BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Vũ Thị Vui
PHÂN TÍCH NỒNG ĐỘ HYDROCARBON ĐA VÒNG THƠM
(PAHs) TRONG KHÔNG KHÍ TẠI HÀ NỘI THEO ĐỘ CAO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG,
SỬ DỤNG THIẾT BỊ GC-MS
LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC
Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Vũ Thị Vui
PHÂN TÍCH NỒNG ĐỘ HYDROCARBON ĐA VÒNG THƠM
(PAHs) TRONG KHÔNG KHÍ TẠI HÀ NỘI THEO ĐỘ CAO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG,
SỬ DỤNG THIẾT BỊ GC-MS
Chuyên ngành : Hóa Phân tích
Mã số
: 8440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Hướng dẫn: TS. Phan Quang Thăng
Hà Nội - 2021
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu trong luận văn này là công trình
nghiên cứu của tôi dựa trên những tài liệu, số liệu do chính tôi tự tìm hiểu
và nghiên cứu. Chính vì vậy, các kết quả nghiên cứu đảm bảo trung thực và
khách quan nhất. Đồng thời, kết quả này chưa từng xuất hiện trong bất cứ
một nghiên cứu nào. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
nếu sai tôi hoàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, 11/2021
Tác giả
Vũ Thị Vui
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Viện Công nghệ môi trường, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp
này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự động viên
và giúp đỡ rất lớn của nhiều cá nhân và tập thể.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Quang Thăng và các cán
bộ thuộc Phòng Phân tích chất lượng môi trường/Viện Công nghệ môi
trường/Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã tạo điều kiện, hướng
dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Quỹ phát triển khoa học công nghệ Quốc gia
(Nafosted) đã tài trợ cho nghiên cứu này (mã số đề tài 104.04-2020.20).
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, Phòng Đào tạo cùng các thầy,
cô giáo trong Học viện Khoa học và Công nghệ đã đào tạo và giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Tôi trân trọng và biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã động viên và
giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt thời gian qua để hoàn thiện luận
văn này.
Hà Nội, 11/2021
Tác giả
Vũ Thị Vui
iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ
viết tắt
Tên tiếng Việt
Tên tiếng Anh hoặc tên khoa học
GC/MS
Sắc ký khí – quang khối
phổ
Gas chromatography – Mass
spectrometry
HPLC
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
High Performance Liquid
Chromatography
HSTH
Hiếu suất thu hồi
IUPAC
Liên minh Quốc tế về Hóa
học cơ bản và Hóa học ứng
dụng
IARC
Tổ chức Quốc tế về Nghiên
cứu Ung thư
LLE
Phương pháp chiết lỏng
lỏng
Liquid – Liquid extraction
SPE
Phương pháp chiết pha
rắn
Solid - Phase Extraction
PAHs
Hydrocarbon đa vòng
thơm
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
PBDEs
Polybrom Diphenyl Ete
Polybrominated diphenyl ethers
PCA
Phương pháp phân tích
thành phần chính
Principal components analysis
PUF
Bọt Polyurethan
Polyurethane foam
PCBs
Hợp chất hữu cơ đa vòng
thơm có chứa Clo
Polychlorinated biphenyls
POPs
Hợp chất hữu cơ khó phân
hủy
Persistant Organic Pollutants
International Union of Pure and
Applied Chemistry
iv
Chữ
viết tắt
Tên tiếng Việt
Tên tiếng Anh hoặc tên khoa học
QA
Đảm bảo chất lượng
Quality Assurance
QC
Kiểm soát chất lượng
Quality Control
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
National Technical Reguilation
R%
Độ thu hồi
Recovery
RSD
Độ lệch chuẩn tương đối
Relative standard deviation
SD
Độ lệch chuẩn
Standard Deviation
TLC
Sắc ký lớp mỏng
Thin layer chromatography
TEF
Hệ số độc tương đương
Equivalent toxicity factor
ECR
Nguy cơ ung thư vượt mức
Excessive cancer risk
v
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của một số PAHs điển hình .............................. 4
Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị GC/MS................................................... 21
Hình 2.1. Hệ thu mẫu thụ động tại tòa nhà Pride - Hà Đông (a) cùng đĩa PUF
trước và sau 1 tháng treo mẫu (b) ................................................................... 31
Hình 2.2. Chương trình nhiệt độ lò cột quá trình chạy mẫu ........................... 32
Hình 3.1. Hệ số thu mẫu cho từng cấu tử PAHs ............................................. 37
Hình 3.2. Hiệu suất thu hồi của dung môi tách chiết ...................................... 38
Hình 3.3. Hiệu suất thu hồi mẫu sau khi làm sạch .......................................... 40
Hình 3.4. Thành phần % theo nồng độ từng PAH trong không khí ............... 41
Hình 3.5. Nồng độ PAHs theo nhóm nhân vòng thơm ................................... 42
