Tài liệu Nghiên cứu khả năng ứng dụng fe0 nano trong xử lý đất nhiễm 2,4 dichlorophenoxyacetic và 2,4,5 trichlorophenoxyacetic

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐÀM TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Fe0 NANO TRONG XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM 2,4-DICHLOROPHENOXYACETIC VÀ 2,4,5-TRICHLOROPHENOXYACETIC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐÀM TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Fe0 NANO TRONG XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM 2,4-DICHLOROPHENOXYACETIC VÀ 2,4,5-TRICHLOROPHENOXYACETIC Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số:60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LÊ ĐỨC Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lê Đức và NCS. Phạm Việt Đức đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ lãnh đạo, chỉ huy Viện Hóa học – Môi trƣờng Quân sự/BTL Hóa học đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi học tập nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm sâu sắc của tập thể Trạm Quan trắc Miền Bắc - Viện Hóa học - Môi trƣờng Quân sự đã tạo điều kiện, trong thời gian tôi làm công tác thực hiện thí nghiệm và hoàn thành luận văn của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy, các cô trong Bộ môn Thổ Nhƣỡng và Khoa Môi trƣờng/Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình truyền đạt, trao đổi những kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, cổ vũ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, ngày tháng 1 năm 2016 Đàm Tuấn Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................... Error! Bookmark not defined. Chƣơng 1. TỔNG QUAN ......................................... Error! Bookmark not defined. 1.1. Sự tồn lƣu chất độc da cam/dioxin tại Việt Nam ...... Error! Bookmark not defined. 1.1.1. Khái quát về chất diệt cỏ 2,4-D; 2,4,5-T và chất độc da cam .......... Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Hiện trạng tồn lƣu chất độc da cam/dioxin tại Việt Nam................. Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Các công nghê ̣ đƣơ ̣c nghiên cứu, áp dụng tại Việt NamError! Bookmark not defined. 1.2. Vật liệu Fe0 nano và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm . Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Cơ sở của việc sử dụng vật liệu Fe0 nano. Error! Bookmark not defined. 1.2.2. Phƣơng pháp điều chế vật liệu Fe0 nano .. Error! Bookmark not defined. 1.2.3. Đặc tính của hạt Fe0 nano ......................... Error! Bookmark not defined. Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined. 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu. .................................... Error! Bookmark not defined. 2.1.1. Mẫu nƣớc gây ô nhiễm nhân tạo 2,4-D và 2,4,5-T Error! Bookmark not defined. 2.1.2. Mẫu đất nghiên cứu lấy tại khu Z1 sân bay Biên Hòa - Đồng Nai .. Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Fe0 nano điều chế theo phƣơng pháp hóa học ........ Error! Bookmark not defined. 2.1.4. Axit humic ................................................ Error! Bookmark not defined. 2.2. Nội dung nghiên cứu....................................... Error! Bookmark not defined. 2.3. Phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu ............. Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Phạm vi nghiên cứu .................................. Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Phƣơng pháp thử nghiệm với mẫu nƣớc .. Error! Bookmark not defined. 2.3.3. Phƣơng pháp thử nghiệm với mẫu đất ..... Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Phƣơng pháp thu thập và kế thừa tài liệu . Error! Bookmark not defined. 2.2.5. Các phƣơng pháp phân tích 2,4-D và 2,4,5-T ........ Error! Bookmark not defined. 2.2.6. Phƣơng pháp điều chế và kiểm tra đặc tính của vật liệu Fe0 nano ... Error! Bookmark not defined. Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .... Error! Bookmark not defined. 3.1. Một số đặc tính của vật liệu nghiên cứu Fe0 nano ........ Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Kết quả phân tích phổ nhiễu tia X của mẫu sắt nghiên cứu ............. Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Kết quả đo kích thƣớc hạt thông qua việc chụp TEM... Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Diện tích bề mặt của vật liệu .................... Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Điện tích bề mặt của vật liệu điều chế ..... Error! Bookmark not defined. 3.2. Một số tính chất cơ bản của đất nghiên cứu ... Error! Bookmark not defined. 