tự duy trì. Một phần nhiệt sinh



ra trong phản ứng phát ra nhiều nhiệt có thể tận dụng để thiết bị tiếp tục hoạt động hoặc

để chạy máy phát điện.

1.5.2.4. Phương pháp điện hoá [17]

Phƣơng pháp dựa trên khả năng ôxy hoá trực tiếp hoặc gián tiếp bởi các tác

nhân ôxy hoá mới sinh dƣới tác dụng của dòng điện để phân huỷ các thuốc BVTV về

dạng không độc hoặc ít độc hơn. Công nghệ ôxy hoá có thể thực hiện các quá trình ôxy

hoá trên anôt cũng nhƣ quá trình khử trên catôt riêng biệt hoặc phối hợp đồng thời tỏ ra

có nhiều ƣu thế về kỹ thuật cũng nhƣ khả năng và hiệu quả công nghệ. Với sự có mặt

của các chất xúc tác, điều kiện pH, nhiệt độ … và nhờ khả năng thay đổi đƣợc hiệu

điện thế trên điện cực có thể tạo ra đƣợc các thế ôxy hoá - khử rất khác biệt của các

chất trên các điện cực, do vậy phƣơng pháp dễ điều khiển, có tính chọn lọc cao, có khả

năng xử lý đƣợc ngay cả những chất khó có thể xử lý bằng các phƣơng pháp khác.

1.5.2.5. Phương pháp phân huỷ nhiệt [2]

Phƣơng pháp phân huỷ bởi nhiệt bao gồm: sự phân huỷ các chất bởi quá trình

đốt cháy (thiêu đốt) và sự phân huỷ các chất bởi nhiệt độ cao, áp suất lớn còn đƣợc gọi

là phản ứng nhiệt phân, phƣơng pháp nhiệt phân yêu cầu kỹ thuật cao và chi phí rất tốn

kém. Phƣơng pháp thiêu đốt đƣợc sử dụng để xử lý các hoá chất, thuốc BVTV thành

các chất vô cơ không độc hại nhƣ: CO2, H2O và Cl… Bản chất của phƣơng pháp là ôxy

hoá hoá chất, thuốc BVTV bằng ôxy không khí ở nhiệt độ cao. Phƣơng pháp này có

ƣu điểm là xử lý đƣợc triệt để các hoá chất, thuốc BVTV còn tồn lƣu trong bao bì.

1.5.3. Phương pháp cô lập [8]

Phƣơng pháp cô lập (chôn lấp) an toàn sử dụng vi sinh để phân huỷ trong thời gian

dài. Các bãi chôn lấp an toàn phải đƣợc thiết kế vận hành một cách thích hợp, đúng quy

định. Trong đó, đáy bãi là lớp sét hoặc vật liệu nhân tạo không thẩm thấu nƣớc. Nền đáy bãi

chôn lấp đƣợc phủ thêm lớp vật liệu không thấm nƣớc và dốc để thoát nƣớc và tránh nƣớc

đọng. Việc chôn lấp có thể đắp nổi hoặc chôn sâu dƣới đất. Khi lập phƣơng án lựa chọn vị



trí xử lý hoặc chôn lấp hoá chất, thuốc BVTV tồn đọng cần phải căn cứ vào quy hoạch

tổng thể của từng vùng, tỉnh hoặc thành phố và phải đảm bảo đƣợc sự phát triển bền

vững [8].

1.5.4. Phương pháp xử lý thuốc bảo vệ thực vật bằng Fe0 nano

Các phƣơng pháp mà trên thế giới và trong nƣớc đã sử dụng đƣợc trình bày trên

đây chỉ thích hợp với xử lý thuốc bảo vệ thực vật đã đƣợc thu gom hoặc tồn đọng tại

các kho chứa. Đối với trƣờng hợp đất nhiễm thuốc BVTV lại cần một phƣơng pháp và

công nghệ phù hợp hơn, trong đó công nghệ sử dụng Fe0 nano nhằm xử lý thuốc

BVTV trong đất nói chung và DDT trong đất nói riêng đƣợc xét đến. Đặc tính bề mặt

của Fe0 nano rất quan trọng tới cơ chế phản ứng, tính năng động lực học và sản phẩm

trung gian. Quá trình vận chuyển, phân phối và trạng thái của các hạt nano trong môi

trƣờng cũng phụ thuộc vào những đặc tính bề mặt này. Về cơ bản, Fe0 nano có những

tính năng hoạt hoá đặc biệt và tính năng bề mặt của chúng thay đổi một cách nhanh

chóng bởi thời gian, dung dịch hoá chất và điều kiện môi trƣờng. Thí nghiệm về tỉ lệ

diện tích đỉnh của Fe/OH- và OH

-/O

2- chỉ ra rằng màng ôxit đƣợc hình thành chính từ

sắt hydroxit và sắt oxyhyđroxit [45]. Kết quả của quá trình ôxy hoá sắt, Fe2+

đƣợc hình

thành đầu tiên trên bề mặt theo phản ứng dƣới đây:

2Fe0 + O2 + 2H2O 2Fe

2+ + 4OH

-

Fe0 + 2H2O Fe

2+ + H2 + 2OH

-

Fe2+

cũng có thể bị ôxy hoá thành Fe3+

:

4Fe2+

+ 4H+ +O2 4Fe

3+ + H2O

Fe3+

phản ứng với OH- hoặc H2O và tạo thành hydroxit hoặc oxyhydroxit:

Fe3+

+ 3OH- Fe(OH)3

Fe3+

+ 2H2O FeOOH + 3H+

Fe(OH)3 cũng có thể bị đehydrat tạo thành dạng FeOOH:



Fe(OH)3 + 3H+ FeOOH + H2O

Hình 6. Mô hình cấu tạo hạt Fe0 nano và các phản ứng khử xảy ra trên bề mặt của

hạt Fe0 nano [45]

Ở môi trƣờng axit, Fe0 đóng vai trò là chất khử, cho electron.

Fe0 Fe

2+ + 2e

- (1)

RCl + H+ + 2e

- RH + Cl

- (2)

Tổng hợp của hai phản ứng 1 và 2 là:

RCl + Fe0 + H

+

RH + Fe

2+ + Cl

- (3)

Các cation kim loại ví dụ nhƣ Fe0 nano có khả năng đóng vai trò nhƣ là chất cho

electron (chất khử), Fe2+

/Fe0 có mức thế khử chuẩn (E

0) là - 0,44V, thấp hơn so với

nhiều kim loại nhƣ Pb, Cd, Ni và Cr đồng thời cũng nhƣ nhiều hợp chất clo

hydrocacbon. Những hợp chất này có thể tham gia phản ứng khử với Fe0 nano [45].

RH

RCl

Phản ứng khử

Sự hút thu

Men+

Me(n-m)+

(n≥m)

Men+

Fe0

FeOOH



CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng Fe0 nano xử lý DDT tồn lƣu trong đất ở kho chứa hoá

chất bảo vệ thực vật tại thôn Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh.

Các đối tƣợng cụ thể nhƣ sau:

- Vật liệu Fe0 nano đƣợc điều chế tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Thổ nhƣỡng

& Môi trƣờng đất, Khoa môi trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên.

- Các mẫu nƣớc đƣợc gây nhiễm DDT nhân tạo để thử nghiệm khả năng xử lý

của Fe0 nano

- Các mẫu đất đƣợc gây nhiễm DDT nhân tạo để thử nghiệm các yếu tố ảnh

hƣởng đến hiệu quả xử lý DDT trong đất.

- Các mẫu đất tại nền kho thôn Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc

Ninh và các khu vực xung quanh

2.2. Nội dung nghiên cứu

2.2.1. Xác định một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu

- Xác định pH trong mẫu đất nghiên cứu;

- Xác định hàm lƣợng chất hữu cơ trong mẫu đất nghiên cứu;

- Xác định thành phần cơ giới trong mẫu đất nghiên cứu;

- Xác định dung tích trao đổi cation (CEC) trong mẫu đất nghiên cứu;

- Xác định hàm lƣợng NO3- trong mẫu đất nghiên cứu;

- Xác định hàm lƣợng phốt pho tổng số và dễ tiêu trong mẫu đất nghiên cứu;

- Xác định hàm lƣợng Fe2+

;

- Xác định hàm lƣợng Cl-;

- Xác định hàm lƣợng sắt ôxit (Fe2O3), nhôm ôxit (Al2O3) trong mẫu đất nghiên cứu.



2.2.2. Xác định dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật trong mẫu đất nghiên cứu

2.2.3. Điều chế vật liệu Fe0 nano

Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến kích thƣớc hạt Fe0 nano trong quá

trình điều chế.

2.2.4. Khảo sát khả năng xử lý của Fe0 nano với nước bị gây nhiễm DDT nhân tạo

- Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu quả xử lý DDT trong nƣớc

- Khảo sát ảnh hƣởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý DDT trong nƣớc

2.2.5. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới khả năng xử lý DDT trong đất bởi Fe0 nano

- Ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu quả xử lý;

- Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe0 nano tới hiệu quả xử lý DDT trong đất;

- Ảnh hƣởng của pH đất tới hiệu quả xử lý;

- Ảnh hƣởng của hàm lƣợng axit humic tới hiệu quả xử lý.

2.2.6. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm ngoài thực địa

- Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm bằng phƣơng pháp chuyển vị (ex-situ)

- Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm bằng phƣơng pháp tại chỗ (in-situ)

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp xác định một số tính chất cơ bản của đất nghiên cứu [6]

- pH: Xác định bằng máy pH metter, dịch chiết bằng KCl 1N

- Hàm lƣợng chất hữu cơ: Xác định bằng phƣơng pháp Walkley-Black

- Thành phần cơ giới: Phân tích thành phần cơ giới 3 cấp hạt (cát, limôn, sét)

bằng phƣơng pháp pipet Robinson có dung tích 25ml.

- CEC (Cation Exchange Capacity): Xác định theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN

4620:1988, Chất lƣợng đất - Xác định dung tích trao đổi cation trong đất.

- NO3-: Xác định theo phƣơng pháp so màu với thuốc thử axit đisunphophenic.



- Phốt pho tổng số (P2O5 ts): Xác định theo phƣơng pháp so màu xanh molipđen

(công phá mẫu bằng dung dịch H2SO4 đậm đặc và HClO4 đặc).

- Phốt pho dễ tiêu (P2O5 dt): Xác định theo phƣơng pháp oniani (Sử dụng H2SO4

0,1N làm chất chiết rút phốt pho dễ tiêu, sau đó dùng phƣơng pháp so màu xanh

molipđen để định lƣợng phốt pho).

- Sắt (Fe2+

): Xác định bằng phƣơng pháp so màu với thuốc thử o-phenanthrolin.

- Clo (Cl-): Xác định theo phƣơng pháp chuẩn độ Morh

- Sắt ôxit (Fe2O3), nhôm ôxit (Al2O3): Phá mẫu bằng phƣơng pháp nung chảy và

xác định bằng phƣơng pháp chuẩn độ complexon.

2.3.2. Phương pháp xác định dự lượng HCBVTV trong đất

Tất cả các mẫu đất phân tích hàm lƣợng DDT đều đƣợc phân tích theo TCVN

6124:1996 [12] bằng phƣơng pháp sắc ký khí trên máy Gas Chromatography – GC

2010, Detector ECD, tại Phòng thí nghiệm Phân tích môi trƣờng, Khoa Môi trƣờng,

trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên.

Hình 7. Máy sắc ký khí GC 2010

2.3.3. Xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến điều chế vật liệu Fe0 nano

2.3.3.1. Xác định ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến kết quả chế tạo Fe0 nano



Bố trí hai thí nghiệm chế tạo Fe0 nano ở cùng các điều kiện nhƣ nhau, trong đó

thí nghiệm 1 không sử dụng chất phân tán PAA và thí nghiệm 2 có sử dụng chất phân

tán PAA với nồng độ 0,01%. Kết quả chụp ảnh SEM và TEM để so sánh.

2.3.3.2. Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH4 và FeSO4 đến kết quả chế tạo Fe0 nano


thí nghiệm 1 sử dụng tỷ lệ về khối lƣợng NaBH4/FeSO4.7H2O là 1/10 theo Choi, Hee-

chul, thí nghiệm 2 sử dụng tỷ lệ về khối lƣợng NaBH4/FeSO4.7H2O là 1/2. Kết quả

đƣợc so sánh với các nghiên cứu đã công bố.

2.3.3.3. Xác định ảnh hưởng của việc sử dụng cồn để pha muối sắt đến kết quả chế tạo

Fe0 nano


thí nghiệm 1 sử dụng dung dịch cồn 30% để hòa tan muối sắt, thí nghiệm 2 muối sắt

đƣợc hòa tan trong nƣớc sau đó bổ sung cồn để đạt nồng độ cồn là 30%. So sánh các

kết quả thu đƣợc và lựa chọn giải pháp tốt nhất.

2.3.3.4. Nghiên cứu các phương pháp bảo quản Fe0 nano

Theo các phƣơng pháp trƣớc đây thì vật liệu Fe0 nano sau khi đƣợc chế tạo đều

phải bảo quản trong môi trƣờng chân không hoặc trong môi trƣờng khí trơ, rất khó

khăn và tốn kém trong khâu bảo quản. Nghiên cứu này chế tạo Fe0 nano và thử nghiệm

bảo quản trong bình hút ẩm, kết quả đƣợc chụp ảnh SEM, TEM và so sánh với các kết

quả nghiên cứu đã đƣợc công bố.