Hình 3.6. Nồng độ PAHs trong không khí theo độ......................................... 43
Hình 3.7. Thành phần các chất PAHs (ng/m3) trong mẫu không khí ............. 44
Hình 3.8. Tỷ lệ đồng phân BaA/(BaA + Chr) và Flt/(Flt + Pyr) khu vực
nghiên cứu với các ngưỡng tương ứng nguồn gốc phát thải ........................... 45
Hình 3.9. Kết quả phân tích thành phần chính PCA ....................................... 46
Hình 3.10. Nồng độ BaPeq phân bố theo tầng ................................................. 48
Hình 3.11. Chỉ số nguy cơ ung thư vượt mức (ECR) phân bố theo tầng ....... 48
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của PAHs điển hình ................................... 6
Bảng 1.2. Khả năng gây ung thư, đột biến gen và hệ số độc tương đương của
một số PAHs.................................................................................................... 25
Bảng 2.1. Thông số chất chuẩn gốc ................................................................ 28
Bảng 2.2. Thông tin về chất chuẩn đồng hành Z-014J ................................... 30
Bảng 3.1. Các thông số hóa lý của PAHs cho tính toán hệ số thu mẫu .......... 35
vii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HYDROCACBON ĐA VÒNG THƠM ......................3
1.1.1. Tổng quan về PAHs ..................................................................................3
1.1.2. Tính chất hóa lý của PAHs .......................................................................4
1.1.3. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường .........................................8
1.1.4. Độc tính và ảnh hưởng của PAHs đến môi trường sống ........................11
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PAHs TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ..................12
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...........................................................12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................15
1.3. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU THỤ ĐỘNG VÀ HỆ SỐ LẤY MẪU ...............16
1.3.1. Phương pháp lấy mẫu không khí thụ động .............................................16
1.3.2. Hệ số lấy mẫu ..........................................................................................18
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PAHs TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG
KHÍ ............................................................................................................................18
1.4.1. Sắc ký lớp mỏng (TLC) ..........................................................................18
1.4.2. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) .........................................................19
1.4.3. Sắc ký khí - khối phổ (GC/MS) ..............................................................20
1.5. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs ...........................21
1.5.1. Dựa vào phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) .....................22
1.5.2. Phương pháp tỉ lệ đồng phân PAHs ........................................................22
1.6. RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM TỚI CON NGƯỜI ..............................23
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................27
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................27
2.2. THÔNG TIN VỊ TRÍ LẤY MẪU ......................................................................27
2.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ...........................................................27
viii
2.3.1. Thiết bị và dụng cụ..................................................................................27
2.3.2. Hóa chất ..................................................................................................28
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................30
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu..............................................................................30
2.4.2. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu ......................................................31
2.4.3. Phương pháp kiểm soát (QA/QC) ...........................................................32
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu.......................................................................34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................35
3.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU,
