Khoá luận tốt nghiệp Ảnh hưởng của diện tích bề mặt sắt đến động học quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn

Trên thế giới cũng như Việt Nam đã có một số phương pháp xử lý ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật như: thiêu huỷ, chôn lấp, cách ly, sử dụng vi sinh kết hợp chôn lấp, hay sử dụng phương ph

NGUYỄN THỊ CHINH

ẢNH HƯỞNG CỦA DIỆN TÍCH

BỀ MẶT SẮT ĐẾN ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY DDT

BẰNG SẮT SIÊU MỊN

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

C huyên ngành: H óa lý

HÀ NỘI - 2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận này, em xin tỏ lòng biết om sâu sắc đến thày

PGS.TS Lê Xuân Quế và Th.s Trần Quang Thiện đã tận tình hướng dẫn

trong suốt quá trình viết khóa luận tốt nghiệp

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 4 năm học tập Với vốn kiến thức được tiếp thu ữong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành ữang quí báu để em bước vào đòi một cách vững chắc và tự tin

Cuối cùng em xin gửi lòi cảm ơn tới bạn bè, gia đình và những người thân đã luôn động viên và giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận

Trân trọng cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Lê Xuân Quế, Th.s Trần Quang Thiện Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Chinh

MUC LUC • •

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TÔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về POP .4

1.1.1 Khái quát 4

1.1.1.1 Độc tính của các hợp chất P O P 4

1.1.1.2 POP theo công ước Stockhom 6

1.1.1.3 Phân loại POP 8

1.2 DDT 10

1.2.1 Cấu tạo phân tử DDT 10

1.2.2 Độc tích của D D T 12

1.3 Các phương pháp phân hủy D D T 13

1.3.1 Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới 13

1.3.1.1 Phương pháp chôn lấp, cô l ậ p 13

1.3.1.2 Phương pháp đốt có xúc tác 13

1.3.1.3 Phương pháp tia cực tím (ƯV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời 14

1.3.1.4 Phương pháp hấp phụ 14

1.3.1.5 Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng 15

1.3.1.6 Phương pháp phân hủy sinh h ọ c ơ 15

1.3.1.7 Sử dụng kim loại sắt trong xử lí ô nhiễm D D T 16

1.3.2 Phương pháp phân hủy DDT ở Việt N am 17

1.4 Sắt nano 18

1.4.1 Đặc điểm cấu tạo của Fe(0) 18

1.4.2 Các phương pháp chế tạo Fe(0) .19

1.4.3 Ưu điểm của Fe(0) trong xử lý môi trường 19

1.4.4 Cơ chế phản ứng phân hủy một số hợp chất hữu cơ bằng kim loại 20

r r y 1.4.5 Động học, cơ chê phản ứng khử các hợp chât hữu cơ băng kim loại 21

1.5 Động học phản ứng 23

1.5.1 Động học của phản ứng đơn giản 23

1.5.2 Động học phản ứng xúc tác dị th ể 24

Chương 2 THựC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 27

2.1 Thực nghiệm 27

2.1.1 Hóa chất, dụng cụ 27

2.1.2 Tiến hành thực nghiệm 28

2.1.2.1 Thử nghiệm phân hủy POP trong đất bằng Fe siêu mịn tự chế 28

2.1.2.2 Anh hưởng của diện tích bề mặt sắt đến động học phân hủy DDT 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 31

2.2.1 Phương pháp GC/MS phân tích hàm lượng D D T 31

2.2.1.1 Nguyên tắc của phương pháp 31

2.2.1.2 Cách xử lí m ẫu 32

2.2.2 Phương pháp xử lý số liệu 33

2.2.3 Phương pháp động học phản ứ n g 34

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Thử nghiệm phân hủy POP trong đất bằng Fe siêu mịn tự chế 36

3.1.1 Một số tính chất cơ bản của đất nghiên c ứ u 36

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình phân hủy POP ừong đất 37

3.1.3 Anh hưởng của pH đến quá trình phân hủy POP trong đ ấ t 39

3.1.4 Anh hưởng của thời gian lưu đến quá trình phân hủy POP 41

3.2 Ảnh hưởng của diện tích bề mặt sắt đến động học phân hủy D D T 42

3.2.1 Phân hủy DDT bằng Fe(0) 42

3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sắt đến động học phân hủy D D T 46

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MUC VIẾT TẮT•

2,4,5-T 2,4,5-trichlorophenocyacetic acid

Alpha-HCH alpha Hexacyclohexan

Beta-HCH Beta Hexacyclohexan

LD50 Lethal Dose - Nồng độ cần thiết để giết chết 50%

quần thể một quần thể sinh vậtnZVI Fe(0)- nano Zero-Valent Iron

PCB Polychlorinated Biphenyl

PFOS Axit Perfluorooctanesulfonic

POP Persistent Organic Pollutant

POP Persistent Organic Pollutants

DANH MUC HÌNH VÀ BẢNG

❖ DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử DDT.