2.3.4. Phương pháp nghiên cứu một số đặc điểm của vật liệu Fe0 nano

Sau khi lựa chọn đƣợc các điều kiện tốt nhất để điều chế vật liệu Fe0 nano, sản

phẩm tạo thành đƣợc kiểm tra đặc tính thông qua phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD),

chụp ảnh Scaning electron microscopy (SEM), ảnh Transmission electron microscopy

(TEM) và phân tích diện tích bề mặt riêng theo phƣơng pháp Brunauer Emmett Teillor

(BET) trên máy BET Micrometrics Gemini VII.



2.2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (Xray diffracsion: XRD)

Nhiễu xạ tia X là hiện tƣợng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của

chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu

xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thƣờng viết gọn là nhiễu xạ tia X) đƣợc sử dụng để phân

tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống

với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về

tƣơng tác giữa tia X với nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên tử.

Xét một chùm tia X có bƣớc sóng λ chiếu tới một tinh thể chất rắn dƣới góc

tới θ. Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng

đều đặn d, đóng vai trò giống nhƣ các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tƣợng nhiễu xạ

của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phƣơng phản xạ (bằng góc tới)

thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:

ΔL = 2.d.sinθ

Nhƣ vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

ΔL = 2.d.sinθ = n.λ

Ở đây, n là số nguyên, nhận các giá trị 1, 2,...

Đây là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.

Hình 8. Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tia_X

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%85u_x%E1%BA%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/C%E1%BA%A5u_tr%C3%BAc_tinh_th%E1%BB%83

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_r%E1%BA%AFn





http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%E1%BA%A5u_tr%C3%BAc&action=edit&redlink=1


http://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%85u_x%E1%BA%A1_%C4%91i%E1%BB%87n_t%E1%BB%AD

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nguy%C3%AAn_t%E1%BB%AD

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_t%E1%BB%AD

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nguy%C3%AAn_t%E1%BB%AD

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tia_X

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tinh_th%E1%BB%83


http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1ch_t%E1%BB%AD_nhi%E1%BB%85u_x%E1%BA%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/T%C3%A1n_x%E1%BA%A1






Hình 9. Máy đo nhiễu xạ tia X

2.3.4.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thƣờng

viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao

của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét

trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và

phân tích các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Độ

phân giải của SEM đƣợc xác định từ kích thƣớc chùm điện tử hội tụ, mà kích thƣớc

của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt

đƣợc độ phân giải tốt nhƣ TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào

tƣơng tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tƣơng tác với bề mặt

mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích đƣợc

thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này. Chụp ảnh SEM có thể cho ta biết

cấu trúc bề mặt vật liệu.

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ti%E1%BA%BFng_Anh

http://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi




Hình 10. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét

Hình 11. Máy kính hiển vi điện tử quét



2.3.4.3. Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy,

viết tắt: TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có

năng lƣợng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo

ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh

quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Xét trên

nguyên lý, ảnh của TEM vẫn đƣợc tạo theo các cơ chế quang học, nhƣng tính chất ảnh

tùy thuộc vào từng chế độ ghi ảnh. Điểm khác cơ bản của ảnh TEM so với ảnh quang

học là độ tƣơng phản khác so với ảnh trong kính hiển vi quang học và các loại kính hiển

vi khác. Nếu nhƣ ảnh trong kính hiển vi quang học có độ tƣơng phản chủ yếu đem lại do

hiệu ứng hấp thụ ánh sáng thì độ tƣơng phản của ảnh TEM lại chủ yếu xuất phát từ khả

năng tán xạ điện tử. Chụp ảnh TEM có thể cho ta biết kích thƣớc các hạt ở kích cỡ nano.

Hình 12. Kính hiển vi điện tử truyền qua

a) Sơ đồ nguyên lý; b) Ảnh máy kính hiển vi điện tử truyền qua

a) b)

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ti%E1%BA%BFng_Anh


http://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BA%A5u_k%C3%ADnh_t%E1%BB%AB

http://vi.wikipedia.org/wiki/Quang_h%E1%BB%8Dc

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=%C4%90%E1%BB%99_t%C6%B0%C6%A1ng_ph%E1%BA%A3n&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_quang_h%E1%BB%8Dc

http://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_quang_h%E1%BB%8Dc

http://vi.wikipedia.org/wiki/T%C3%A1n_x%E1%BA%A1



2.3.4.4. Phương pháp phân tích diện tích bề mặt riêng theo BET

Diện tích bề mặt riêng có nhiều ý nghĩa khác nhau đối với chất rắn xốp hay

không xốp. Đối với chất rắn không xốp thì diện tích bề mặt riêng là bề mặt ngoài, còn

đối với chất rắn xốp thì diện tích bề mặt riêng là tổng diện tích bề mặt ngoài và bề mặt

bên trong, Diện tích bề mặt bên trong là tổng diện tích của nhiều lỗ xốp và nó lớn hơn

nhiều so với bề mặt bên ngoài. Phƣơng pháp BET sử dụng hấp phụ, giải hấp phụ vật lý

khí nitơ ở nhiệt độ 770K. Bề mặt riêng xác định theo phƣơng pháp BET là tích số của số

phân tử bị hấp phụ với tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặt chất rắn.

Hình 13. Máy phân tích diện tích bề mặt riêng theo BET

2.3.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý của Fe0

nano với nước bị

gây nhiễm DDT nhân tạo

Với mục đích xác định cơ chế phản ứng khử của Fe0

nano đối với DDT, nghiên

cứu đã bố trí thí nghiệm cho Fe0 nano tác dụng trực tiếp với DDT đƣợc gây nhiễm nhân

tạo trong nƣớc cất (không bị tác động bởi các yếu tố khác). Sau các thời gian xử lý



khác nhau tiến hành phân tích lƣợng DDT còn lại để xác định khả năng xử lý bởi Fe0

nano.

2.3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý

Pha DDT vào dung dịch ethanol:nƣớc với tỷ lệ 1:10, dùng dung dịch đệm

CH3COONH4 điều chỉnh dung dịch về pH = 3, sau đó hòa tan và định mức để đƣợc

dung dịch có nồng độ DDT là 35 mg/l. Lấy 8 bình tam giác 100 ml chia đều thành 2

nhóm và hút vào mỗi bình 15ml dung dịch trên. Cân chính xác 0,01g Fe0

nano cho vào

4 bình tam giác nhóm 1. Các bình tam giác còn lại không cho Fe0 nano để làm đối

chứng. Sau thời gian 3h, 10h, 17h, 24h dung dịch đƣợc đem đi phân tích lƣợng DDT

còn lại (cả mẫu có Fe0 nano và mẫu đối chứng) bằng phƣơng pháp phân tích sắc ký khí.

2.3.5.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý

Pha DDT vào dung dịch ethanol:nƣớc với tỷ lệ 1:10, dùng các dung dịch đệm

CH3COONH4 có pH = 3, 5 và 7 để điều chỉnh dung trên về pH = 3; 5 và 7 sau đó hòa

tan và định mức để đƣợc các dung dịch có nồng độ DDT là 35 mg/l. Lấy 6 bình tam

giác 100 chia đều thành 2 nhóm và hút vào mỗi bình 15ml dung dịch trên. Cân chính

xác 0,01g Fe0

nano (tƣơng ứng với tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 19/1) cho vào 3 bình tam

giác nhóm 1. Các bình tam giác còn lại không cho Fe0 nano để làm đối chứng. Sau thời

gian 17h các dung dịch đƣợc đem đi phân tích lƣợng DDT còn lại (cả mẫu có Fe0 nano

và mẫu đối chứng) bằng phƣơng pháp phân tích sắc ký khí.

2.3.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm để xác định một số yếu tố ảnh hưởng tới khả năng

xử lý DDT trong đất

- Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu quả xử lý

Cố định hàm lƣợng Fe0 nano trong mẫu xử lý, thử nghiệm hiệu quả xử lý của

Fe0 nano theo thời gian: 5 ngày, 10 ngày, 15 ngày, 20 ngày. Mẫu đất sau khi xử lý

đƣợc phân tích xác định hàm lƣợng DDT bằng phƣơng pháp phân tích sắc ký khí.

- Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe0 nano tới hiệu quả xử lý



Hàm lƣợng Fe0 nano đƣợc đƣa vào mẫu nghiên cứu sao cho tỷ lệ của Fe

0

nano/DDT là 0 (đối chứng, không bổ sung Fe0 nano); 2; 4, 8 và 12 lần. Căn cứ vào kết

quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian (thí nghiệm 1) để lựa chọn thời điểm lấy mẫu và

phân tích lại hàm lƣợng DDT còn lại bằng phƣơng pháp sắc ký khí.

- Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của của pH đất tới hiệu quả xử lý.

Các mẫu nghiên cứu đƣợc thay đổi pH đất tại các giá trị 3, 5 và 7. Đất sau khi

thay đổi giá trị pH đƣợc để trong điều kiện tự nhiên trong 7 ngày. Sau đó căn cứ vào

kết quả khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe0 nano (thí nghiệm 2) để lựa chọn hàm

lƣợng Fe0 nano cần thiết đƣa vào đất. Căn cứ và kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời

gian (thí nghiệm 1) để lựa chọn thời điểm lấy mẫu và phân tích lại hàm lƣợng DDT còn

lại bằng phƣơng pháp sắc ký khí.

- Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng của axit humic trong đất tới quá trình xử lý

Đất nghiên cứu đƣợc thay đổi hàm lƣợng axit humic bằng cách bổ sung thêm

axit humic với lƣợng 50; 100; 200 và 400 % lƣợng axit humic ban đầu. Sau đó căn cứ

vào kết quả khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe0 nano (thí nghiệm 3) để lựa chọn

hàm lƣợng Fe0 nano cần thiết đƣa vào đất. Căn cứ và kết quả khảo sát ảnh hƣởng của

thời gian (thí nghiệm 1) để lựa chọn thời điểm lấy mẫu và phân tích lại hàm lƣợng

DDT còn lại bằng phƣơng pháp sắc ký khí.

2.3.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm ngoài thực địa

- Bố trí thí nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phƣơng pháp chuyển vị (ex-situ)

Tại nền kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật thuộc thôn Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ,

huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh, nghiên cứu sẽ bố trí đào một hố thí nghiệm với kích

thƣớc 2 x 1 x 1 m (chiệu dài, rộng và sâu). Đất đào lên đƣợc trộn đều với dung dịch chứa

Fe0 nano đã đƣợc chuẩn bị sẵn. Sau đó đƣợc đƣa trả lại hố thí nghiệm vừa đào đã đƣợc

bố trí bởi các lớp nilông để chống thấm. Đất sau khi bố trí thí nghiệm thì cứ sau 15 ngày

lấy mẫu về phòng thí nghiệm để xác định lại hàm lƣợng DDT còn lại trong đất.



- Bố trí thí nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phƣơng pháp tại chỗ (in-situ)

Tại nền kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật thuộc thôn Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ,

huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh, đề tài sẽ bố trí một ô đất thí nghiệm với kích thƣớc 2 x

2 x 1 m (chiều dài, rộng và sâu). Dùng khoan đất để khoan các lỗ có đƣờng kính

khoảng 30 cm tới các độ sâu 1 m. Các lỗ khoan đƣợc bố trí xen kẽ nhau và cách nhau

một khoảng 30 cm (xem Hình 14 và 15). Sử dụng các ống nhựa tiền phong cứng có

đƣờng kính 27 mm, đƣợc khoan thủng bởi các lỗ nhỏ ở thành ống và đáy ống đƣợc bịt

kín. Đƣa các ống nhựa này vào các lỗ đã khoan sẵn. Đổ dung dịch chứa sắt nano đã

đƣợc chuẩn bị sẵn vào các ống nhựa để cho dung dịch chứa sắt nano có thể thấm dần

vào trong đất ô nhiễm. Đất sau khi đƣợc bố trí thí nghiệm thì cứ sau 15 ngày lấy mẫu

về phòng thí nghiệm để xác định lại hàm lƣợng DDT còn lại trong đất. Mẫu đƣợc lấy

tại hai tầng 0-50 cm và 50 – 100 cm.

Hình 14. Mặt cắt ngang ô bố trí thí nghiệm Hình 15. Mặt cắt dọc ô bố trí thí nghiệm



CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu

Xử lý ô nhiễm DDT trong đất bằng Fe0 nano chịu ảnh hƣởng rất nhiều của tính

chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu. Vì vậy, nghiên cứu đã phân tích một số tính chất

cơ bản của đất theo các phƣơng pháp đã trình bày trong mục 2.3.1. Kết quả nghiên cứu

đƣợc thể hiện ở Bảng 5

Bảng 5. Kết quả phân tích một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu

3.1.1. pH

Độ chua của đất hay pH đất là một yếu tố quan trọng nó không những là môi

trƣờng sống của cây mà nó còn ảnh hƣởng đến nhiều tính chất khác của đất nhƣ tính dễ

tiêu của các chất dinh dƣỡng, phản ứng hóa học của đất. Đất Việt Nam thuộc nhóm đất

nhiệt đới vì vậy đất thƣờng bị chua, nồng độ ion H+, Al

3+ trong dung dịch đất hoặc

trong các phức hệ đất thƣờng cao.

Mẫu đất nghiên cứu có giá trị pH = 3,46, ở mức rất chua so với thang đánh giá.