PHÂN TÍCH MẪU ...................................................................................................35
3.1.1. Tính toán hệ số thu mẫu ..........................................................................35
3.1.2. Ảnh hưởng của dung môi tách chiết mẫu ...............................................37
3.1.3. Khảo sát quá trình làm sạch ....................................................................39
3.2. NỒNG ĐỘ PAHs TRONG KHÔNG KHÍ ........................................................40
3.2.1. Nồng độ PAHs trong không khí ..............................................................40
3.2.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong không khí theo độ cao ..............42
3.3. BƯỚC ĐẦU XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs ..................................44
3.3.1. Dựa vào tỷ lệ của các PAH .....................................................................44
3.3.2. Phân tích thành phần chính (PCA) ..........................................................46
3.4. ĐÁNH GIÁ RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHI TÁC ĐỘNG TỚI CON
NGƯỜI ......................................................................................................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................51
PHỤ LỤC .................................................................................................................56
1
MỞ ĐẦU
Các hydrocacbon đa vòng thơm (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons PAHs) là một nhóm hợp chất có chứa 2 hoặc nhiều vòng benzen, chúng có độc
tính và khả năng tích lũy sinh học cao, có mặt khắp nơi trong môi trường (đất,
nước, sinh vật, các lớp trầm tích và đặc biệt trong không khí). Phơi nhiễm PAHs
còn có thể gây ra những tác động tiêu cực đến nhiều hệ cơ quan và các chức
năng miễn dịch, thần kinh, sinh sản và phát triển ở sinh vật [1]. Phần lớn PAHs
được hình thành và phát sinh trong các quá trình đốt cháy không hoàn toàn, một
phần khác tồn tại trong các sản phẩm dầu mỏ và phát thải vào môi trường thông
qua sự cố tràn dầu. Bên cạnh đó, PAHs cũng có thể được hình thành một cách
tự nhiên qua các hoạt động của sinh vật (ví dụ như perylene). PAHs còn và
được tổng hợp để sử dụng làm thành phần trong quá trình sản xuất thuốc trừ
sâu, sắc tố, chất nhuộm, nhựa và dược phẩm [2, 3]. Cơ quan bảo vệ môi trường
Mỹ (USEPA) đã xếp PAHs vào nhóm những chất ô nhiễm điển hình và tiến
hành kiểm soát sự có mặt của PAHs trong các hệ sinh thái dưới nước cũng như
trên cạn. Phân tích đánh giá hàm lượng, thành phần PAHs trong không khí ở
nước ta vẫn còn rất hạn chế, đặc biệt là trong pha khí, các nghiên cứu PAHs
trong không khí chủ yếu được nghiên cứu bằng cách lấy mẫu trực tiếp ở tầm
thấp với thời gian ngắn, lượng mẫu lấy ít do thiết bị lấy mẫu còn hạn chế.
Những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa nhanh tạo ra nhiều không gian
sống và cơ sở hạ tầng, bên cạnh đó làm cho chất lượng sống và môi trường
không khí càng giảm đi. Mật độ dân cư và phương tiện giao thông tập trung
trong một không gian hẹp làm cho vấn đề ô nhiễm không khí tại các đô thị ngày
càng được quan tâm ở Việt Nam và trên thế giới. Việc xác định nồng độ PAHs
trong không khí phân bố theo cao độ tại các đô thị như thành phố lớn như Hà
Nội chưa được quan tâm nghiên cứu.
Xuất phát từ tính cấp thiết trên, đề tài: ‘‘Phân tích nồng độ hydrocacbon
đa vòng thơm (PAHs) trong không khí tại Hà Nội theo độ cao bằng phương
pháp lấy mẫu thụ động, sử dụng thiết bị GC-MS’’ đã được lựa chọn với nội dung
nghiên cứu chính như sau:
- Khảo sát các điều kiện tách chiết, làm sạch, điều kiện phân tích trên
thiết bị GC-MS tối ưu để phân tích PAHs trong mẫu không khí.
2
- Tính toán được hệ số thu mẫu cho từng chất PAHs trong điều kiện khí
tượng của Việt Nam.
- Phân tích đánh giá sự phân bố nồng độ PAHs theo độ cao tại khu vực
tòa nhà The Pride - Hà Đông.
- Bước đầu xác định được nguồn gốc phát thải các PAHs.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HYDROCACBON ĐA VÒNG THƠM
1.1.1. Tổng quan về PAHs
PAHs là những hợp chất hữu cơ ngày càng được quan tâm bởi các nhà
khoa học và nhà quản lý vì những mối nguy cơ gây độc cho con người và hệ
sinh thái. Phần lớn chúng được sinh ra do các hoạt động của người, nên nếu
không có nhận thức đúng đắn và giảm thiểu sự phát thải thì con người phải đối
mặt với nguy cơ rủi ro ảnh hưởng tới sức khỏe ngày càng cao, đặc biệt là tại
các đô thị lớn. Chúng rất phổ biến trong các thành phần môi trường, bền và có
cấu trúc đa dạng. PAHs có khả năng tích lũy sinh học nên đi vào các chuỗi thức
ăn, có thể xâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua đường ăn uống và
hít thở.
