Nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu Isoprothiolane bằng các tác nhân Fenton (Fe2+/ H2O2) và Fenton UV (Fe2+/ UV/ H2O2)

Nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu Isoprothiolane bằng các tác nhân Fenton (Fe2+/ H2O2) và Fenton UV (Fe2+/ UV/ H2O2)

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Trong vài thập niên gần đây, tốc độ công nghiệp hóa diễn ra khá nhanh ở nhiều tỉnh, thành phố khắp cả nước. Tuy nhiên, vẫn còn một số địa phương mà ở đó nông nghiệp là ngành mũi nhọn. Để bảo vệ cây trồng, nâng cao năng suất sản xuất, ngoài việc bón phân, chọn giống cây trồng thì sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) cũng là một trong những biện pháp quan trọng và chủ yếu.

Các hóa chất thuốc bảo vệ thực vật đã được sử dụng ở nước ta vào đầu những năm 1960 để tiêu diệt sâu bọ, côn trùng gây bệnh, bảo vệ mùa màng. Từ đó đến nay, thuốc bảo vệ thực vật vẫn gắn liền với tiến bộ sản xuất công nghiệp với quy mô, số lượng, chủng loại ngày càng tăng. Lượng thuốc khá lớn xâm nhập vào nước bề mặt, ngấm vào đất, di chuyển vào nước ngầm làm ô nhiễm nguồn nước chính và gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.

Công ty Bảo vệ thực vật Trung Ương 1 chi nhánh Đà Nẵng đã sang chiết, chế biến rất nhiều loại thuốc trừ sâu trong đó có loại Fujl- one 40wp với hoạt chất isoprothiolane 40% w/w.

Isoprothiolane là một chất độc đối với con người và côn trùng thông qua tác động của nó vào các enzyme thần kinh. Phương pháp xử lý vi sinh thường trở nên không hiệu quả đối với loại chất trơ này. Các chất được sử dụng trong phương pháp xử lý hóa học truyền thống như clo, kalipemanganat…, các chất này có thể trở thành tác nhân gây ô nhiễm nếu sau khi xử lý vẫn còn dư một lượng nhỏ.

Để giải quyết các loại nước thải khó phân hủy như nước rỉ rác, nước thải dệt nhuộm hay nước thải thuốc trừ sâu, các nhà khoa học không ngừng đưa ra các phương pháp xử lý mới. Nổi trội trong số đó là các phương pháp oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes- AOPs). AOPs là những phương pháp tạo ra một lượng lớn các gốc hydroxyl có hoạt tính cao, có khả năng oxy hóa hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ thành CO₂, H₂O, ion vô cơ hoặc các hợp chất dễ phân hủy sinh học. Các công trình nghiên cứu cho thấy, trong các phương pháp oxi hóa nâng cao, quá trình Fenton ( Fe²⁺/H₂O₂) và quá trình quang Fenton (Fe²⁺/H₂O₂/UV) có hiệu quả rất cao trong việc hình thành gốc hydroxyl [31]. Mặt khác, giá thành khi sử dụng hai phương pháp này hợp lý không quá đắt đỏ và được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu.

Trước nhu cầu ngày càng cấp thiết và với mục tiêu xử lí nước thải thuốc trừ sâu bằng phương pháp Fenton, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu Isoprothiolane bằng các tác nhân Fenton (Fe²⁺/ H₂O₂) và Fenton UV (Fe²⁺/ UV/ H₂O₂)” với mong muốn có thể góp phần nhỏ bé vào việc xử lí nước thải thuốc trừ sâu ở nước ta.

2. Mục đích nghiên cứu

Khảo sát các yếu tố ảnh tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy isoprothiolane từ đó tìm ra các thông số tối ưu cho quá trình đạt hiệu quả cao nhất sử dụng hai hệ xúc tác đồng thể Fe²⁺/ UV/ H₂O₂ và Fe²⁺/ H₂O₂.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

– Đối tượng nghiên cứu: mẫu giả isoprothiolane lấy từ công ty Bảo vệ thực vật Trung Ương 1 chi nhánh Đà Nẵng.

– Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy IPT.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

– Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo liên quan đến đề tài

– Trao đổi với giáo viên hướng dẫn

– Nghiên cứu tác hại của thuốc trừ sâu IPT

– Nghiên cứu phương pháp xử lý Fenton (Fe²⁺/H₂O₂) và Fenton UV (Fe²⁺/ UV/H₂O₂)

– Dùng phương pháp xử lý số liệu để xử lý các kết quả thực nghiệm.