Nồng độ H+

trong đất cao ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả xử lý DDT trong đất, do Fe0

TT Thông số phân tích (đơn vị ) Đất thôn Hƣơng Vân

1 pHKCl 3,46

2 Chất hữu cơ (%) 1,79

Cát (%) 71,32

3 Thành phần cơ giới Limon (%) 10,41

Sét (%) 18,27

4 CEC (mgđl/100g đất) 6,28

5 Axit humic (%) 0,080

6 NO3- (mg/100g) 3,372

7 P2O5 TS (%) 0,057

8 P2O5 dt (mg/100g) 0,243

9 Fe2+

(mg/100g) 0,95

10 Al2O3 (%) 1,95

11 Fe2O3 (%) 1,68



nano bị tiêu tốn một lƣợng đáng kể để khử các cation linh động trong đất nhƣ Pb2+

,

As3+

, Ni... (thƣờng tồn tại rất cao khi đất chua). Tuy nhiên nó cũng là một điều kiện

thuận lợi cho quá trình xử lý DDT trong đất do nó là xúc tác cho phản ứng khử DDT

bằng Fe0 nano theo phƣơng trình phản ứng sau:

RCl + Fe0 + H

+ RH + Fe

2+ + Cl

-

3.1.2. Chất hữu cơ

Chất hữu cơ trong đất hình thành từ các hoạt động phân hủy các tàn tích hữu cơ

của vi sinh vật trong đất. Chúng là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ

phì đất, chất hữu cơ đƣợc ví nhƣ kho chứa dinh dƣỡng của đất. Trong đất chất hữu cơ

thƣờng chiếm từ 1- 5%, ở đất vùng nhiệt đới hàm lƣợng chất hữu cơ thƣờng thấp hơn

nhiều so với vùng ôn đới. Chất hữu cơ ảnh hƣởng lớn đến nhiều tính chất khác của đất.

Chất hữu cơ là nguồn dự trữ nitơ quan trọng trong đất, tạo phức liên kết với nhiều kim

loại và các chất dinh dƣỡng đa lƣợng, vi lƣợng trong đất, làm giảm độc tính của các

kim loại nặng và tăng khả năng giữ chất dinh dƣỡng của đất.

Trong mẫu đất nghiên cứu hàm lƣợng chất hữu cơ là 1,79%, ở mức nghèo so

với thang đánh giá. Cùng với giá trị pH thấp, hàm lƣợng chất hữu cơ tổng số thấp đã

tạo điều kiện thuận lợi cho tính linh động của các kim loại nặng trong đất, làm tiêu tốn

một lƣợng đáng kể Fe0 nano đƣa vào đất để xử lý DDT. Tuy nhiên, hàm lƣợng chất

hữu cơ thấp nó cũng làm cho sự hấp phụ chặt DDT trong đất kém nên cũng tạo điều

kiện thuận lợi cho Fe0 nano có thể xử lý dễ dàng DDT trong đất.

3.1.3. Thành phần cơ giới

Thành phần cơ giới là tỷ lệ phần trăm các cấp hạt cát (0,02- 2mm), limon

(0,002-0,02mm) và sét (< 0,002mm) trong đất. Đất nghiên cứu có tỷ lệ cát là 71,32%,

limon là 10,41 %, sét là 18,27 %, theo phƣơng pháp phân loại và đánh giá thành phần

cơ giới của Mỹ mẫu đất nghiên cứu thuộc loại đất thịt pha cát. Đất có thành phần cơ

giới khá nhẹ thành phần cấp hạt cát chiếm tới 71,32%. Thành phần cơ giới nhẹ là một



trong những điều kiện thuận lợi cho Fe0

nano phân tán nhanh và đều trong đất, dễ dàng

tiếp xúc với DDT.

3.1.4. Dung tích hấp phụ cation (CEC)

CEC là viết tắt của dung tích trao đổi cation của đất hay khả năng trao đổi cation

(cation exchange capacity) là lƣợng ion lớn nhất mà đất hấp phụ có khả năng trao đổi

và đƣợc biểu thị bằng mgđl/100g đất. CEC cho thấy khả năng hấp phụ của đất đối với

các chất khi đƣợc đƣa vào đất (trong nghiên cứu này là DDT), chúng chủ yếu do các

keo trong đất thực hiện nhƣ khoáng sét, chất hữu cơ… Khi bổ sung DDT vào đất nếu

CEC lớn thì khả năng giữ các chất đó sẽ chặt hơn và sẽ giảm khả năng khuếch tán của

DDT đến bề mặt hạt Fe0 nano để phản ứng. Mẫu đất nghiên cứu có CEC= 6,25

mgđlg/100g đất, ở mức nhỏ so với thang đánh giá, chứng tỏ đất có khả năng giữ và trao

đổi cation không lớn nên CEC của đất nghiên cứu nhìn chung ít ảnh hƣởng đến phản

ứng của Fe0 nano với DDT trong đất.

3.1.5. Hàm lượng nitrat (NO3-)

Nitrat là một trong 2 dạng nitơ dễ tiêu đối với cây trồng. NO3–

trong đất cao nó

ảnh hƣởng lớn đến sự rửa trôi nitrat xuống nƣớc ngầm, gây ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm

và ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời, đặc biệt ở trẻ em. Hàm lƣợng nitrat trong

đất cao nó còn ảnh hƣởng đến khả năng xử lý DDT do NO3- là anion mà Fe

0 nano có

khả năng khử rất tốt, vì vậy khi cho Fe0 nano vào một phần Fe

0 nano bị hao hụt do

đƣợc sử dụng để khử nitrat. Hàm lƣợng nitrat trong mẫu đất nghiên cứu là 3,372

mg/100g, ở mức trung bình vì vậy ít nhiều nó cũng ảnh hƣởng đáng kể đến hiệu quả xử

lý DDT.

3.1.6. Hàm lượng phốt pho tổng số và dễ tiêu

Phốt pho có tác dụng rất quan trọng trong dinh dƣỡng thực vật, đặc biệt đối với

quả và hạt, phốt pho cấu tạo nên hợp chất dự trữ năng lƣợng ATP, ADP, AMP và là

nguyên tố quan trọng để tạo nên vật chất di truyền. Cây trồng ở đất nếu thiếu phốt pho,



giai đoạn đầu cây sẽ cằn cỗi và ít phân nhánh, lá cứng xuất hiện các đốm tím bên trong

và rìa lá có màu xanh đậm, đặc biệt bộ rễ kém phát triển, sự hình thành quả hạt bị hạn

chế và năng suất giảm. Trong đất, quá trình cố định phốt pho rất lớn, vì vậy phốt pho

chủ yếu tồn tại ở dạng cố định (98%); phốt pho trao đổi và hoà tan rất ít (2%). Đất

nghiên cứu có hàm lƣợng P2O5 tổng số là 0,057%, ở mức nghèo so với thang đánh giá.

Phốt pho dễ tiêu trong đất chủ yếu là dạng hoà tan trong dung dịch đất ở môi

trƣờng từ axit yếu đến bazơ yếu. Phốt pho dễ tiêu trong đất nếu tồn tại dƣới dạng PO43-

,

là một trong những anion gây cản trở quá trình xử lý DDT trong đất bởi Fe0 nano. Vì

khi bổ sung Fe0 nano vào đất, một phần sẽ đƣợc sử dụng để khử PO4

3-. Mẫu đất nghiên

cứu thuộc loại rất chua nên hàm lƣợng phốt pho dễ tiêu rất thấp (0,243 mg/100 g đất).

Vì vậy, ảnh hƣởng của phốt pho dễ tiêu đến hiệu quả xử lý ô nhiễm DDT trong đất bởi

Fe0 nano là không đáng kể.

3.1.7. Hàm lượng Fe2+

Trong đất nhiệt đới hàm lƣợng sắt khá cao do quá trình feralit hóa. Sắt linh động

trong đất có thể tồn tại dƣới hai hóa trị chính là Fe2+

và Fe3+

. Tùy thuộc vào thế ôxi hóa

khử của đất hay điều kiện thoáng khí hoặc ngập nƣớc mà tỷ lệ Fe2+

/Fe3+

có thể thay

đổi. Trong điều kiện yếm khí, môi trƣờng khử chiếm ứu thế, đất bị ngập nƣớc thì sắt

tồn tại chủ yếu dạng Fe2+

. Trong điều kiện này Fe2+

cũng sẽ đóng vai trò quan trọng

trong việc khử các chất ô nhiễm trong đất. Ngƣợc lại, trong điều kiện thoáng khí, môi

trƣờng ôxi hóa chiếm ƣu thế, đất khô ráo thì sắt tồn tại chủ yếu dƣới dạng Fe3+

. Đất

nghiên cứu là đất của nền kho chứa hóa chất BVTV cũ nên khá khô ráo, vì vậy hàm

lƣợng Fe2+

là rất nhỏ (0,95 mg/100g đất) nên hàm lƣợng DDT rất khó bị khử trong điều

kiện tự nhiên.

3.1.8. Hàm lượng Al2O3 và Fe2O3

Trong đất, nhôm có trong thành phần của các khoáng nguyên sinh, thứ sinh,

phức chất hữu cơ - vô cơ và trong trạng thái bị hấp phụ (trong đất chua). Khi các



khoáng nguyên sinh và thứ sinh bị phá huỷ Al đƣợc chuyển thành dạng Al(OH)3 là

dạng keo vô định hình, cũng có thể kết tinh. Ở môi trƣờng trung tính và kiềm yếu,

hydroxyt nhôm bị tách ra hoàn toàn dƣới dạng kết tủa keo (Al2O3.nH2O), gọi là dạng

gel. Gel này khi kết tinh chuyển thành các khoáng thứ sinh gipxit (Al2O3.3H2O) và

bơmit (Al2O3.H2O). Trong môi trƣờng chua với pH < 5, hydroxyt nhôm trở thành dạng

di động và xuất hiện trong dung dịch dƣới dạng ion Al(OH)+2

, Al(OH)+. Những ion

này gây ảnh hƣởng không tốt đến sinh trƣởng của thực vật. Al2O3.3H2O là khoáng vật

tích luỹ nhiều trong đất đồi núi Việt Nam. Tỷ lệ Al2O3 trong đất khoảng 10-20% phụ

thuộc vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, khí hậu và địa hình. Nhôm có thể kết hợp

với lân trong đất tạo thành AlPO4 không tan, đó là một trong những nguyên nhân giữ

chặt lân trong đất và làm giảm hiệu lực của phân lân khi bón vào đất chua. Đất nghiên

cứu có hàm lƣợng Al2O3 là 1,95%.

Trong đất sắt thƣờng gặp trong thành phần của nhóm Ferosilicat, dƣới dạng

oxyt, hydroxyt, các muối đơn giản và các phức chất hữu cơ chứa sắt. Nguồn gốc sắt

trong đất từ các khoáng vật hêmatit (Fe2O3), manhêtit (Fe3O4), limonit (2Fe2O3.3H2O),

ogit, mica đen, hocnơblen, pyrit (FeS2)... Khi các khoáng vật bị phong hoá thì sắt đƣợc

giải phóng ra dƣới dạng ôxit sắt ngậm nƣớc (công thức chung là Fe2O3.nH2O). Sắt là

một trong những nguyên tố cần thiết cho thực vật nhƣng cây sử dụng rất ít. Thiếu sắt

cây không thể tạo đƣợc chất diệp lục nhƣng nếu hàm lƣợng sắt di động trong đất cao

thì cũng gây độc cho cây. Ở những vùng đất có phản ứng kiềm yếu với quá trình ôxy

hoá diễn ra mạnh thì cây có thể bị thiếu sắt do tính di động của nguyên tố này quá thấp.

Hàm lƣợng sắt trong đất khoảng 2-10% phụ thuộc vào thành phần đá mẹ, khí hậu. Đất

nghiên cứu có hàm lƣợng Fe2O3 là 1,68%.

3.2. Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong đất khu vực nghiên cứu

Để đánh giá sự tồn dƣ hóa chất BVTV trong đất khu vực nghiên cứu, tiến hành

lấy 26 mẫu đất tại khu vực trung tâm (nền kho cũ) và các vị trí xung quanh. Kết quả

phân tích đƣợc thể hiện ở Bảng 6



Bảng 6. Kết quả phân tích dƣ lƣợng hóa chất BVTV tại kho Hƣơng Vân

và các vị trí xung quanh

STT Vị trí mẫu Độ sâu Kết quả (µg/kg)

Lindane Tổng DDT Monitor

1. Trung tâm

0-50 cm 1,197 762 0,025

2. 50-100 cm 1,443 978 0,010

3. Cách vị trí trung tâm 30m về

hƣớng Nam

0-50 cm 1,720 730 0,012

4. 50-100 cm 1,813 856 0,013


hƣớng Nam

0-50 cm 1,275 317 -

6. 50-100 cm 1,112 268 -


hƣớng Nam

0-50 cm 0,824 139 -

8. 50-100 cm 0,513 76 -


hƣớng Bắc

0-50 cm 1,372 612 -

10. 50-100 cm 1,421 686 -


hƣớng Bắc

0-50 cm 1,068 273 -

12. 50-100 cm 0,987 142 -


hƣớng Bắc

0-50 cm 0,763 85 -

14. 50-100 cm 0,401 52 -


hƣớng Đông

0-50 cm 1,563 836 -

16. 50-100 cm 1,684 885 -


hƣớng Đông

0-50 cm 1,214 498 -

18. 50-100 cm 1,018 364 -


hƣớng Đông

0-50 cm 0,850 148 -

20. 50-100 cm 0,623 86 -


hƣớng Tây

0-50 cm 0,830 376 -

22. 50-100 cm 0,887 402 -


hƣớng Tây

0-50 cm 0,646 34 -

24. 50-100 cm 0,352 12 -


hƣớng Tây

0-50 cm 0,236 8 -

26. 50-100 cm 0,121 5 -



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

TT 30m,

Nam

100m,

Nam

200,

Nam

30m,

Bắc

100m,

Bắc

200m,

Bắc

30m,

Đông

100m,

Đông

200m,

Đông

30m,

Tây

100m,

Tây

200m,

Tây

Địa điểm lấy mẫu

Nồ

ng

độ

DD

T (

µg

/kg

)

Độ sâu 0-50cm Độ sâu 50-100cm

Hình 16. Nồng độ DDT trong đất tại nền kho Hương Vân và các vị trí xung quanh

Kết quả phân tích cho thấy, dƣ lƣợng hóa chất BVTV ở khu vực nghiên cứu chủ

yếu là DDT. Dƣ lƣợng thuốc trừ sâu lindane nhỏ dao động từ 0,121 – 1,873 µg/kg đất.