PAHs là những hydrocacbon đa vòng thơm được cấu tạo từ 2 hay nhiều
nhân benzen nối trực tiếp với nhau, trong phân tử chứa nguyên tố cacbon và
hydro. Theo cấu tạo PAHs được chia làm hai nhóm: PAHs phân tử lượng thấp
có hai hoặc ba vòng cấu trúc (VD như: naphthalene, acenaphthene,
acenaphthylene, fluorene, phenanthrene, và anthracene), PAHs phân tử lượng
cao có bốn, năm hoặc sáu vòng trong cấu trúc (VD như: benzo(g,h,i)perylene,
fluoranthene, pyrene, benzo(a)anthracene, chrysene, benzo(b) flouranthene,
benzo(k)fluoranthene,
benzo(a)pyrene,
Indeno(1,2,3-c,d)pyrene
và
dibenzo(a,h)anthracene). Hình 1.1 thể hiện công thức cấu tạo của 16 PAHs điển
hình theo EPA của Mỹ.
Naphthalene
Fluorene
Acenaphthene
Phenanthrene
Acenaphthylene
Anthracene
4
Benzo(a)anthracene
Chrysene
Pyrene
Fluoanthene
Benzo(a)pyrene
Benzo(k)fluoranthene
Indeno(1,2,3-c,d)pyrene
Benzo(b)fluoranthene
Dibenz(a,h)anthracene
Benzo(g,h,i)perylene
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của một số PAHs điển hình
1.1.2. Tính chất hóa lý của PAHs
Có hàng trăm PAHs riêng rẽ được phát thải vào môi trường không khí
trong quá trình cháy không hoàn toàn hoặc nhiệt phân các chất hữu cơ. Khoảng
90% PAHs phát thải do hoạt động của con người là từ hoạt động công nghiệp,
giao thông, các thiết bị đun nấu trong gia đình và quá trình đốt cháy nhiên liệu
hóa thạch [4]. Trong số những PAHs phát sinh từ phương tiện giao thông, có
nhiều PAHs là các chất gây ung thư, đột biến gen đối với con người theo quy
định của Cơ quan quốc tế nghiên cứu về bệnh ung thư và Cục Bảo vệ Môi
5
trường Mỹ [5, 6]. Tùy vào tính chất vật lý và hóa học của từng chất mà PAHs
có thể tồn tại trong không khí ở pha khí hoặc hấp phụ trên các hạt bụi. Những
PAHs có cấu trúc phân tử ít hơn 4 vòng benzen được tìm thấy nhiều ở pha khí,
trong khi đó các PAHs có cấu trúc phân tử nhiều hơn 4 vòng benzen là các chất
có khả năng gây ung thư, đột biến gen cao đa số hấp phụ trên các hạt bụi [7].
Đáng chú ý nhất trong nhóm này là benzo(a)pyren (C20H12). US-EPA đã liệt kê
16 chất PAHs trong danh sách các chất ô nhiễm cần được ưu tiên nghiên cứu.
Đặc biệt, Benzo[a]pyrene, một hợp chất PAHs với 5 vòng thơm, được Tổ chức
Quốc tế về Nghiên cứu Ung thư (IARC) phân loại vào nhóm 1 (chất gây ung
thư ở người) và nhiều chất PAHs cũng như dẫn xuất khác của chúng được liệt
kê vào nhóm 2A và 2B (chất có khả năng gây ung thư).
1.1.2.1. Tính chất vật lý
Các PAHs nguyên chất là chất rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng
nhạt ở nhiệt độ phòng và có mùi thơm, tuy nhiên mùi thơm khác nhau tùy thuộc
từng đoạn mạch của vòng thơm. Tính chất thơm này chịu ảnh hưởng của số và
vị trí các vòng thơm mà có cấu tạo giống vòng benzen. Ngoài ra, PAHs có áp
suất hơi thấp, giảm dần theo khối lượng phân tử tăng, có nhiệt độ sôi, nhiệt độ
nóng chảy cao. Ngoại trừ naphtalen, các PAHs rất ít tan trong nước, độ tan
giảm theo khối lượng phân tử tăng, nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ thân
dầu vì chúng có tính ưa mỡ cao. Các phân tử PAHs có khả năng hấp thụ quang
phổ trong vùng tử ngoại rất lớn ở nhiều dải hấp thụ khác nhau và mỗi vòng chỉ
hấp thụ trong một dải bước sóng duy nhất. Đặc điểm này thường được ứng
dụng để định tính PAHs. Hầu hết các phân tử PAHs đều có đặc tính phát huỳnh
quang và tính bán dẫn. Thông thường PAHs hấp thụ yếu tia hồng ngoại có
bước sóng nằm trong khoảng 7-14 μm. Một số tính chất vật lý của các PAHs
điển hình được cho trong bảng 1.1.