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

– Tìm bước sóng hấp thụ cực đại của thuốc trừ sâu IPT bằng cách đo mật độ quang trên máy UV-VIS

– Hiệu suất phân hủy IPT được xác định bằng phương pháp đo quang.

– Chỉ số COD của dung dịch được xác định bằng phương pháp Bicromat Cr₂O₇^2-/ Cr³⁺

– Xử lý tính toán các số liệu thu được.

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

– Nghiên cứu này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hai hệ oxy hóa nâng cao là Fenton truyền thống Fe²⁺/H₂O₂ và Fenton UV Fe²⁺/UV/H₂O₂.

– Nghiên cứu quá trình phân hủy thuốc trừ sâu IPT bằng hai quá trình Fenton (Fe²⁺/H₂O₂) và Fenton UV (Fe²⁺/UV/H₂O₂) từ đó tìm ra giải pháp xử lý thuốc trừ sâu đạt hiệu quả cao nhất.

6. Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu (3 trang), kết luận và kiến nghị (2 trang) và 45 tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 3 phần:

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ THUỐC TRỪ SÂU

1.1.1. Khái niệm TBVTV

1.1.2. Tình hình sử dụng TBVTV

1.1.3. Phân loại TBVTV

1.1.4. Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu

1.1.5. Giơí thiệu về hoạt chất Isoprothiolane

1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1.2.1. Phương pháp sinh học

1.2.2. Phương pháp hóa học

1.2.3. Phương pháp điện hóa

1.2.4. Phương pháp phá hủy bằng vi sóng Plasma

1.2.5. Phương pháp Fenton

1.3. GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP FENTON

1.3.1. Một số phương pháp Fenton

1.3.2. Cơ chế Fenton đồng thể

1.3.3. Quá trình quang Fenton

1.4. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH FENTON

1.4.1. Ảnh hưởng của pH

1.4.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe²⁺/H₂O₂ và loại ion Fe (Fe²⁺ hay Fe³⁺)

1.4.3. Ảnh hưởng của các anion vô cơ

1.5. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP FENTON

1.5.1. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm

1.5.2. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp

1.5.3. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải thuốc trừ sâu

1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THUỐC TRỪ SÂU

1.6.1. Các phương pháp đơn giản

1.6.2. Các phương pháp hiện đại

1.7. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.7.1. Tình hình tại Việt Nam

1.7.2. Tình hình trên thế giới

1.8. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ COD

1.8.1. Phương pháp xác định chỉ số COD

1.8.2. Nguyên tắc

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT

2.1.1. Dụng cụ

2.1.2. Thiết bị

2.1.3. Hóa chất

2.2. PHA CHẾ HÓA CHẤT

2.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM

2.4. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN ISOPROTHIOLANE

2.5. XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH COD

2.5.1. Lập đường chuẩn COD

2.5.2. Đo COD của mẫu

2.6. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM

2.6.1. Hệ Fe²⁺/H₂O₂

2.6.2. Hệ Fe²⁺/UV/H₂O₂

2.7. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY ISOPROTHIOLANE BẰNG HAI HỆ TÁC NHÂN

2.7.1. Phân hủy Isoprothiolane bằng tác nhân Fe²⁺/H₂O₂

2.7.2. Phân hủy Isoprothiolane bằng tác nhân Fe²⁺/ UV/ H₂O₂

2.8. XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT PHÂN HỦY ISOPROTHIOLANE BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG

Hiệu suất phân hủy H₁(%) của Isoprothiolane được tính theo công thức sau:

x 100%

Trong đó:

+ C_o : là nồng độ Isoprothiolane ban đầu chưa phản ứng Fenton.

+ C_t : là nồng độ Isoprothiolane sau khi đã phản ứng tại các thời điểm.

2.9. XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH COD

Hiệu suất tách COD H₂(%) được tính theo công thức sau:

Trong đó:

• COD₀ là giá trị COD của mẫu ban đầu chưa phản ứng Fenton.
• COD_t là giá trị COD của mẫu sau khi đã phản ứng tại các thời điểm t.