Dƣ lƣợng thuốc trừ sâu monitor là rất nhỏ, gần nhƣ không phát hiện ở tất cả các mẫu

ngoại trừ mẫu ở vị trí trung tâm và mẫu ở vị trí cách trung tâm 30m về phía Nam. Nồng

độ DDT dao động từ 5 – 978 µg/kg đất. Nồng độ DDT tại trung tâm có giá trị cao nhất

(vƣợt QCVN 04/2008/BTNMT từ 76,2 đến 97,8 lần) và giảm dần theo khoảng cách 30,

100 và 200m. So với vị trí trung tâm thì nồng độ DDT theo hƣớng Đông cho giá trị cao

nhất, sau đó đến hƣớng Nam, hƣớng Bắc và nhỏ nhất tại hƣớng Tây. Hầu hết tất cả các

vị trí lấy mẫu đều có nồng độ DDT vƣợt QCVN 04/2008/BTNMT, ngoài vị trí cách

trung tâm 200 m về hƣớng Tây là có nồng độ DDT nhỏ hơn tiêu chuẩn ở cả độ sâu 0 –

50 cm và 50 – 100 cm. Tại vị trí trung tâm và các vị trí cách trung tâm 30m về các

hƣớng thì nồng độ DDT ở độ sâu 50 – 100 cm cao hơn nồng độ DDT ở độ sâu 0 – 50

cm. Ngƣợc lại, tại các vị trí cách trung tâm 100 và 200 m thì nồng độ DDT ở độ sâu 50

– 100 cm thấp hơn nồng độ DDT ở độ sâu 0 – 50 cm. Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn vị



trí trung tâm để lấy mẫu và tiến hành thử nghiệm một số ảnh hƣởng của tính chất đất

đến hiệu quả xử lý DDT.

3.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến điều chế vật liệu Fe0 nano

Vật liệu sắt kích thƣớc nano có thể đƣợc tổng hợp từ nhiều phƣơng pháp nhƣ

phƣơng pháp nghiền, vi nhũ tƣơng, điện hóa, khử bohiđrua,... Trong đó, phổ biến nhất

là phƣơng pháp khử bohiđrua. Ý tƣởng cơ bản của phƣơng pháp khử bohiđrua (khử

pha lỏng) là thêm một chất khử mạnh vào một dung dịch ion kim loại để khử nó thành

các hạt kim loại có hóa trị 0 và kích thƣớc nano. 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].

Chất khử đƣợc sử dụng phổ biến nhất là NaBH4. Các dung dịch sử dụng là sắt (III)

clorua và sắt (II) sunfat đƣợc thể hiện qua các phƣơng trình sau:

4Fe3+

+ 3BH4- +9H2O 4Fe

0 + 3H2BO3

- +12H

+ +6H2

Fe2+

+ BH4-

+ 9H2O Fe0 + H2BO4

3- + 12H

+ +6H2

Phƣơng pháp này tạo ra Fe0 nano có thể bảo quản trong điều kiện tự nhiên, quy

trình đơn giản và hiệu quả điều chế cao nên đƣợc ứng dụng nhiều trong điều chế sắt

nano. Tuy nhiên, mỗi tác giả khác nhau đều có những điều kiện chế tạo, làm khô, bảo

quản khác nhau và kết quả thu đƣợc cũng là khác nhau: Theo Nazli Efecan và nnk

(2008) [33] hòa tan FeCl2.4H2O trong dung dịch ethanol và nƣớc cất theo tỉ lệ thể tích

4:1, sau đó dùng một lƣợng dƣ NaBH4 để khử. Sử dụng bình hút chân không để lọc

phần hạt sắt, rửa sản phẩm bằng ethanol 99% ít nhất 3 lần và làm khô trong lò sấy ở

750C qua đêm. María E. Morgada và nnk (2009) [31] cũng làm tƣơng tự nhƣng sử

dụng máy li tâm với tốc độ 2.500 vòng/phút trong 20 phút để thu hạt Fe0 nano. Mẫu

đƣợc làm khô trong lò sấy ở 400C trong 24h và đƣợc bảo quản trong khí N2. Heesu

Park và nnk (2009) [26] sử dụng các dung dịch sử dụng để điều chế Fe0 nano đều đƣợc

đuổi ôxi bằng khí argon sau đó loại bỏ dung dịch và rửa chất đƣợc tổng hợp bằng nƣớc

đề ion hóa và bằng ethanol để ngăn cản sự ôxy hóa và làm khô trong chân không. Choi,



Hee- chul (2008) [22] sử dụng NaBH4 để khử FeSO4.7H2O hòa tan trong dung dịch

ethanol 30% với tỷ lệ khối lƣợng của NaBH4/ FeSO4.7H2O là 1/10. Sản phẩm đƣợc rửa

bằng ethanol, sau đó ly tâm và phơi ngoài không khí. Trong nghiên cứu này chúng tôi

chế tạo vật liệu Fe0 nano bằng phƣơng pháp khử sắt (II) sunphát bởi bohiđrua với tỷ lệ

khối lƣợng của NaBH4/FeSO4.7H2O là 1/2, có sử dụng chất phân tán là polyacrylamid

(PAA) và nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố tới quá trình chế tạo vật liệu.

3.3.1. Ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến hiệu quả chế tạo Fe0 nano

Khi không sử dụng chất phân tán thì sản phẩm thu đƣợc sau phản ứng tạo thành

2 lớp: 1 lớp ở trên và 1 lớp ở dƣới tách biệt. Lớp ở dƣới có màu đen, hạt bám chặt vào

que khuấy từ và có kích thƣớc lớn hơn so với lớp ở trên (Hình 17). Hạt sắt có hình cầu

hoặc hình dẹt và kích thƣớc khoảng từ 50 – 200 nm. Tuy nhiên giữa các hạt không có sự

phân biệt rõ ràng và kích thƣớc phân bố không đều. Lớp ở trên có màu xanh đen, so với

lớp ở dƣới thì kích thƣớc hạt nhỏ, mịn hơn (Hình 18). Hạt sắt tạo thành liên kết với nhau

thành hình que và bám vào nhau thành từng đám lớn, kích thƣớc hạt khoảng 40-100

nm.

Hình 17. Ảnh SEM hạt sắt ở lớp dưới,

không sử dụng chất phân tán

Hình 18. Ảnh SEM hạt sắt ở lớp trên,

không sử dụng chất phân tán



Khi có sử dụng chất phân tán là PAA trong quá trình điều chế Fe0 nano thì sau

phản ứng, các hạt đã có sự tách rời nhau rõ rệt và bám vào que khuấy từ nhƣng không

liên kết với nhau tạo thành đám. Kết quả đƣợc thể hiện qua ảnh TEM (Hình 19) và ảnh

SEM (hình 20). Kích thƣớc hạt sắt trong khoảng từ 20 - 80nm.

3.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH4 và FeSO4.7H2O khi chế tạo Fe0 nano

Theo kết quả nghiên cứu của Choi, Hee-chul thì tỉ lệ giữa NaBH4 và FeSO4.7H2O

là 1:10. Với tỉ lệ này khi điều chế với điều kiện thực tế trong phòng thí nghiệm thì thấy

lƣợng sắt (II) chƣa đƣợc phản ứng hết với NaBH4, Fe(II) còn dƣ có ảnh hƣởng đến chất

lƣợng hạt Fe0 nano đƣợc chế tạo. Vì vậy, nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm tăng lƣợng

NaBH4 để đạt đƣợc tỉ lệ giữa NaBH4 và muối sắt là 1:2. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi

điều chế Fe0 nano với tỷ lệ NaBH4 và FeSO4.7H2O là 1/2 thì sản phẩm tạo thành với

hiệu suất đạt tới 61,2% và có thể bảo quản tốt trong bình hút ẩm mà chúng không bị

ôxi hóa. Còn với tỷ lệ NaBH4 và FeSO4.7H2O là 1/10 thì sản phẩm tạo thành với hiệu

suất chỉ đạt 48,3%. Kết quả sản phẩm thu đƣợc thể hiện qua ảnh chụp TEM (Hình 21)

Hình 19. Ảnh TEM hạt Fe0 nano,

có sử dụng chất phân tán

Hình 20. Ảnh SEM hạt Fe0 nano,

có sử dụng chất phân tán



Hình 21. Hình ảnh TEM của vật liệu Fe0 nano

a) Điều chế với tỷ lệ NaBH4 và FeSO4.7H2O là 1/2;

b) Điều chế với tỷ lệ NaBH4 và FeSO4.7H2O là1/10.

3.3.3. Sử dụng cồn để pha muối sắt

Khi sử dụng dung dịch cồn để hòa tan muối sắt (II) theo Choi, Hee-chul thì muối

sắt rất khó hòa tan trong cồn, đặc biệt nếu nồng độ cồn càng cao thì càng khó hòa tan. Để

khắc phục nhƣợc điểm trên, nghiên cứu tiến hành hòa tan muối sắt trong nƣớc, sau đó

mới bổ sung thêm cồn vào trong dung dịch muối sắt đã hòa tan để đƣợc nồng độ cồn

trong dung dịch nhƣ nghiên cứu của Choi, Hee-chul. Sau đó tiếp tục khử muối sắt (II)

bằng dung dịch NaBH4. Ảnh TEM của hạt sắt nano điều chế đƣợc nhƣ sau (Hình 22).

a) b)



Hình 22. Kết quả chụp ảnh TEM của hạt sắt được điều chế khi dùng cồn 30%

Tổng hợp các yếu tố ảnh hƣởng trên, nghiên cứu đã tiến hành tổng hợp Fe0

nano, ứng dụng để xử lý DDT tồn dƣ trong đất với quy trình cụ thể nhƣ 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 nƣớc).

- Cân 4 g FeSO4.7 H2O hòa tan trong 50ml nƣớc cất sau đó rung siêu âm để sắt

hòa tan hết vào dung dịch + 15ml cồn 99% để đƣợc dung dịch A có nồng độ cồn

khoảng 30%.

- Cân 2g NaBH4 hòa tan trong 18 ml nƣớc 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, đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc đƣa vào bình hút ẩm phơi

khô và bảo quản để sử dụng cho các thí nghiệm xử lý DDT trong đất.



Hình 23. Sản phẩm vật liệu Fe0 nano sau chế tạo và bảo quản trong bình hút ẩm

Các đặc tính của vật liệu đƣợc phân tích và kiểm tra thông qua chụp ảnh SEM,

TEM, XRD và BET (xem phần 3.4)

3.3.4. Nghiên cứu các phương pháp bảo quản Fe0 nano

Sau khi Fe0 nano đƣợc tổng hợp từ dung dịch muối sắt và bohiđrua, cần làm khô

và bảo quản Fe0 nano tránh khỏi quá trình ôxy hóa bởi ôxi không khí. Sắt nano thu

đƣợc có thể đƣợc rửa bằng axeton và làm khô trong một buồng kỵ khí; hoặc làm khô

trong điều kiện lạnh; hay làm khô trong chân không ở nhiệt độ 100°C; ngoài ra một số

tác giả khác làm khô và bảo quản sản phẩm tạo thành trong môi trƣờng khí N2. Các

nghiên cứu trên đều gặp khó khăn trong việc bảo quản hạt Fe0 nano đƣợc tạo thành vì

vậy ít nhiều làm ảnh hƣởng đến khả năng ứng dụng của hạt Fe0 nano. Để khắc phục

hạn chế trên, nghiên cứu đã tiến hành tổng hợp Fe0 nano có thể làm khô và bảo quản ở

nhiệt độ phòng khi sử dụng dung dịch etanol thay cho nƣớc tinh khiết (H2O) và có bổ

sung chất phân tán PAA hòa tan ngay trong dung dịch NaBH4 trƣớc khi cho vào khử

muối sắt (II). Sản phẩm tạo thành đƣợc thử nghiệm một số phƣơng pháp làm khô và

cho kết quả nhƣ sau:

+ Phơi ngoài không khí: sau một thời gian khoảng 6-8h thì sắt nano bị ôxy hóa

rất nhanh và chuyển sang màu vàng (màu của sắt ôxit).



+ Sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ khoảng 400C thì sản phẩm bị chuyển thành

màu xanh đen hoặc rất dễ bị cháy do kích thƣớc quá nhỏ.

+ Phơi trong bình hút ẩm: sắt mới điều chế xong đƣợc làm khô và bảo quản

trong bình hút ẩm. Kết quả cho thấy sau 3 tháng hạt sắt nano vẫn giữ nguyên màu đen,

nhƣ vậy đã tránh đƣợc sự ôxi hóa sản phẩm bởi ôxi của không khí.