3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của Fe0 nano trong mẫu nƣớc bị gây nhiễm nhân tạo ................................... Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu quả xử lý .................. Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Khảo sát sự ảnh hƣởng của điều kiện pH tới hiệu quả xử lý ........... Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Khảo sát khả năng xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu Fe0 nano..... Error! Bookmark not defined. 3.4. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng xử lý 2,4-D và 2,4,5T trong mẫu đất nhiễm của Fe0nano ...................... Error! Bookmark not defined. 3.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu quả xử lý .. Error! Bookmark not defined. 3.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu xử lý tới hiệu quả xử lý ............................................................................ Error! Bookmark not defined. 3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của axit humic đến hiệu quả xử lý Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................1 PHỤ LỤC .................................................................. Error! Bookmark not defined. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tổng hợp một số kết quả phân tích dioxin ở một số khu vực bị phun rải ở miền Nam Việt Nam ...................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 1.2. Các điểm tàng trữ chính các chất da cam/dioxin trong thời gian chiến tranh ................................................................ Error! Bookmark not defined. Bảng 1.3.Khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của các dạng hạt nano sắt và hợp chất của sắt ở dạng nano ............................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.1. Phƣơng pháp dung dịch đệm dùng trong thí nghiệmError! Bookmark not defined. Bảng 2.2. Thành phần dung dịch trong thử nghiệm khảo sát với điều kiện pH Error! Bookmark not defined. Bảng 2.3. Thành phần dung dịch trong thử nghiệm khảo sát khả năng xử lý của Fe0 nano với mẫu nƣớc gây nhiễm ....................... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.4. Hàm lƣợng chất ô nhiễm 2,4-D và 2,4,5-T trong mẫu đất nghiên cứu ........................................................................ Error! Bookmark not defined. Bảng 2.5. Thành phần mẫu thử nghiệm khả năng xử lý của Fe0 nano trong mẫu đất ........................................................................ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.1. Kết quả phân tích các thông số cơ bản và hàm lƣợng chất ô nhiễm trong mẫu đất Đ03 ................................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.2. Giới hạn cho phép của dioxin trong một số loại đấtError! Bookmark not defined. Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu nƣớc ở pH = 3Error! Bookmark not defined. Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu nƣớc ở pH = 4Error! defined. Bookmark not Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu nƣớc ở pH = 5Error! Bookmark not defined. Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu nƣớc ở pH = 7Error! Bookmark not defined. Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện pH đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu nƣớc .............. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.8. Kết quả khảo sát khả năng xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của Fe0 nano trong mẫu nƣớc ................................................................ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu đất............. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.10. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng vật liệu Fe0 nano bổ sung đến đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong mẫu đấtError! Bookmark not defined. Bảng 3.11. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của axít humic đến hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu trong mẫu đất ................. Error! Bookmark not defined. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo 2,4,5-T. ........................ Error! Bookmark not defined. Hình 1.2.Sơ đồtổnghợp2,4,5-T. ................................. Error! Bookmark not defined. Hình 1.3. Cơ chếtạo rasảnphẩmphụ2,3,7,8-TCDDtrongquátrìnhtổng hợpchấtdiệtcỏ2,4,5-T. .................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.4.Cấu trúc của 2,4-D. ..................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.5. Quy trình công nghê ̣ rửa giải đất ô nhiễm của BioTrolError! Bookmark not defined. Hình 1.6. Dây chuyền thiết bị xử lý theo công nghệ nghiền bi của Công ty EDL/ New Zealand .................................................. Error! Bookmark not defined. Hình 1.7. Fe0 nano (dạng màng bọc vi nhũ) ............. Error! Bookmark not defined. Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của hạt nano sắt .......... Error! Bookmark not defined. Hình 3.2. Kết quả chụp TEM mẫu Fe nano .............. Error! Bookmark not defined. Hình 3.3. Kết quả chụp SEM mẫu Fe nano .............. Error! Bookmark not defined. Hình 3.5. Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ03 (a) 2,4-D; (b) 2,4,5-T.Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 1: Mối liên hệ tƣơng quan giữa thời gian xử lý hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ở điều kiện pH =3 .............................. Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 2: Mối liên hệ tƣơng quan giữa thời gian xử lý hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ở điều kiện pH =4 .............................. Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 3: Mối liên hệ tƣơng quan giữa thời gian xử lý hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ở điều kiện pH =5 .............................. Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 4: Mối liên hệ tƣơng quan giữa thời gian xử lý hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ở điều kiện pH =7 .............................. Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 5: Mối liên hệ tƣơng quan giữa thời gian xử lý hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ở 4 điểm pH khảo sát ......................... Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 6: Mối liên hệ tƣơng quan giữa điều kiện pH với hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ...................................................... Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 7: Đƣờng đẳng nhiệt đánh giá khả năng xử lý chất ô nhiễm của Fe0 nano, (a), (b) 2,4-D; (c), (d) 2,4,5-T. ....................... Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 8: Mối liên hệ tƣơng quan giữa thời gian xử lý hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ............................................................ Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 9: Mối liên hệ tƣơng quan giữa hàm lƣợng Fe0 nano bổ sung với hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T ........................... Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 10: Mối liên hệ tƣơng quan giữa hàm lƣợng humic trong đất với hiệu quả xử lý, (a) 2,4-D, (b) 2,4,5-T. .......................... Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2,4,5-T 2,4,5 -Trichlorophenoxyacetic 2,4-D 2,4 - Dichlorophenoxyacetic 2,3,7,8-TCDD 2,3,7,8 - Tetrachlorodibenzodioxin AO Chất độc da cam (Agent Orange) BCF Xellulo dạng hạt kết hợp với hydroxit sắt (bead cellulose loaded with iron oxyhydroxit) BET Phƣơng pháp Brunauer Emmett Teller xác định diện tích bề mặt COCs Các hợp chất clo hữu cơ (Chlorinated Organic Compounds) GC-MS Sắc kí khí khối phổ (Gas Chromatography – Mass Spectrometry) HPLC Sắc kí lỏng cao áp (High-Performance Liquid Chromatography) PAA Polyacryamit POPs Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (Persistant Organic Pollutant) SEM Kính hiển vi điện tử quét TEC Trichloroethene TCDD 2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioxin TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) TEQ Tổng nồng độ độc tƣơng đƣơng (Concentration of Toxic Equivalent) VOCs Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Compounds) USDA Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ TÀI LIỆU THAM KHẢO A. Tài liệu tiếng Việt. 1. Hoàng Đình Cầu(2000). A Lưới – Thừa Thiên – Huế, một vùng nghiên cứu và giải quyết hậu quả chất diệt cỏ, phát quang sử dụng trong chiến tranh Đông Dương lần thứ II. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Hà Nội. 2. Phùng Khắc Huy Chú (2012), Đánh giá đặc điểm ô nhiễm dư lượng chất diệt cỏ/dioxin và khả năng phân hủy sinh học tại khu vực ô nhiễm tây sân bay Biên Hòa tỉnh Đồng Nai, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Khoa học Tự Nhiên, Hà Nội. 3. Lê Đức (2012), Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý DDT tồn lưu trong môi trường đất và nước bằng sắt nano, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT. 4. Phạm Việt Đức (2008), Nghiên cứu thử nghiệm áp dụng sắt nano xử lý DDT tồn lưu trong đất ở khu chứa hóa chất bảo vệ thực vật tại xã Định Trung, thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc, Luận văn thạc sĩ, Trƣờng đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN. 5. Hoàng Thị Mỹ Hạnh, Nguyễn Thanh Thủy (2004), Khả năng phân hủy 2,4-D và Dibenzofuran của chủng nấm sợi FDN20, Tạp chí Công nghệ sinh học. 6. Nguyễn Xuân Huân (2013), Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Fe0 nano để xử lý nitrat trong nước, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ. 