6
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của PAHs điển hình
TT
Tên gọi
Viết
tắt
CTPT,
KLPT
(g/mol)
Độ tan
Nhiệt độ
trong nước
nóng
ở 25oC
chảy (oC)
(µg/L)
Màu
Nhiệt
độ sôi
(oC)
Trắng
81
217,9
3,17.104
Vàng
92-93
280
Không tan
Trắng
95
279
3,93.103
Trắng
115
295
1,98.103
Không
màu
100,5
340
1,29.103
Không
màu
216,4
342
73
Vàng
nhạt
108,8
375
260
Không
màu
150,4
393
135
Không
màu
160,7
400
14
Không
màu
253,8
448
2,0
C10H8
1
Naphthalene
Naph
128
C12H8
2
Acenaphthylene
Acy
152
C12H10
3
Acenaphthene
Ace
154
C13H10
4
Fluorene
Flu
166
C14H10
5
Phenanthrene
Phe
178
C14H10
6
Anthracene
Ant
178
C16H10
7
Fluoranthene
Flt
202
C16H10
8
Pyrene
Pyr
202
C18H12
9
Benzo (a)anthracen
BaA
228
C18H12
10
Chrysene
Chr
228
7
TT
Tên gọi
11
Benzo(b)fluoranthe
ne
12
Benzo(k)fluoranthe
ne
Viết
tắt
CTPT,
KLPT
(g/mol)
C20H12
BbF
252
C20H12
BkF
252
C20H12
13
Benzo(a)pyrene
BaP
252
14
15
16
C22H14
Dibenzo(a,h)anthra
cene
DahA
Benzo(g,h,i)peryle
ne
BghiP
Indeno(1,2,3c,d)py
rene
IcdP
278
C22H12
276
Độ tan
Nhiệt độ
trong nước
nóng
ở 25oC
o
chảy ( C)
(µg/L)
Màu
Nhiệt
độ sôi
(oC)
Không
màu
168,3
481
1,2
Vàng
nhạt
215,7
480
0,76
Hơi
vàng
178,1
496
3,8
Không
màu
266,6
524
0,5 (27oC)
Vàng
nhạt
278,3
545
0,26
Vàng
163,6
536
62
C22H12
276
1.1.2.2. Tính chất hóa học
Các PAHs tương đối trơ về mặt hoá học do được cấu tạo từ những vòng
benzen nên PAHs có tính chất của hydrocacbon thơm. Chúng có thể tham gia
phản ứng thế, phản ứng cộng và phản ứng oxy hóa. Ngoài ra, chúng bị phân
hủy quang học trong không khí, tạo thành nhiều sản phẩm oxi hóa, bao gồm
quinon và endopeoxit. Nhiều hợp chất quinon đã được tìm thấy trong bụi khí
đô thị và được xem là sản phẩm của quá trình quang phân. PAHs có thể hình
thành các dẫn xuất nitơ, sunfinic và axit sunfonic, phản ứng với ozon và gốc
hydroxyl trong không khí. Việc tạo thành hợp chất nitro - PAHs là rất nghiêm
trọng vì các hợp chất này có thể có hoạt tính sinh học và gây đột biến gen. Một
số PAHs được sử dụng để sản xuất thuốc nhuộm, polyme, thuốc bảo vệ thực
vật, trong công nghiệp dược phẩm [8, 9].
8
Phản ứng oxy hóa bởi oxy không khí với xúc tác bởi ảnh mặt trời xảy ra
chậm. Đây là một phản ứng phân hủy quan trọng trong quá trình phân hủy
PAHs. Những phản ứng này gây ra bởi oxygen đơn nguyên tử (O), gốc
hydroxyl (OH), ozon và những chất tương tự trong môi trường. Hai tác nhân
chính trong môi trường không khí đô thị là gốc OH và ozon, ngược lại oxygen
đơn nguyên tử trở nên chiếm ưu thế hơn trong tiến trình hóa học phân hủy
PAHs trong môi trường nước. Những phản ứng này sinh ra hợp chất oxy hóa
phát tán ra khí quyển và hấp thụ trên các hạt bụi. Nhiều hợp chất quinon bao
gồm cả BaP-1,6; BaP-3,6; BaP-6; BaP-12 dione đã được tìm thấy trong bụi
không khí đô thị và được xem là sản phẩm của quá trình quang phân.