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

VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau Fe nano

06-0696 (* ) - Iron, syn - Fe - Y: 56.36 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

File: Luu-MoiTruong-Fe nano.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 01/28/11 15:10:47

Lin

(C

ps)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

2-Theta - Scale

10 20 30 40 50 60 70

d=2.0

251

Hình 24. Phổ nhiễu xạ tia X của Fe0 nano khi lựa chọn điều kiện tối ưu để chế tạo

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 và không thấy xuất hiện các đỉnh

FeO, Fe2O3 hay đỉnh Fe(OH)3. Điều đó cho thấy mẫu sắt nano đƣợc điều chế ít bị ôxy

hóa bởi ôxi không khí trong điều kiện tự nhiên. So sánh với kết quả chụp nhiễu xạ tia

X mẫu Fe0 nano thu đƣợc từ nghiên cứu của Yuan-Pang Sun và nnk (2006) [47] tại

Hình 25 cho thấy:



Hình 25. Ảnh nhiễu xạ tia X mẫu sắt nano điều chế bởi Yuan-Pang Sun, Xiao- qin

Li, Jiasheng Cao, Wei-xian Zhang, H. Paul Wang (2006)

Phân tử sắt nano chứa cả Fe0 và FeO nhƣng cũng không quan sát thấy Fe (III),

FeO hình thành do sự ôxy hóa của Fe0. Các tác giả đã phân tích tỷ lệ Fe

0 và FeO của

mẫu sau 3 tuần, trong đó Fe0 chiếm 44%, FeO là 56% trong đó lớp vỏ phân tử sắt nano

chứa chủ yếu là FeO còn lớp lõi là Fe0

. Trong môi trƣờng nƣớc thì lớp vỏ chứa chủ

yếu là FeOOH

3.4.2. Kết quả chụp ảnh SEM, TEM vật liệu Fe0 nano

Hình 26. Ảnh SEM vật liệu Fe0 nano khi

lựa chọn điều kiện tối ưu để chế tạo

Hình 27. Ảnh TEM vật liệu Fe0 nano khi

lựa chọn điều kiện tối ưu để chế tạo



Qua ảnh TEM của vật liệu thu đƣợc cho thấy: kích thƣớc hạt trong khoảng từ 10

– 18,6 nm (trung bình 16,7 nm), các hạt có sự phân biệt rõ ràng và không có sự kết

đám lại với nhau làm cho diện tích bề mặt càng lớn. Các tinh thể sắt có hình cầu và nối

với nhau thành chuỗi, tạo thành mạng lƣới. Kiểu liên kết thành chuỗi này là do sự

tƣơng tác giữa các kim loại có từ tính với nhau. So với kích thƣớc các hạt sắt nano thu

đƣợc từ nghiên cứu của Zhang là 10- 100 nm; của Yang-hsin Shih và nnk (2011) [46]

là 50- 80nm thì kích thƣớc hạt Fe0 nano thu đƣợc là khá nhỏ.

3.4.3. Kết quả xác định diện tích bề mặt

Diện tích bề mặt có ảnh hƣởng rất lớn tới hiệu quả xử lý, diện tích bề mặt càng

lớn khả năng tiếp xúc càng cao do vậy hiệu quả xử lý càng cao. Kết quả đo diện tích bề

mặt của vật liệu Fe0 nano theo phƣơng pháp Brunauer Emmett Teillor (BET) là 60

m2/g. So với phƣơng pháp chế tạo sắt nano của Yuan-Pang Sun và nnk (2006) thì diện

tích bề mặt là 12,82 m2/g [47] và theo phƣơng pháp điều chế của Yu-Hoon Hwang và

nnk (2011) là 46,27 m2/g [48] thì phƣơng pháp điều chế này cho kết quả diện tích bề

mặt của hạt Fe0 nano cao hơn từ 1,3 đến 4,7 lần.

3.5. Khảo sát khả năng xử lý của Fe0

nano với nƣớc bị gây nhiễm DDT nhân tạo

3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý

Kết quả phân tích hàm lƣợng DDT còn lại sau các khoảng thời gian xử lý là 3,

10, 17 và 24 giờ và hiệu quả xử lý đƣợc thể hiện ở Bảng 7 và Hình 28

Bảng 7. Khả năng khử DDT bởi Fe0 nano trong nƣớc tại pH = 3 theo thời gian

Mẫu

Nồng độ DDT ban đầu

(mẫu đối chứng, mg/l)

Nồng độ DDT

còn lại (mg/l)

Hiệu quả xử lý

(%)

Sau 3 h 35 25,46 27,26

Sau 10 h 35 14,30 59,14

Sau 17 h 35 6,11 82,53

Sau 24 h 35 5,57 84,09



0

5

10

15

20

25

30

Sau 3 h Sau 10 h Sau 17 h Sau 24 h

Thời gian xử lý

Nồ

ng

độ

DD

T,

mg

/l

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hiệ

u q

uả

xử

lý

, %

Nồng độ DDT (mg/l)

Hiệu suất xử lý (%)

Hình 28. Nồng độ DDT còn lại và hiệu quả xử lý DDT theo thời gian

Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong điều kiện không bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố

khác thì khả năng xử lý DDT của Fe0 nano là rất nhanh. Cơ chế của quá trình xử lý này

đƣợc Paul Tratnyek và Matheson nghiên cứu vào năm 1994, là cơ chế khử mạnh của

Fe0 nano. Tuy nhiên, hiện tƣợng ăn mòn sắt kim loại tạo ra ion sắt và H2, cả hai sản

phẩm này cũng đều có khả năng tham gia phản ứng khử, tuỳ thuộc vào chất ô nhiễm.

Vì vậy, vào năm 1994 Paul Tratnyek và Matheson đã tìm ra 3 phƣơng thức khử của Fe0

nano đƣợc trình bày dƣới đây:

- Trƣờng hợp A: Sự chuyển nhƣợng electron trực tiếp của Fe0 đối với

Halocacbon (RX) hấp phụ trên bề mặt của hệ kim loại – nƣớc, kết quả là phản

ứng khử clo và sản phẩm Fe (II) đƣợc tạo thành.

- Trƣờng hợp B: Fe(II) - sản phẩm của quá trình ăn mòn Fe0 cũng có thể tham

gia phản ứng khử clo RX, tạo thành Fe(III).

- Trƣờng hợp thứ ba (C), chỉ ra rằng H2 là sản phẩm của quá trình ăn mòn trong

quá trình kỵ khí có thể phản ứng với RX nếu có tác động của chất xúc tác.

http://www.ebs.ogi.edu/tratnyek/

http://www.ebs.ogi.edu/tratnyek/



Hình 29. Nguyên lý

phản ứng của Fe0 nano với hợp chất hữu cơ clo [32]

Ở môi trƣờng axit, Fe0 đóng vai trò là chất khử, cho electron.

Fe0 Fe

2+ + 2e

- (1)

RCl + H+ + 2e

- RH + Cl

- (2)

Tổng hợp của hai phản ứng 1 và 2 là:

RCl + Fe0 + H

+ RH + Fe

2+ + Cl

- (3)

Ví dụ :

C2Cl4 + 5 Fe0 + 6H

+ C2H6 + 5Fe

2+ + 4Cl

-

Khử trực tiếp trên bề mặt kim loại

Khử bởi ion Fe2+

Chất xúc tác

Khử trực tiếp bởi H2 với vai trò của chất xúc tác



Nhƣ vậy, Fe0 nano có khả năng khử đƣợc nhiều hợp chất hữu cơ chứa clo (Bảng 1).

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 7 và Hình 28 cho thấy, sau 24h nồng độ DDT đã

giảm từ 35mg/l xuống còn 5,57 mg/l, nhƣ vậy hiệu quả xử lý đạt 84,1%. Ta thấy nồng

độ DDT giảm theo thời gian phản ứng, thời gian càng lâu thì lƣợng DDT còn lại càng

thấp. Trung bình sau 1h thì lƣợng DDT khử đƣợc là 1,23 mg/l, tuy nhiên tốc độ khử là

không giống nhau ở mỗi giai đoạn. Theo đó trong 3h đầu (0 – 3h) lƣợng DDT bị khử là

9,54 mg/l tƣơng đƣơng 3,18 mg/l trong 1h; 7h sau (3h-10h) lƣợng DDT bị khử là 11,16

mg/l tƣơng đƣơng 1,59 mg/l trong 1h; sau 7h tiếp theo (10h-17h) lƣợng DDT bị khử là

8,19 mg/l tƣơng đƣơng 1,17 mg/l trong 1h; và sau 7h tiếp theo (17h -24h) lƣợng DDT

bị khử là 0,546mg/l tƣơng đƣơng 0,078 mg/l trong 1h. Nhƣ vậy, trong giai đoạn đầu

tiên khả năng khử là nhanh nhất, sau đó giảm dần ở các giai đoạn sau và giảm mạnh

nhất ở giai đoạn từ 17 – 24h. Điều này có thể là do lƣợng Fe0 giảm xuống theo thời

gian, một phần bị ôxi hóa thành Fe(II), Fe(III), một phần bị ôxy hóa bởi ôxy và nƣớc

tạo thành FeO, Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeO(OH).

3.5.2. Kết quả phân tích hàm lượng Fe2+

và Fe3+

của các dung dịch sau xử lý DDT trong

nước bằng vật liệu Fe0 nano

Đặc tính của Fe0 nano là một chất khử mạnh, khi nó tham gia phản ứng khử

DDT thì nó sẽ bị ôxi hóa lên Fe2+

và Fe3+

(sản phẩm của quá trình ôxi hóa Fe0). Vì vậy,

xác định nồng độ của Fe2+

và Fe3+

sau xử lý gián tiếp có thể xác định đƣợc đặc tính

khử của Fe0 nano. Kết quả phân tích nồng độ Fe

2+ và Fe

3+ trong dung dịch sau xử lý

DDT bằng Fe0 nano đƣợc thể hiện ở Bảng 8.



Bảng 8. Nồng độ Fe2+

và Fe3+

trong dung dịch sau xử lý DDT bằng Fe0 nano

TT Thời gian xử lý Nồng độ Fe2+

(mg/l) Nồng độ Fe3+

(mg/l)

1. Sau 3h 113 10

2. Sau 10h 260 28

3. Sau 17h 407 45

4. Sau 24h 460 56

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 Sau 3h Sau 10h Sau 17h Sau 24h


Nồ

ng

độ

Fe

(II)

, F

e (I

II),

mg

/l

Nồng độ Fe(II), mg/l Nồng độ Fe(III), mg/l

Hình 30. Nồng độ Fe2+

và Fe3+

sau xử lý DDT bằng Fe0 nano

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 8 cho thấy, cùng với việc tăng thời gian xử lý DDT

bởi Fe0 nano thì hàm lƣợng Fe

2+ và Fe

3+ cũng đƣợc tạo thành và tăng dần theo thời gian

xử lý. Hàm lƣợng Fe2+

và Fe3+

lần lƣợt tăng từ 113 và 10 mg/l sau 3h xử lý lên đến 460

và 56 mg/l sau 24h xử lý. Điều này có thể thấy vì Fe0 đã bị ôxi hóa (do sử dụng để khử

DDT) lên các sắt có hóa trị cao hơn là Fe2+

và Fe3+

. Hàm lƣợng sắt Fe2+

đƣợc tạo thành

nhiều hơn rất nhiều so với Fe3+

, điều này có thể là do cơ chế khử DDT bởi Fe0 nano chủ

yếu xẩy ra bởi cơ chế khử trực tiếp trên bề mặt kim loại (theo trƣờng hợp A, Hình 29).

Kết quả hoàn toàn phù hợp với lý thuyết vì thế ôxi hóa khử Eo của cặp Fe

2+/Fe = -0,44,

còn thế ôxi hóa khử Eo của cặp Fe

3+/Fe

2+ = +0,77. Hơn nữa, thí nghiệm đƣợc tiến hành

trong môi trƣờng axit (pH = 3) nên Fe0 bị ôxi hóa lên Fe

2+ và tồn tại ở dạng này là

chính, còn trong môi trƣờng kiềm thì Fe2+

mới tiếp tục đƣợc ôxi hóa lên Fe3+

.



3.5.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý

Với mục đích tìm hiểu ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả xử lý của DDT và tìm

hiểu kỹ hơn ba cơ chế phản ứng khử của Fe0 nano đối với DDT, nghiên cứu đã bố trí

thử nghiệm xử lý DDT ở các giá trị pH = 3; 5 và 7. Kết quả đƣợc thể hiện ở Bảng 9.

Bảng 9. Hiệu quả xử lý DDT bằng Fe0 nano tại các pH khác nhau và các sản phẩm

trung gian đƣợc tạo thành

TT

pH Nồng độ DDT (mg/l) Nồng độ DDD (mg/l) Nồng độ DDE (mg/l)

Trước

xử lý

Sau

xử lý

Trước

xử lý

Sau

xử lý

Hiệu

quả, %

Trước

xử lý

Sau

xử lý

Trước

xử lý

Sau

xử lý

1 3 3,94 35 6,12 82,51 0 1,91 0 0,20

2 5 5,23 35 7,64 78,17 0 3,93 0 0,37

3 7 6,51 35 10,59 69,74 0 5,49 0 0,55

Kết quả nghiên cứu cho thấy tại pH = 3 hiệu quả xử lý DDT bằng Fe0 nano đạt

giá trị cao nhất (82,51%), hiệu quả xử lý giảm xuống còn 78,17% khi tăng pH lên 5 và

tiếp tục giảm xuống còn 69,74% khi tăng pH lên 7. Tại pH = 3 và 5 (môi trƣờng phản

ứng là axit) thì giá trị pH sau xử lý tăng tƣơng ứng là 3,94 và 5,23. Điều này có thể giải

thích là trong môi trƣờng axit thì cơ chế khử DDT bởi Fe0 nano đƣợc thực hiện do quá

trình khử trực tiếp trên bề mặt kim loại (trƣờng hợp A, Hình 29) và khử bởi ion Fe2+

(trƣờng hợp B, Hình 29). Trong quá trình phản ứng của hai cơ chế này cần nhận thêm

H+ từ môi trƣờng làm xúc tác cho quá trình khử nên trong dung dịch mất đi một phần

H+, làm cho giá tri pH của dung dịch tăng lên. Cơ chế phản ứng đƣợc thể hiện ở

phƣơng trình phản ứng sau:

RCl + Fe0 + H

+ RH + Fe

2+ + Cl

-

Tại pH = 7 (môi trƣờng trung tính) thì giá trị pH sau xử lý giảm đi còn 6,51.