7. Hatfield (2000). A Lưới – Thừa Thiên – Huế một vùng nghiên cứu và giải quyết các hậu quả chất phát quang phát quang sử dụng trong chiến tranh Đông Dương lần II, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Hà Nội. 8. Phạm Ngọc Long (2008), Nghiên cứu khả năng phân hủy 2,4,5-T và đặc điểm phân loại của chủng vi khuẩn phân lập từ các bioreactor xử lý đất nhiễm chất diệt cỏ/dioxin, Luận văn thạc sĩ sinh học, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Đại học Thái Nguyên. 1 9. Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Kim Thƣờng (2007), Nghiên cứu tổng hợp Nano sắt bằng phương pháp hoá học, Tạp chí Khoa họcĐHQGHNĐH Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. 10. 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. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. 11. Chu Thanh Phong (2012), Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý đất nhiễm độc da cam/dioxin bằng kỹ thuật giải hấp phụ và hấp phụ trên pha rắn, Luận văn thạc sĩ, Học viện Kỹ thuật quân sự. 12. Vũ Chiến Thắng (2010), Tác động của chất độc học của Mỹ sử dụng trong chiến tranh với môi trường và con người ở Việt Nam, Văn phòng 33, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Hà Nội. 13. Văn phòng 33 (2013), Báo cáo hiện trạng ô nhiễm dioxin trong môi trường ở Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Hà Nội. 2 B. Tài liệu tiếng Anh. 14. Alvin L. Young, Ph. D (2006), The History of the US Department of Defense Programs for the Testing, Evaluation, and Storage of Tactical Herbicides, Office of the Under Secretary of Defense William Van Houten Crystal Gateway 2, Suite 1500 1225 Jefferson Davis Highway Arlington, VA 22202. 15. Arnaud Boivin (2005), 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) sorption and degradation dynamics in three agricultural soils, Environmental pollution 138. 16. Buckingham, W.A Jr (1982), Operation Ranch Hand The Air Force and Herbicides in Southeast Asia 1961-1971 (Office of United States Air Force History, Washington DC. 17. G.A. Mansoori (2008), Environmental application of nano technonogy, BioEngineering, Chemical Engineering and Physics Departments University of Illinois at Chicago (m/c 063), Chicago, IL 60607-7052 USA. 18. Hatfield Consultants (2009), Comprehensive Assessment of dioxin Contaminated in Da Nang Airport, Viet Nam: Environmental levels, Human exposure an Options for Mitigating Impact (final report), Office of the National committee 33, Ha Noi, Vietnam. 19. James W.Elchelberger (1992), Determination of clorinated acids in water by high performance liquid chromatography with ad photodiode array, Technology Applications, Inc. 20. Jeanne Mager Stelllman (2003), The extent and patterns of usage of Agent orange and other herbicides in Vietnam, Derpartments of Health policy and Management, Nature Publishing group. 21. Johanna Walters (2000), Environmental Fate of 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid, Environmental Monitoring and Pest Management Department of Pesticide Regulation, Sacramento, CA. 22. Kent Hammarstrand (2012), Gas chromatographic Analysis of Pesticides, Library of Congress Catalog Card No. 76-48803. 3 23. M. Sherman Ponder, G. John Darab, E. Thomas Mallouk (2000), Remediation of Cr(VI) and Pb(II) Aqueous Solutuons Using Supported nanoscale Zerovalent Iron, Eviron. Sci. Technol. 24. Mark Pawlett (2013), The impact of Zero-valent Iron Nanoparticles upon Soil Microbial Communities is Context Dependent, School of Applied Sciences, Cranfield University, Cranfield, Bedfordshire, MK43 0AL, UK. 25. Nicole C. Müller, Bernd Nowack(2010), Nano zero valent iron – The solution for water and soil remediation, ObservatoryNANO focus report, EMPA. 26. Sanjay M. Kashyap (2005), Rapid analysis of 2,4-D in soil samples by modified soxhlet apparatus using HPLC with UV Detection, National environment engineering research institute (NEERI), instrument division, 20 Nehru Marg, Nagpur-440002, Maharashtra, India. 27. Stellman, J.M. et al (2003), A Geographic Information System for characterizing exprosure to Agent orange and other herbicides in Vietnam, Enviro. Health Perspect. 28. Young, A.L & Reggiani, G.M (1988), Agent Orange and Its Associated dioxin: Assessment of a Controversy Elsevier, Amsterdam. 4 VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ ! VUI LÒNG TẢI VỀ ĐỂ XEM BẢN FULL ĐẦY ĐỦ !