Nhiều PAHs biến đổi trong nước do ảnh hưởng của ánh sáng, những
oxygen đơn nguyên tử cũng đóng vai trò quan trọng trong những phản ứng
này. Sản phẩm của phản ứng ozon hóa trong dung dịch nước cũng có thể được
đặc biệt quan tâm do việc sử dụng ozon làm sạch nước thải. Thời gian tiếp xúc
ngắn cũng đủ loại bỏ một phần đáng kể PAHs hiện diện trong dung dịch. Do
sự tham dự của phản ứng quang hóa, cần thiết phải bảo quản mẫu khỏi ánh
sáng, các phản ứng hình thành dẫn xuất với NOx tạo thành Nito - PAHs sẽ gây
nguy hiểm nhiều hơn nhiều.
1.1.3. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường
Quá trình hình thành các hợp chất PAHs trong môi trường có nhiều
nguyên nhân, tuy nhiên PAHs được phát thải từ hai nguồn chính: nguồn tự
nhiên và do hoạt động của con người. Sau khi được phát thải vào bầu khí quyển,
PAH được tìm thấy trong hai pha riêng biệt, đó là pha khí và pha bụi.
1.1.3.1. Nguồn tự nhiên
PAHs có thể được phát thải từ các quá trình tự nhiên như cháy rừng, núi
lửa phun trào [5]. Tại nhiều nơi, cháy rừng và núi lửa phun là hai nguồn phát
thải chính PAHs vào môi trường. Tại Canada, mỗi năm cháy rừng phát thải
khoảng 200 tấn PAHs và núi lửa phun phát thải khoảng 1,2-1,4 tấn
benzo(a)pyrene [10].
Trong dầu thô hàm lượng trung bình của PAHs là 2,8% [10]. Những vụ
tràn dầu và hoạt động khai thác chế biến dầu mỏ là nguồn chủ yếu phát sinh
PAHs trong môi trường nước.
9
Quá trính đốt cháy các chất hữu cơ tạo ra PAHs và phát tán vào môi
trường qua bụi thải hoặc cặn dư. PAHs còn có thể được hình thành tự nhiên
bằng nhiều hình thức: nhiệt phân các chất hữu cơ ở nhiệt độ cao, sự trầm tích
các chất hữu cơ ở nhiệt độ và và thấp để hình thành nhiên liệu, và từ quá trình
tổng hợp sinh học trực tiếp từ vi khuẩn và thực vật. PAHs có thể được tổng
hợp từ sinh vật. Nhiều hợp chất dạng này tương tự như PAHs vì chúng có
chứa những nhóm thế oxygene, nitrogene, hoặc lưu huỳnh.
1.1.3.2. Nguồn gốc nhân tạo
Các hoạt động của con người là nguyên nhân chủ yếu gây phát thải PAHs
vào trong không khí. Nguồn này gồm các dạng chính sau:
Quá trình sản xuất công nghiệp: phát thải từ quá trình này là không đáng
kể. Chỉ một số ít PAHs được sản xuất vì mục đích thương mại bao gồm:
naphthalen, acenaphthene, fluorene, anthracene,... Các PAHs này được dùng
để sản xuất thuốc nhuộm, chất màu, các chất hoạt động bề mặt và thuộc da,
thuốc trừ sâu,... Trong đó, sản phẩm công nghiệp quan trọng nhất là napthalene.
Nó được sử dụng trực tiếp làm chất chống gián, nấm, côn trùng, mối mọt trong
tủ quần áo. Các sản phẩm PAHs trên có thể được chế biến từ than, nhựa than
đá. Naphthalene có thể được phân tách từ quá trình nhiệt phân cặn dầu, olefin...
Quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm của than đá và dầu mỏ: Quá
trình hóa lỏng hoặc khí hóa than đá, tinh chế dầu, nhựa than đá, nhựa rải đường
từ các loại nhiên liệu hóa thạch có thể sinh ra một lượng lớn PAHs.