Điều này có thể giải thích là trong môi trƣờng trung tính đến kiềm thì cơ chế khử DDT

bằng Fe0 nano đƣợc thực hiện do quá trình khử trực tiếp bởi H2 với vai trò của chất xúc

tác, sản phẩm sau phản ứng có tạo thành H+ làm cho giá trị pH của dung dịch sau phản

ứng giảm. Cơ chế phản ứng đƣợc thể hiện ở phƣơng trình phản ứng sau:



RX + OH- + H2 RH + Cl

- + H

+

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 9 cho thấy, tại pH = 3 các sản phẩm trung gian của

DDT sau xử lý là DDD và DDE là nhỏ nhất, tƣơng ứng bằng 1,91 và 0,20 mg/l; sau đó

đến pH =5 các sản phẩm trung gian là DDD và DDE tƣơng ứng là 3,93 và 0,37 mg/l;

tại pH = 7 các sản phẩm trung gian là DDD và DDE là lớn nhất, tƣơng ứng bằng 5,49

và 0,55 mg/l. Qua đó cho thấy, tốt nhất nên xử lý DDT tại pH = 3 vừa cho hiệu quả cao

và các sản phẩm trung gian cũng nhỏ. Trong khuôn khổ của nghiên cứu này chƣa xác

định đƣợc cụ thể sản phẩm của quá trình khử DDT tạo ra là chất gì. Tuy nhiên theo kết

quả nghiên cứu về ―khử clo trong thuốc diệt cỏ bằng bột sắt‖ của các tác giả Angela

Volpe, Antonio Lopez, Giuseppe Mascolo và Antonio Detomaso (2004) cho thấy: sau

quá trình xử lý triallate (S-2,3,3-trichloroallyl di-isopropyl thiocarbamate) bằng bột sắt

(20-50m) với dung dịch triallate có nồng độ 2,5 mg/l. Các kết quả đã chỉ ra rằng, sau

5 ngày thuốc trừ cỏ đã giảm tới 97% và sản phẩm chính của phản ứng là alkyl đã đƣợc

khử clo (S-2-propyl di-isopropyl thiocarbamat). Tuy nhiên, một lƣợng vết dichloroallyl

di-isopropyl thiocarbamat cũng đƣợc phát hiện, đó cũng chính là vai trò và mặt trái của

quá trình khử clo [20].

Theo Quensen, DDT, DDE và DDD trong trầm tích và trong đất có khả năng

chuyển hoá thành DDMU (1-cloro-2,2 bis[p-clorophenyl]etylen), tuy nhiên tốc độ

chuyển hoá của DDD thành DDMU là chậm hơn so với DDT và DDE [18]. Theo

Heberer và Dunnbier 1999 ; Ware et al 1980, trong điều kiện kỵ khí, DDMU còn có thể

chuyển hoá thành DDNU (2,2-bis (clorophenyl) acetonitril) và một số sản phẩm phụ

khác nhƣ DDOH (2,2-bis (Clorophenyl) etanol) và DDA (2,2-bis (clorophenyl) acetic

acid) [18].

Nhƣ vậy, sản phẩm tạo thành của quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ chứa clo

bao gồm những chất đã đƣợc khử clo và lƣợng vết các chất có chứa clo, tuy nhiên



những sản phẩm này là những chất không độc hoặc ít độc hơn so với các chất ban đầu

trƣớc khi xử lý.

3.6. Một số yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng xử lý DDT trong đất

3.6.1. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả xử lý

Lấy 8 cốc thủy tinh có dung tích 500ml chia đều làm 2 nhóm, cân vào mỗi cốc

50 g đất nền kho Hƣơng Vân (có nồng độ DDT là 978 µg/kg), sau đó bổ sung vào 4

cốc nhóm 1 mỗi cốc 0,01 g Fe0

nano; còn 4 cốc nhóm 2 không bổ sung DDT để làm

đối chứng. Các cốc đƣợc giữ ở độ ẩm 80% trong suốt thời gian thí nghiệm và sau 5;

10; 20 và 40 ngày lấy mẫu phân tích nồng độ DDT còn lại. Kết quả phân tích đƣợc thể

hiện ở Bảng 10.

Bảng 10. Nồng độ DDT còn lại sau thí nghiệm và hiệu quả xử lý

TT Thời gian xử lý (ngày) Nồng độ DDT (µg/kg) Hiệu quả xử

lý (%) Đối chứng Sau xử lý

1. 5 978 115 88,24

2. 10 978 Không phát hiện 100



Kết quả nghiên cứu cho thấy với đất nền kho Hƣơng Vân có nồng độ DDT là

978 µg/kg thì sau 5 ngày Fe0 nano đã xử lý đƣợc 88,24% và sau 10 ngày thì toàn bộ

lƣợng DDT trong đất đã đƣợc Fe0 nano xử lý hoàn toàn. Tuy nhiên tỷ lệ Fe

0 nano/DDT

đƣợc sử dụng để xử lý là 205/1, rất lớn nên hiệu quả xử lý là rất cao. Vì vậy, để thuận

tiện cho nghiên cứu ảnh hƣởng của một số tính chất đất đến hiệu quả xử lý DDT bởi

Fe0 nano, nghiên cứu đã bổ sung thêm DDT thƣơng phẩm vào đất để nâng nồng độ

DDT trong đất lên 50 mg/kg và tiến hành bố trí lại thí nghiệm ảnh hƣởng của thời gian

đến hiệu quả xử lý DDT trong đất sau khi đã bổ sung DDT. Kết quả nghiên cứu đƣợc

thể hiện ở Bảng 11.



Bảng 11. Nồng độ DDT còn lại sau thí nghiệm với mẫu đất đã bổ sung thêm DDT

và hiệu quả xử lý

TT Thời gian xử lý (ngày) Nồng độ DDT (mg/kg) Hiệu quả xử

lý (%) Đối chứng Sau xử lý

1. 5 50 44,99 10,02

2. 10 50 35,75 28,50

3. 20 50 11,00 78,00

4. 40 50 4,87 90,26

0

10

20

30

40

50

60

0 ngày 5 ngày 10 ngày 20 ngày 40 ngày


Nồn

g đ

ộ D

DT

, m

g/k

g

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Hiệ

u q

uả

xử

lý,

%

Hàm lượng DDT, mg/kg Hiệu suất xử lý, %

Hình 31. Nồng độ DDT còn lại và hiệu quả xử lý đối với đất đã bổ sung DDT

Kết quả nghiên cứu ở Hình 31 cho thấy, DDT đƣợc xử lý rất nhanh trong giai

đoạn từ 0 – 20 ngày (hiệu quả xử lý đạt 78 %) và giảm mạnh trong giai đoạn từ 20 – 40

ngày (hiệu quả xử lý đạt 90,26 %), chỉ tăng 12,26% so với giai đoạn từ 0 – 20 ngày. Vì

vậy, nghiên cứu sẽ lựa chọn thời gian để xử lý DDT là 20 ngày cho các thí nghiệm tiếp

theo.

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 11 cho thấy, sau 5 ngày nồng độ DDT còn lại sau xử

lý là 44,99 mg/kg và hiệu quả xử lý đạt 10,02 %; sau 10 ngày nồng độ DDT còn lại sau

xử lý là 35,75 mg/kg và hiệu quả xử lý đạt 28,50 %; sau 20 nồng độ DDT còn lại sau

xử lý là 11 mg/kg và hiệu quả xử lý đạt 78 %; sau 40 ngày nồng độ DDT còn lại sau xử



lý là 4,87 mg/kg và hiệu quả xử lý đạt 90,26 %. Đối với mẫu đối chứng (không bổ sung

Fe0 nano) thì sau 40 ngày nồng độ DDT trong đất vẫn không hề thay đổi, điều đó

chứng tỏ ở điều kiện tự nhiên DDT bị phân hủy rất chậm. Vì vậy đối với các thí

nghiệm sau, nghiên cứu coi nhƣ sự phân hủy DDT ở điều kiện tự nhiên trong khoảng

thời gian < 40 ngày là bằng 0.

Theo thí nghiệm của Wei-Xang Zhang về sử dụng Fe0 nano nhằm làm sạch kim

loại nặng và PCBs trong đất bằng phƣơng pháp bơm Fe0 nano vào khu vực ô nhiễm

cần xử lý. Các thí nghiệm của Tiến sỹ Zhang với hạt sắt cỡ nano cho thấy tốc độ phản

ứng xảy ra rất nhanh, đặc biệt với các vùng bị ô nhiễm ở mức nhẹ. Thí nghiệm cũng

chỉ ra rằng hạt sắt cỡ nano có khả năng giữ nguyên tính hoạt hoá của nó trong đất trong

vòng từ 6 đến 8 tuần [43].

Hơn nữa, theo thí nghiệm của Shea P.J, Machacek T.A và Comfort S.D (2004)

về nghiên cứu tăng tốc độ xử lý thuốc bảo vệ thực vật trong đất bằng Fe0, khi cho 5%

(w/w) Fe0 phản ứng với mẫu đất có chứa 1000 mg Metolaclo/kg, 55 mg alaclo/kg, 64

mg atrazin/kg, 35 mg pendimethalin/kg và 10 mg clopyriphot/kg. Kết quả là sau 90

ngày, hiệu suất xử lý của 5 loại hoá chất bảo vệ thực vật trên đạt hơn 60% và hiệu suất

đạt hơn 90% khi thêm 2% (w/w) Al2(SO4)3 vào Fe0 [39].

Nhƣ vậy, kết quả thí nghiệm về ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới hiệu quả

của quá trình xử lý DDT trong đất bằng Fe0 nano của đề tài là hoàn toàn phù hợp với lý

thuyết và kết quả thực nghiệm của các nhà nghiên cứu đã thực hiện trƣớc đây.

3.6.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Fe0 nano đến hiệu quả xử lý DDT

Lấy 5 cốc thủy tinh có dung tích 500ml, cân vào mỗi cốc 50 g đất nền kho

Hƣơng Vân (đã bổ sung thêm DDT để nồng độ DDT trong đất là 50 mg/kg), sau đó bổ

sung vào mỗi cốc tƣơng ứng 0; 0,005; 0,01; 0,02 và 0,03 g Fe0

nano. Các cốc đƣợc giữ

ở độ ẩm 80% trong suốt thời gian thí nghiệm và sau 20 ngày lấy mẫu phân tích nồng độ

DDT còn lại. Kết quả phân tích đƣợc thể hiện ở Bảng 12.



Bảng 12. Ảnh hƣởng hàm lƣợng Fe0 nano đến hiệu quả xử lý DDT trong đất đã bổ

sung thêm DDT

TT Tỷ lệ Fe

0 nano/DDT

(lần)

Nồng độ DDT (mg/kg) Hiệu quả xử

lý (%) Trước xử lý Sau xử lý

1. 0 50 50 0

2. 2 50 26,55 46,91

3. 4 50 11,00 78,00

4. 8 50 6,65 86,71

5. 12 50 3,62 92,76

0

10

20

30

40

50

60

0 2 lần 4 lần 8 lần 12 lần

Tỷ lệ Fe(0) nano/DDT

Nồn

g đ

ộ D

DT

, m

g/k

g

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Hiệ

u q

uả

xử

lý,

%

Hàm lượng DDT còn lại sau xử lý, mg/kg Hiệu suất xử lý,%

Hình 32. Nồng độ DDT còn lại sau xử lý và hiệu quả xử lý theo tỷ lệ Fe0

nano/DDT

Kết quả phân tích ở Bảng 12 cho thấy, khi tăng hàm lƣợng 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 %). Với tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 2 lần thì sau 20 ngày xử lý

nồng độ DDT trong đất giảm từ 50 xuống còn 26,55 mg/kg, hiệu quả xử lý đạt 46,91%.

Khi tăng tỷ lệ Fe0 nano/DDT lên 4 lần thì sau 20 ngày xử lý nồng độ DDT trong đất

giảm từ 50 xuống còn 11 mg/kg, hiệu quả xử lý đạt 78%. Với tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 8

lần thì sau 20 ngày xử lý nồng độ DDT trong đất giảm từ 50 xuống còn 6,65 mg/kg,

hiệu quả xử lý đạt 86,71% và với tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 12 lần thì sau 20 ngày xử lý

nồng độ DDT trong đất giảm từ 50 xuống còn 3,62 mg/kg, hiệu quả xử lý đạt 92,76 %.



Biểu đồ trên Hình 32 cho ta thấy, hiệu quả xử lý DDT tăng nhanh khi tăng tỷ lệ

Fe0 nano/DDT từ 0 đến 2 và 4 lần. Còn khi tăng tỷ lệ Fe

0 nano/DDT từ 4 đến 8 và 12

lần thì hiệu quả xử lý DDT tăng chậm hơn. Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn tỷ Fe0

nano/DDT là 4 (cho 0,01g Fe0 nano vào 50 g đất có nồng độ DDT là 50 mg/kg) để tiến

hành các nghiên cứu tiếp theo.

3.6.3. Ảnh hưởng của của pH đất tới hiệu quả xử lý

Đất nghiên cứu có giá trị pH là 3,46 vì vậy để nghiên cứu ảnh hƣởng của pH đất

đến hiệu quả xử lý, lấy 6 cốc thủy tinh có dung tích 500ml chia đều làm 2 nhóm, cân

vào mỗi cốc 50 g đất khô không khí và tiến hành thay đổi pH đất nhƣ sau:

+ Thêm 12,5ml CH3COOH vào 50g đất pH đất = 3

+ Thêm 0,2g vôi bột vào 50g đất pH đất = 5

+ Thêm 2,5g vôi bột vào 50g đất pH đất = 7

Sau khi điều chỉnh pH, đất đƣợc giữ ở điều kiện tự nhiên trong 7 ngày sau đó bổ

sung thêm DDT sao cho nồng độ DDT trong đất đạt 50 mg/kg. Bổ sung vào mỗi bình

nhóm 1 là 0,01 g Fe0 nano, nhóm 2 không bổ sung Fe

0 nano để làm đối chứng. Các cốc

đƣợc giữ ở độ ẩm 80% trong suốt thời gian thí nghiệm và sau 20 ngày lấy mẫu phân

tích nồng độ DDT còn lại. Kết quả phân tích đƣợc thể hiện ở Bảng 13.