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. KẾT QUẢ LẬP ĐƯỜNG CHUẨN HOẠT CHẤT ISOPROTHIOLANE

Bảng 3.1. Các giá trị mật độ quang của các dung dịch chuẩn IPT

Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn của Isoprothiolane

3.2. KẾT QUẢ LẬP ĐƯỜNG CHUẨN COD

Hình 3.2. Đồ thị đường chuẩn của COD

3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN HỦY IPT CỦA HỆ Fe²⁺/H₂O₂

3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy Isoprothiolane

Hình 3.3. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy IPT

Hình 3.4. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách COD

Nhận xét: Từ kết quả khảo sát điều kiện pH trong quá trình phân hủy thuốc thông qua hiệu suất chuyển hóa và hiệu suất tách COD thì ta thấy thấy rằng ở pH= 3 và pH= 4 thì hiệu suất cao hơn so với trong quá trình khảo sát pH=2 và pH= 5. Hiệu suất cao nhất là 94,92 % cao nhất ở thời gian 100 phút tại pH= 3 nên ta chọn môi trường pH phù hợp cho quá trình là pH= 3. Do đó, chúng tôi chọn pH = 3 là điều kiện tốt nhất cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy Isoprothiolane

Hình 3.5. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân

hủy IPT

Hình 3.6. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách COD

Nhận xét: Từ hình 3.5 và 3.6 ta thấy cả hai quá trình phân hủy và tách COD thì khi thay đổi nhiệt độ từ 30⁰C lên 40⁰C thì hiệu suất tăng nhưng không đáng kể, nhưng khi tăng nhiệt độ lên 50⁰C thì hiệu suất lại giảm, chứng tỏ rằng nhiệt độ tốt nhất cho Fenton là khoảng nhỏ hơn 40⁰C. Điều này là do khi nhiệt độ cho quá trình Fenton quá cao thì làm cho H₂O₂ bị phân hủy, lượng H₂O₂ giảm đồng thời làm giảm lượng OH^• làm hiệu suất giảm. Vì vậy nhiệt độ là 30⁰C được chọn để khảo sát cho các quá trình tiếp theo.

3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa Isoprothiolane

Hình 3.7. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂ đến hiệu suất phân hủy IPT

Hình 3.8. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂ đến hiệu suất tách COD

Nhận xét: Từ kết quả hình 3.8. và 3.9 cho thấy việc khi tăng nồng độ H₂O₂ làm hiệu suất phân hủy IPT và hiệu suất tách tăng lên. Cụ thể hiệu suất tách COD là 57,48%, 68,31%, 72,86%, 70,25%và hiệu suất phân hủy là 68,20%, 78,85%, 94,92%, 87,57% tương ứng với nồng độ H₂O₂ ban đầu là 200ppm, 400ppm, 600ppm, 800ppm sau thời gian 100 phút. Vì vậy, chúng tôi chọn nồng độ H₂O₂ là 600ppm là điều kiện tốt nhất cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe²⁺ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa Isoprothiolane

Hình 3.9. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ Fe²⁺ đến hiệu suất phân hủy IPT

Hình 3.10. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ Fe²⁺ đến hiệu suất tách COD (%)

Nhận xét: Từ hình 3.9 và 3.10 cho thấy độ phân hủy và hiệu suất tách COD có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng Fe²⁺, nhưng khi tăng hơn 300ppm thì hiệu suất bắt đầu giảm trở lại. Cụ thể ở thời điểm sau khi xử lý 100 phút thì hiệu suất phân hủy lần lượt là 89,5%, 94,92%, 92,41%, 66,26% và hiệu suất tách COD là 67,12%, 72,77%, 68,7%, 62,13% tương ứng với nồng độ Fe²⁺ lần lượt là 200ppm, 300ppm, 400ppm và 500ppm. Nguyên nhân được giải thích là do khi tăng hàm lượng Fe²⁺ làm tăng gốc OH^•. Như vậy, nồng độ Fe²⁺ ban đầu ảnh hưởng lớn đến việc hình thành và phân hủy gốc HO^🞄. Do đó, chúng tôi chọn nồng độ Fe²⁺ là 300ppm.

3.3.5. Kết luận cho phần nghiên cứu phân hủy IPT bằng hệ tác nhân Fe²⁺/H₂O₂

Sau khi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy IPT bằng hệ tác nhân Fe²⁺/H₂O₂ chúng tôi đã xác định được các điều kiện tối ưu khi phân hủy IPT nồng độ 50ppm ở nhiệt độ phòng là C_H2O2 = 600ppm, C_Fe²⁺ = 300ppm và pH= 3. Ở điều kiện này hiệu suất phân hủy IPT khoảng 94,88% và hiệu suất COD khoảng 72,76% sau 100 phút xử lý

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2015\HOA HUU CO\NGUYEN THI DOAN HUONG