Quá trình cháy không hoàn toàn bao gồm việc sử dụng nhiên liệu than
đá, than tổ ong,...để đun nấu và phục vụ các mục đích của các hộ gia đình; các
nguồn công nghiệp và giao thông,... Trong đó, các quá trình công nghiệp bao
gồm: sản xuất điện đốt than, dầu, các lò đốt rác thải, sản xuất nhôm, sắt, thép.
Nguồn giao thông sử dụng nhiên liệu xăng, dầu, động cơ diesel cũng đóng góp
một phần lớn vào sự phát thải PAHs vào không khí. Lượng PAHs được phát
thải vào không khí từ các dạng nguồn này có sự dao động lớn và phụ thuộc vào
một số yếu tố như loại nhiên liệu, điều kiện đốt.
Quá trình sản xuất nông nghiệp: Sự bay hơi các loại hóa chất bảo vệ thực
vật sử dụng trong nông nghiệp là nguồn chính phát thải PAHs vào môi trường.
Ngoài ra còn do quá trình rang sấy nguyên liệu, đốt rơm rạ, thân cây họ đậu…
10
Tại Trung Quốc, lượng PAHs phát sinh từ đốt rơm rạ ước tính 110 - 126
tấn/năm và từ đốt thân cây họ đậu phát thải từ 13- 26 tấn/năm [10]. Lượng
PAHs phát thải vào không khí từ hoạt động nông nghiệp dao động rất lớn, phụ
thuộc vào một số yếu tố như loại nhiên liệu, điều kiện đốt và các biện pháp
kiểm soát được ứng dụng.
Tại Bắc Kinh (Trung Quốc), khí thải giao thông, đặc biệt là khói phát
sinh từ phương tiện sử dụng động cơ diesel và khói từ bếp lò đốt than trong hộ
gia đình là những nguồn đóng góp chính vào nồng độ PAHs ở quốc gia này
[10]. Còn ở Mexico, các kết quả khảo sát cho thấy khói thải từ giao thông và từ
lò đốt gỗ, đốt rác là các nguồn quan trọng phát sinh PAHs [10].
1.1.3.3. Phát tán PAHs trong môi trường
Hầu hết các PAHs có mặt trong môi trường được hình thành từ các quá
trình đốt cháy không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ ở nhiệt độ cao, các hoạt
động sinh hoạt và công nghiệp. Tùy vào tính chất vật lý và hóa học của từng
chất mà PAHs có thể tồn tại trong không khí ở pha khí hoặc hấp phụ trên các
hạt bụi. Những PAHs có cấu trúc phân tử ít hơn 4 vòng benzen được tìm thấy
nhiều ở pha khí, trong khi đó các PAHs có cấu trúc phân tử nhiều hơn 4 vòng
benzen là các chất có khả năng gây ung thư, đột biến gen cao đa số hấp phụ
trên các hạt bụi [7]. PAHs không tồn tại riêng lẻ trong môi trường không khí
mà được hấp phụ trên các hạt bụi lơ lửng có kích thước trung bình lớn hơn
10µm. Trong môi trường nước, PAHs phát tán qua quá trình tổng hợp sinh học,
tràn hoặc rò rỉ nhiên liệu, xả nước thải sinh hoạt và công nghiệp, trong đó tràn
dầu là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến ô nhiễm PAHs trong môi trường nước...
PAHs tồn tại rất phổ biến trong môi trường không khí ở hai dạng: hấp
thụ trên các hạt bụi lơ lửng và ở dạng khí. Nồng độ PAHs phụ thuộc vào nhiều
yếu tố khác nhau như nhiệt độ, lượng mưa, lượng tuyết rơi, ánh sáng... Ở các
vùng đô thị, nồng độ PAHs trong không khí cao hơn những vùng xa xôi hẻo
lánh do chúng gần với các khu công nghiệp, mật độ giao thông đông đúc hơn,...
Theo nghiên cứu tại Úc, nồng độ PAHs trong không khí vào mùa đông thường
cao hơn các mùa khác [11]. Nguyên nhân: lượng than, củi dùng để sưởi ấm
được sử dụng nhiều hơn, điều kiện nhiệt độ và giá băng làm giảm khả năng
phân tán của chất ô nhiễm.
- Xem thêm -
.PDF 
77 
1 
114 