Bảng 13. Ảnh hƣởng của pH đất đến hiệu quả xử lý DDT

TT pH đất Nồng độ DDT (mg/kg) Hiệu quả xử

lý (%) Trước xử lý Sau xử lý Đối chứng Sau xử lý

1. 3 3,78 50 10,34 79,33

2. 5 5,71 50 13,60 72,81

3. 7 6,64 50 19,38 61,24



0

5

10

15

20

25

pH = 3 pH = 5 pH = 7

Giá trị pH trước khi xử lý

Nồ

ng

độ

DD

T,

mg

/kg

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hiệ

u q

uả

xử

lý,

%

Hàm lượng DDT sau xử lý. mg/kg Hiệu suất xử lý. %

Hình 33. Nồng độ DDT còn lại sau xử lý và hiệu quả xử lý theo pH

Kết quả nghiên cứu Hình 33 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%.

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 13 cho thấy, tại pH = 3 thì sau 20 ngày xử lý pH đất

tăng lên 3,78, tại pH = 5 thì sau 20 ngày xử lý pH đất tăng lên 5,71 còn tại pH = 7 thì

sau 20 ngày xử lý bằng Fe0 nano pH đất giảm xuống còn 6,64. Các kết quả này có xu

hƣớng phù hợp với kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý DDT trong nƣớc ở mục 3.5.2 và

cũng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết của cơ chế khử DDT trong đất.

3.6.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng axit humic đến hiệu quả xử lý DDT

Đất nghiên cứu có hàm lƣợng axit humic là 0,08 % vì vậy để nghiên cứu ảnh

hƣởng của axit humic đến hiệu quả xử lý, nghiên cứu tiến hành bổ sung thêm 50; 100;

200 và 400 % của lƣợng axit humic ban đầu (tƣơng ứng với bổ sung 0,02; 0,04; 0,08 và

0,16 g axit humic vào 50 g đất thí nghiệm đã bổ sung DDT đạt nồng độ 50 mg/kg). Sau

đó cho 0,01 g Fe0 nano vào các mẫu đất trên. Các cốc đƣợc giữ ở độ ẩm 80% trong

suốt thời gian thí nghiệm và cứ sau 20 ngày lấy mẫu phân tích nồng độ DDT còn lại.

Kết quả phân tích đƣợc thể hiện ở Bảng 14.



Bảng 14. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng axit humic đến hiệu quả xử lý DDT

TT Axit humic thêm

vào, %

Nồng độ DDT, mg/kg Hiệu quả xử lý, %

Trước xử lý Sau xử lý

1. 0 50 11,00 78,00

2. 50 50 40,00 20,00

3. 100 50 41,25 17,50

4. 200 50 41,69 16,63

5. 400 50 47,50 5,00

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0% 50% 100% 200% 400%

Lượng axit humic thêm vào

Nồn

g đ

ộ D

DT

, m

g/k

g

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hiệ

u q

uả

xử

lý,

%

Hàm lượng DDT sau xử lý, mg/kg Hiệu suất xử lý, %

Hình 34. Hiệu quả xử lý DDT bởi Fe0 nano phụ thuộc vào hàm lượng axit humic

Kết quả nghiên cứu ở Hình 34 cho thấy, hiệu quả xử lý DDT bởi Fe0 nano giảm

rất nhanh khi thêm 50% hàm lƣợng axit humic vào. Hiệu quả xử lý DDT đã giảm từ 78

% khi hàm lƣợng axit humic trong mẫu là 0,08 % (mẫu nền, không thêm axit humic)

xuống còn 20 % khi hàm lƣợng axit trong mẫu là 0,12 % (mẫu bổ sung 50% axit

humic). Khi bổ sung thêm hàm lƣợng axit humic từ 50 % đến 400 % so với lƣợng axit

humic ban đầu thì hiệu quả xử lý DDT bằng Fe0

nano giảm chậm. Cụ thể khi bổ sung

hàm lƣợng axit humic là 100 % so với ban đầu thì hiệu quả xử lý DDT chỉ giảm 2,5 %

so với khi bổ sung hàm lƣợng axit humic là 50 %; khi bổ sung hàm lƣợng axit humic là

200 % so với ban đầu thì hiệu quả xử lý DDT chỉ giảm 0,87 % so với khi bổ sung hàm

lƣợng axit humic 100 %; khi bổ sung hàm lƣợng axit humic là 400 % so với ban đầu



thì hiệu quả xử lý DDT giảm 11,63 % so với khi bổ sung hàm lƣợng axit humic 200 %.

Vậy hàm lƣợng axit humic trong mẫu càng cao thì hiệu quả xử lý DDT bằng Fe0

nano

càng nhỏ. Kết quả nghiên cứu là phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đây về hàm lƣợng

chất hữu cơ trong đất. Theo Hayes (1989), axit humic trong đất có các nhóm chức nhƣ

nhóm cacboxyl và phenyl, do đó chúng có thể tạo liên kết với các cation và tạo phức.

Khi thêm axit humic vào đất, nó có thể hoạt động nhƣ chất đệm có khả năng ngăn cản

sự thay đổi pH của dung dịch đất (Hayes et al. 1989). Theo Li (2003), axit humic còn

có dung lƣợng hấp phụ lớn đối với các hợp chất hữu cơ và có khả năng tạo phức rất

mạnh đối với các kim loại (Li et al. 2003) [28]. Theo Aigner (1998) [18], DDT trong

đất ẩm ƣớt và nhiều mùn tồn tại bền vững hơn so với DDT trong đất rừng khô. Do đó,

axit humic có ảnh hƣởng rất lớn tới quá trình xử lý DDT trong đất bằng Fe0 nano.

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)

Đất khu vực nghiên cứu là nền kho Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyên Tiên Du, tỉnh

Bắc Ninh bị ô nhiễm DDT với nồng độ là 863 µg/kg (đất trƣớc thí nghiệm đã đƣợc trộn

đều cả hai tầng khi đào). Để thử nghiệm xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp

chuyển vị, nghiên cứu đã tiến hành đào 2 m3 đất tại nền kho Hƣơng Vân, sau đó tƣới

và trộn đều Fe0 nano vào đất với tỷ lệ Fe

0 nano/DDT là 4/1. Sau khi trộn đều với Fe

0

nano đất đƣợc chuyển lại hố đào đã đƣợc cách ly bằng túi nilông và để giữ nguyên theo

hiện trạng tự nhiên. Cứ sau 15 ngày thí nghiệm, lấy mẫu và phân tích hàm lƣợng DDT

còn lại. Kết quả đƣợc thể hiện ở Bảng 15.



Bảng 15. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp chuyển vị

TT Thời gian xử

lý, ngày

Độ sâu lấy

mẫu, cm

Nồng độ DDT, µg/kg Hiệu quả xử

lý, % Trước xử lý Sau xử lý

1. 15

0 – 50 863 550,4 36,22

2. 50 – 100 863 529,7 38,62

3. 30

0 – 50 863 107,2 87,58

4. 50 – 100 863 91,6 89,39

5. 45

0 – 50 863 63,0 92,70

6. 50 – 100 863 55,1 93,62

7. 60

0 – 50 863 30,8 96,43

8. 50 – 100 863 30,6 96,45

9. 75

0 – 50 863 23,7 97,25

10. 50 – 100 863 23,3 97,30

11. 90

0 – 50 863 18,5 97,86

12. 50 – 100 863 18,4 97,87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

15 ngày 30 ngày 45 ngày 60 ngày 75 ngày 90 ngày


Hiệ

u q

uả

xử

lý,

%

Tầng 0-50cm Tầng 50-100cm

Hình 35. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng Fe0 nano

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 15 và Hình 35 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. Cụ thể tại tầng 0 – 50 cm: sau 45 ngày hiệu quả xử lý đạt



92,7 %, tăng 5,12 % so với sau 35 ngày; sau 60 ngày hiệu quả xử lý đạt 96,43 %, tăng

3,73 % so với sau 45 ngày; sau 75 ngày hiệu quả xử lý đạt 97,25%, tăng 0,82 % so với

sau 60 ngày và sau 90 ngày hiệu quả xử lý đạt 97,86%, tăng 0,61 % so với sau 75 ngày.

Tại tầng 50 – 100 cm: sau 45 ngày hiệu quả xử lý đạt 93,62 %, tăng 4,23 % so với sau

35 ngày; sau 60 ngày hiệu quả xử lý đạt 96,45 %, tăng 2,83 % so với sau 45 ngày; sau

75 ngày hiệu quả xử lý đạt 97,3%, tăng 0,85 % so với sau 60 ngày và sau 90 ngày hiệu

quả xử lý đạt 97,87%, tăng 0,57 % so với sau 75 ngày. Hầu hết ở các khoảng thời gian

nghiên cứu thì hiệu quả xử lý tại tầng 0 – 50 cm nhỏ hơn hiệu quả xử lý tại tầng 50 –

100 cm. 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 hƣởng đến hiệu quả xử lý, hơn nữa mẫu xử lý trong phòng thí nghiệm

luôn đƣợc 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)

Đất khu vực nghiên cứu là nền kho Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyên Tiên Du, tỉnh

Bắc Ninh bị ô nhiễm DDT với nồng độ là 762 µg/kg (tầng 0 – 50 cm) và 978 µg/kg

(tầng 50 – 100 cm). Để thử nghiệm xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp tại

chỗ, nghiên cứu đã tiến hành khoan các lỗ với đƣờng kính 27 mm và độ sâu 100 cm (cụ

thể ở phần 2.3.6), sau đó đổ dung dịch chứa Fe0 nano (với tỷ lệ trung bình Fe

0

nano/DDT là 4/1) vào các lỗ sao cho dung dịch có thể thấm đều ra xung quanh. Giữ

nguyên theo hiện trạng tự nhiên và cứ sau 15 ngày thí nghiệm, lấy mẫu và phân tích

hàm lƣợng DDT còn lại. Kết quả đƣợc thể hiện ở Bảng 16.



Bảng 16. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp tại chỗ

TT Thời gian xử

lý, ngày

Độ sâu lấy

mẫu, cm

Nồng độ DDT, µg/kg Hiệu quả xử

lý, % Trước xử lý Sau xử lý

1. 15

0 – 50 762 577,0 24,28

2. 50 – 100 978 720,1 26,37

3. 30

0 – 50 762 456,3 40,12

4. 50 – 100 978 549,2 43,84

5. 45

0 – 50 762 381,2 49,97

6. 50 – 100 978 451,7 53,81

7. 60

0 – 50 762 323,1 57,60

8. 50 – 100 978 373,8 61,78

9. 75

0 – 50 762 266,3 65,05

10. 50 – 100 978 302,2 69,10

11. 90

0 – 50 762 239,7 68,54

12. 50 – 100 978 256,2 73,80

0

20

40

60

80

100

120

0 ngày 15 ngày 30 ngày 45 ngày 60 ngày 75 ngày 90 ngày


Hiệ

u q

uả x

ử lý,

%

Phương pháp chuyển vị Phương pháp tại chỗ

Hình 36. So sánh hiệu quả xử lý DDT bằng phương pháp chuyển vị và phương pháp

tại chỗ

Kết quả nghiên cứu ở Bảng 16 cho thấy, giống nhƣ thí nghiệm xử lý DDT trong

đất bằng phƣơng pháp chuyển vị, phƣơng 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 0 – 50 cm và 43,84 % ở tầng 50 – 100 cm sau 30 ngày xử lý. Hiệu quả xử lý

tăng chậm hơn sau 30 ngày xử lý. Hiệu quả xử lý lớn nhất sau 90 ngày đạt 68,54 % tại

tầng 0 – 50 cm và 73,8 % tại tầng 50 – 100 cm.

Kết quả nghiên cứu ở Hình 36 cho thấy, hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ

là kém hơn so với phƣơng pháp chuyển vị ở tất cả các khoảng thời gian xử lý. Sau 15

ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ là 24,28 % tầng 0 -50 cm và

26,37 % tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng bằng 67 và 68,3 % so với phƣơng pháp chuyển

vị; Sau 30 ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ là 40,12 tầng 0 -50

cm và 43,84 % tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng bằng 45,8 và 49,0 % so với phƣơng pháp

chuyển vị; Sau 45 ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ là 49,975 tầng

0 -50 cm và 53,81 % tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng bằng 53,9 và 57,5 % so với phƣơng

pháp chuyển vị; Sau 60 ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ là 57,6

% tầng 0 -50 cm và 61,78 % tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng bằng 59,7 và 64,1 % so với

phƣơng pháp chuyển vị; Sau 75 ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ

là 65,05% tầng 0 -50 cm và 69,1 % tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng bằng 66,9 và 71 % so

với phƣơng pháp chuyển vị; Sau 90 ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại

chỗ là 68,54 tầng 0 -50 cm và 73,8 % tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng bằng 70 và 75,4 %

so với phƣơng pháp chuyển vị. Phƣơng pháp chuyển vị có hiệu quả cao hơn là do đất

đƣợc đào lên và trộn đều với Fe0 nano nên Fe

0 nano rất dễ dàng tiếp xúc với DDT làm

tăng hiệu quả của quá trình xử lý. Phƣơng pháp tại chỗ Fe0 nano đƣợc bổ sung từ lỗ

khoan sau đó mới thấm dần đến các lớp đất khác, vì vậy ít nhiều ảnh hƣởng đến sự tiếp

cận của Fe0 nano với DDT làm giảm hiệu quả xử lý của nó.



KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

Kết luận

Đất nghiên cứu có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng nghèo P2O5 tổng số là 0,057 %;

P2O5 dễ tiêu là 0,243 mg/100 g đất; hàm lƣợng chất hữu cơ là 1,79 %. Giá trị pH = 3,46

ở mức rất chua, thành phần cơ giới nhẹ, thịt pha cát; dung tích trao đổi cation thấp 6,25

mgđlg/100g đất; hàm lƣợng Fe2+

rất nhỏ 0,95 mg/100g đất; hàm lƣợng NO3- ở mức

trung bình 3,372 mg/100g đất.

Dƣ lƣợng hóa chất bảo vệ thực vật tại kho Hƣơng vân chủ yếu là DDT, nồng độ

DDT tại vị trí trung tâm có giá trị cao nhất, vƣợt QCVN 04/2008/BTNMT từ 76,2 đến

96,8 lần và giảm dần theo khoảng cách 30, 100 và 200m.

Fe0 nano đƣợc chế tạo bằng phƣơng 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 thƣớc tƣơng 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 nƣớc đƣợc 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 Hƣơng Vân có nồng độ DDT là 978 µg/kg, với lệ Fe0 nano/DDT

đƣợc sử dụng là 205/1 thì sau 10 ngày toàn bộ lƣợng DDT trong đất đã đƣợc xử lý. Với

tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 4/1 thì sau 20 ngày có thể xử lý đƣợc 78 %. Khi tăng tỷ lệ Fe

0

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 hƣởng lớn vào hàm

lƣợng axit humic. Hiệu quả xử lý DDT đã giảm từ 78 % xuống còn 20 % khi bổ sung

thêm vào đất 50% lƣợng axit humic ban đầu.



Đối với xử lý đất ô nhiễm DDT ngoài thực địa thì hiệu quả xử lý theo phƣơng

pháp tại chỗ là kém hiệu quả hơn so với theo phƣơng pháp chuyển vị. Sau 90 ngày xử

lý thì hiệu quả xử lý của phƣơng pháp tại chỗ là 68,54 % ở tầng 0 - 50 cm và 73,8 % ở

tầng 50 – 100 cm tƣơng ứng chỉ bằng 70 và 75,4 % so với phƣơng pháp chuyển vị.

Khuyến nghị

Lĩnh vực nghiên cứu sử dụng Fe0 nano nhằm xử lý môi trƣờng nói chung và xử

lý đất nhiễm thuốc bảo vệ thực vật DDT nói riêng là hƣớng nghiên cứu mới có nhiều

triển vọng phát triển và mở rộng nghiên cứu. Đề tài kiến nghị một số nội dung cần

nghiên cứu ở các giai đoạn tiếp theo nhƣ sau:

- Nghiên cứu môi trƣờng điều chế Fe0 nano để có thể tạo đƣợc Fe

0 nano có kích

thƣớc nhỏ hơn.

- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các kim loại nặng, các anion và vi sinh vật đến hiệu

quả xử lý DDT và sử dụng chỉ tiêu đánh giá tổng hợp để tính toán hiệu quả xử

lý của các loại đất khác nhau khi biết các đặc điểm, tính chất của loại đất đó.

- Nghiên cứu chế tạo vật liệu Fe0 nano gắn trên nền chất mang khác nhau để có

thể ứng dụng rộng rãi và hiệu quả hơn trong xử lý môi trƣờng.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

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.

2. Lâm Vĩnh Ánh, Võ Thành Vinh (2005), Công nghệ tiêu huỷ thuốc bảo vệ thực vật

tồn đọng, cấm sử dụng bằng phương pháp thiêu đốt trên hệ thống lò thiêu đốt hai

cấp, http://www.nea.gov.vn/tapchi/Toanvan/01-2k3-18.htm.

3. Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Nguyễn Xuân Cự, Phạm Văn Khang, Nguyễn Ngọc Minh

(2004), Một số phƣơng pháp phân tích môi trƣờng, Nhà xuất bản Quốc gia Hà Nội.

4. Nguyễn Hoàng Hải (2008), Chế tạo và nghiên cứu chất lỏng từ tính, Đề tài NCKH.

QT.07.10, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

5. Trần Quang Hƣng (1995), Thuốc bảo vệ thực vật, NXB. Nông nghiệp, Hà Nội.

6. Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp,

Cái Văn Tranh (2000), Phương pháp phân tích đất nước phân bón cây trồng, NXB

Giáo dục, Hà Nội.

7. 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 dƣ lƣợng 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.

http://www.nea.gov.vn/tapchi/Toanvan/01-2k3-18.htm



11. Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7538-2 : 2005), Chất lƣợng đất – Hƣớng dẫn kỹ thuật

lấy mẫu.

12. TCVN 6124:1996._ Chất lƣợng đất. Xác định dƣ lƣợng DDT trong đất.

13. Trung tâm Công nghệ xử lý Môi trƣờng – Bộ Tƣ lệnh Hoá học (2008), Nghiên cứu

lập Dự án đầu tư xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT tồn lưu tại Lữ đoàn 204 – Binh

chủng Pháo binh, Hà Nội.

14. Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia (2005), Chiến lược phát

triển một số ngành công nghệ cao của một số nước trên thế giới - Phần II, Chiến

lược phát triển công nghệ nano, http://www.ebook.edu.vn.

15. Bùi Cách Tuyết (2000), Bảo vệ thực vật, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

16. Viện Thổ nhƣỡng nông hoá (1999), Sổ tay phân tích đất nước phân bón và cây

trồng, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.

17. Võ Thành Vinh (2006), Nghiên cứu quá trình xử lý một số chất độc quân sự bằng

phương pháp ôxi hoá điện hoá, Luận án Tiến sỹ.

Tiếng Anh

18. Agency for Toxic Substances & Disease Registry, (2002), Toxicological Profile 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.

http://www.ebook.edu.vn/

http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp35.pdf



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 collected

in the vicinity of a pesticide stockpile in North VietNam" VietNam National

University, HaNoi, Journal of Science - Natural Sciences and Technology, Vol. 26,

No 5S, 2010, p. 696-702.

24. Efecan N. and Shahwan T., Ahmet E., Eroglu A.E., Lieberwirth (2009) "Characte-

rization of the uptake of aqueous Ni2+

ions on nanoparticles of zero- valent iron

(nZVI)”, Desalination 249,1048- 1054.

25. Glavee G.H., Klabunde K.J, Sorensen Ch.M.& Hadjipanayis G. (1995), Chemistry

of borohydride reduction of iron(II) and iron(III) in aqueous and nonaqueous

media. Formation of nanoscale Fe, FeB, and Fe

2B powders. Inorg. Chem. Vol.

34, pp. 28-35

26. Heesu Park, Yong-Min Park, Kyoung-Min Yoo and Sang-Hyup Lee (2009),

Reduction of nitrate by resin-supported nanoscale zero-valent iron, Water Science

& Technology—WST Vol 59 No 11 pp 2153–2157.

27. Hui Chen, Ronny Berndtsson, Mingguang Ma, Kun Zhu (2008), Characterization

of insolubilized humic acid and its sorption behaviors, http://www.springerlink.

com/content/e0158x36q7146647/.

28. Kuo-Cheng Huang and Sheryl H. Ehrman (2006), Synthesis of Iron Nanoparticles

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),

Characterization of the adsorption behaviour of aqueous Cd(II) and Ni(II) ions on

nanoparticles of zero-valent iron, School of Engineering and Science of İzmir

Institute of Technology in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of

master of science in Chemistry.

34. National Academy of Sciences (1993), Alternative technologies for the destruction

of Chemical Agents and Munitions, Committee on alternative chemical demilita-

rizeation on army science and technology commission on engineering and technical

systems national research council, Washington, D.C.

35. Patanjali Varanasi, Andres Fullana, Sukh Sidhu (2007), “Remediation of PCB con-

taminated soils using iron nano-particles”, Chemosphere 66, 1031-1038.

36. Salomons.W; W.M.Stigliani (1995), Biogeodynamics of pollutants in soils and se-

diments, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

37. Schaumburg, IL 60173, (2005), “RNIP Reactive Nanoscale Iron Particles for rapit

remediation of contaiminated groundwater and soil”, Toda America Inc.



38. Shah, M. M.; Barr, D. P.; Chung, N.; Aust S.D., (1992),“ Use of white rot fungi 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:

An overview ”, Journal of Nanoparticle Research 5: 323–332.

44. Xiaomin Dou, Rui Li, Bei Zhao, Wenyan Liang(2010), ―Arsenate removal from

water by zero-valent iron/activated carbon galvanic couples”. Journal of Hazar-

dous Materials 182, 108–114.

45. Xiao-qin Li, Daniel W. Elliott, and Wei-xian Zhang (2006), ―Zero-Valent Iron

Nanoparticles for Abatement of Environmental Pollutants: Materials and Eng-

ineering Aspects” . Solid State and Materials Sciences 31, 111–122.

46. Yang-hsin Shih, Chung-yu Hsu, Yuh-fan Su (2011), “Reduction 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.



PHỤ LỤC

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6uV(x1,000,000)

21.3

22

23.9

0024

.252

24.3

9525

.063

25.5

2025

.681

26.3

2726

.557

26.6

0826

.978

27.3

7127

.507

34.4

29

35.2

25

Hình PL1. Sắc đồ mẫu nước bị gây nhiễm DDT nhân tạo chưa xử lý

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 min-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

uV(x1,000)

Hình PL2. Sắc đồ mẫu nước bị gây nhiễm DDT nhân tạo tại pH = 3 được xử lý sau

24 giờ bằng Fe0 nano

uVx1.000.000

uVx1.000



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0uV(x10,000)



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0uV(x10,000)



uVx10.000

uVx10.000



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

uV(x10,000)

0.61

40.

755

19.5

57

26.6

1526

.694

26.7

5026

.765

26.8

3626

.974

27.3

7627

.438

35.2

67

Hình PL5. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân chưa được xử lý

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

3.00

3.25

3.50

3.75

4.00uV(x100,000)

0.01

1 0.0

160.

013

4.80

2 0.02

50.

013 0.

012

0.03

10.

014

0.05

393

.449

0.52

90.

115

0.56

40.

353

Hình PL6. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân được xử lý bằng Fe0 nano sau 10

ngày với tỷ lệ Fe0 nano/DDT là 205/1

uVx10.000

uVx10.000



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50uV(x10,000)

0.51

8 21.4

5021

.474

25.5

3125

.686

26.9

7327

.347

27.3

79

29.8

0229

.827

Hình PL7. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân đã được bổ sung thêm DDT và

chưa được xử lý

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

uV(x10,000)

0.03

40.

151

21.5

1921

.660 25

.537

25.6

9025

.738

26.6

8326

.973

30.5

32

31.5

2931

.584

31.9

6832

.025

34.2

47

35.1

18

Hình PL8. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân đã bổ sung thêm DDT và

được xử lý bằng Fe0 nano sau 40 ngày, với tỷ lệ Fe

0 nano/DDT = 4

uVx10.000

uVx10.000



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50uV(x10,000)

0.54

7

0.64

8

0.73

1

0.53

70.

611

1.02

3

0.50

9 7.70

21.

445

0.55

935

.994

1.04

210

.098 38

.554



0 nano/DDT = 12

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min

-0.75

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

uV(x10,000)

0.49

60.

881

19.1

75

25.5

3725

.690

26.8

7326

.973

27.1

6727

.250



0 nano/DDT = 4, tại pH = 3

uVx10.000

uVx10.000



19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 min-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

uV(x10,000)

23.0

21

25.4

05

25.4

43

25.5

31

25.6

84

25.9

07

26.8

18

26.9

73

27.2

67 2

7.31

427

.403




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

uV(x10,000)

0.61

40.

755

19.5

57

26.6

1526

.694

26.7

5026

.765

26.8

3626

.974

27.3

7627

.438

35.2

67




uVx10.000

uVx10.000



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50uV(x10,000)

Hình PL13. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân đã bổ sung thêm DDT và 400%

axit humic, được xử lý bằng Fe0 nano sau 20 ngày, với tỷ lệ Fe

0 nano/DDT = 4

uVx10.000



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

uV(x1,000)

Hình PL14. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân, được xử lý bằng Fe0 nano ngoài

thực địa sau 90 ngày, bằng phương pháp chuyển vị với tỷ lệ Fe0 nano/DDT = 4

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 min

-2.25

-2.00

-1.75

-1.50

-1.25

-1.00

-0.75

-0.50

-0.25

0.00

0.25

uV(x10,000)

Hình PL15. Sắc đồ mẫu đất nền kho Hương Vân, được xử lý bằng Fe0 nano ngoài

thực địa sau 90 ngày, bằng phương pháp tại chỗ với tỷ lệ Fe0 nano/DDT = 4

uVx1.000

uVx10.000



Đào phẫu diện tại nền kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật, lấy mẫu đất để

phân tích một số tính chất cơ bản của đất và sự tồn dƣ hóa chất BVTV



Một số hình ảnh đo đạc, lấy mẫu tại nơi bố trí thí nghiệm ngoài thực địa



Các ống nhựa PVC đã khoan lỗ để sử dụng trong xử lý DDT ngoài thực

địa bằng phƣơng pháp tại chỗ

Đào đất và khoan lỗ để bố trí thí nghiệm xử lý DDT ngoài thực địa bằng

phƣơng pháp chuyển vị và tại chỗ



Tƣới Fe0 nano vào đất đã đào để xử lý DDT bằng phƣơng pháp chuyển vị

Đổ Fe0 nano vào các ống nhựa PVC để xử lý DDT bằng phƣơng pháp tại chỗ

Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano đề xử lý Diclodiophenyltricloetan (DDT)...

Documents

Transcript of Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano đề xử lý Diclodiophenyltricloetan (DDT)...