Hình 12 Vai trò của sắt hóa trị không trong phản ứng khử các hợp chất

hữu cơ clo

Hình 1.3 Sơ đồ khử hóa dẫn xuất clo bằng sắt hóa trị không ừong nước.

Hình 2.1 Ảnh hưởng của thòi gian.

Hình 2.2 Anh hưởng của pH.

Hình 2.3 Ảnh hưởng của thòi gian ngâm tẩm pH.

Hình 2.4 Thí nghiệm sự ảnh hưởng của bề mắt sắt đến phân hủy DDT.

Hình 2.5 Thiết bị GC - MS tại viện Công nghệ Môi trường.

Hình 3.1 Hàm lượng của DDT, DDT và DDE theo thòi gian.

Hình 3.2 Quá trình chuyển hóa DDT trong môi trường H+.

Hình 3.3 Hàm lượng của DDT tổng theo thời gian.

Hình 3.4 Hàm lượng của DDT, DDT và DDE vào pH.

Hình 3.5 Hàm lượng của DDT tổng vào pH.

Hình 3.6 Hàm lượng của DDT, DDD + DDE vào thời gian lưu.

Hình 3.7 Hàm lượng của DDT tổng vào thời gian lưu.

Hình 3.8 Hàm lượng DDT tại các thòi điểm khác nhau.

Hình 3.9 Hàm lượng DDT tổng và hiệu suất xử lý tại các thời điểm khác nhau Hình 3.10 Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thòi gian

Hình 3.11 Hàm lượng DDT tại các thời điểm khác nhau khi thay đổi hàm

lượng sắt

Hình 3.12 Sự phụ thuộc của Ln(Co/C) vào thời gian khi thay đổi hàm lượng sắt

Hình 3.13 Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng vào hàm lượng sắt.

❖ DANH MUC BẢNG

Bảng 1.1 Các quy luật động học đơn giản.

Bảng 3.1 Kết quả phân tích một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu Bảng 3.2 Hàm lượng DDT (mg/kg) và hiệu suất xử lý (%).

Bảng 3.3 Hàm lượng DDT (mg/kg) và hiệu xuất (%) tại các giá trị pH khác

nhau sau 5 ngày xử lý

Bảng 3.4 Hàm lượng DDT (mg/kg) và hiệu suất tại các thòi gian khác nhau.

M Ở ĐÀU

1 Lý do chọn đề tài

DDT (Dichloro Diphenyl Tricholorothane) là hợp chất hữu cơ có hai vòng thơm và có chứa clo, là một trong những thuốc trừ sâu tổng họp được biết đến nhiều nhất DDT được tổng họp đầu tiên vào năm 1874, nhưng thuộc tính của thuốc trừ sâu thì tới năm 1939 mới được khám phá Vào những năm đầu của chiến tranh thế giới thứ II, DDT được sử dụng với lượng lớn để kiểm soát muỗi truyền dịch sốt rét, bệnh sốt phát ban và các bệnh do côn trùng khác trong cả quân đội và dân cư DDT trở thành loại thuốc trừ sâu phổ biến trong nông nghiệp Chúng có mặt ở khắp mọi nơi: Trong không khí, đất, nước, do một lượng lớn đã được giải phóng ra khi phun trên cánh đồng và rừng để diệt muỗi và côn trùng

Ngày nay DDT đã bị cấm sử dụng vì nó có độc tính cao, có nguy cơ gây nên ung thư cho con người và động vật, gây đột biến và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, lại là một họp chất khó phân hủy Để bảo vệ môi trường

và sức khỏe con người, cần xử lý lượng tồn dư DDT trong các môi trường: Đất, nước, không khí DDT trong đất có thể giảm đi do sự bay hơi, rửa trôi, sự hấp thụ của động vật, thực vật và sự phân hủy sinh học của các vi sinh vật có sẵn ừong đất nhưng vói thời gian tương đối lâu

Trên thế giới cũng như Việt Nam đã có một số phương pháp xử lý ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật như: thiêu huỷ, chôn lấp, cách ly, sử dụng vi sinh kết hợp chôn lấp, hay sử dụng phương pháp hóa học vói 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 hon hoặc không độc Trong đó công nghệ

sử dụng kim loại để xử lý thuốc BVTV tồn dư trong đất được nhiều các nhà khoa học nước ngoài nghiên cứu và cho thấy có hiệu quả cao Phương pháp này thực hiện theo cơ chế phân hủy DDT dựa trên phản ứng khử tách clo ra

khỏi phân tử và chuyển chúng sang sản phẩm ít độc hơn Có rất nhiều đề tài nghiên cứu về quá trình xử lí DDT bằng kim loại sắt khác nhau, ví dụ như: Sự ảnh hưởng thời gian, sự ảnh hưởng của pH của dung dịch đến quá trình phân hủy DDT, Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của bề mặt

sắt đến động học quá trình phân hủy DDT Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Ảnh hưởng của diện tích bề mặt sắt đến động học quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn” làm nội dung khóa luận của mình với mục đích tìm điều

kiện bề mặt phù hợp trong quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn

2 Mục đích nghiên cứu:

- Tìm điều kiện bề mặt phù hợp trong quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn

- Xác định ảnh hưởng của bề mặt đến phản ứng phân hủy

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu phâp hủy DDT

- Nghiên cứu phương trình động học của phản ứng phân hủy DDT

- Nghiên cứu cơ chế phân hủy DDT bằng một số phần mềm lượng tử

- Phân tích và xử lý số liệu

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Phản ứng phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn

4.2 Phạm vỉ nghiên cứu

Vai trò của bề mặt trong quá trình phân hủy DDT bằng sắt siêu mịn

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu và tìm hiểu tài liệu

- Hóa học lượng tử - tính lượng tử các thông số nhiệt động liên quan

- Phương pháp phân tích hàm lượng POP (GC/MS)

- Phương pháp động học phản ứng

- Đánh giá, phân tích xử lí số liệu.

6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phần làm cơ sở khoa học cho các phương pháp xử lý DDT, góp phần bảo vệ môi trường

Chương 1 TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về POP

1.1.1 Khái quát

Chất ô nhiễm hữu cơ bền (POP - Persistent Organic Pollutants) là những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ cacbon, sản sinh ra do các hoạt động công nghiệp của con người POP bền vững trong môi trường có khả năng tích

tụ sinh học qua các chuỗi thức ăn lưu trữ trong thòi gian dài, có khả năng phát tán từ xa các nguồn phát thải và tác động xấu đến sức khỏe con người và

hệ sinh thái

Vật lý: Chứa nhóm halogen, tan trong mỡ, tan ít trong nước, bền với

nhiệt, ánh sáng, phân hủy sinh học, hóa học, dễ bay hơi và phát tán xa Dạng tồn tại: rắn (BVTV), lỏng (PCPs), khí (sản phẩm cháy)

Hóa học: Có khả năng phân hủy trong axit và kiềm, khả năng tích lũy

sinh học, phóng đại sinh học

1.1.1.1 Độc tính của các họp chất POP [2,21,24]

Trong tất cả các chất gây ô nhiễm do hoạt động của con người thải vào môi trường thì các hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm khó phân hủy (POP) nằm trong số những chất nguy hiểm nhất Những hóa chất này rất độc hại, gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển, hệ thần kinh, hệ miễn dịch và có thể gây ung thư gây tử vong ở người và độc vật Các chất POP cũng rất khó xử lý do tính bền vững cao đối vói quá trình phân hủy tự nhiên

Chúng có khả năng di chuyển và phát tán qua những quãng đường dài

kể từ nguồn phát sinh ban đàu theo gió, nước hoặc nhờ các loài di cư POP có thể được hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ ừong cơ thể của các sinh vật sống thông qua chuỗi thức ăn và trong cơ thể con người

Các chất thải hữu cơ bền (POP) luôn tiềm tàng ttong không khí, thức ăn nước uống sinh hoạt hàng ngày và có thể gây nhiều bệnh Tuy nhiên người dân vẫn chưa có ý thức tự bảo vệ mình, bảo vệ môi trường.

Cảnh báo của chương trình môi trường Liên Hiệp quốc, qua nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, POP vô cùng bền vững tồn tại lâu dài trong môi trường, có khả năng tích lũy sinh học nông sản, thực phẩm và trong các nguồn nước gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm đối với con người, đặc biệt là bệnh ung thư Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng minh rằng POP có thể phát tán đi rất

xa, tồn lưu và tích tụ trong chuỗi thực phẩm cũng như trong các mô tế bào của thực vật

Đặc tính của POP là không màu, không mùi, không mùi nên khó nhận biết bằng cá giác quan; nặng hon nước nên thường hay lắng đọng dưới đáy sông ngòi, kênh rạch; bền nên không cháy hết khi đốt mà chuyển sang dạng khí vói tầm phát tán rộng và nguy hiểm hơn

Các chất này lan rộng thông qua nước, không khí và lưu nhiễm vào thực vật, hậu quả là nhiễm vào cơ thể con người Đó là những hóa chất thường dùng để pha chế các loại thuốc bảo vệ thực vật có tác dụng mạnh và

sử dụng trong công nghiệp với nhiều mục đích khác nhau Một số chất POP còn được sản sinh ra một cách không chủ định trong quá trình sản xuất công nghiệp một số chất diệt cỏ như 2,4,5-T hoặc trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn của một số nguyên liệu như gỗ, giấy, luyện kim w Mức độ nguy hiểm, độc hại của từng chất POP là khác nhau, nhưng đều có một số đặc điểm chung:

Vì những tính chất nguy hại cho con người, sinh yật nói chung và môi trường sinh thái, có tác động quy mô toàn càu, nên việc quản lý và ngăn chặn tác hại của POP được cả thế giói quan tâm, thiết lập Công ước quốc tế các nước phải tuân theo.

I.I.I.2 POP theo công ước stockhom [24]

POP là những họp chất có tính độc hại, tồn tại bền trong môi trường, phát tán rộng và tích lũy ừong hệ sinh thái, gây hại cho sức khỏe con người

Ban đầu Công ước Stockholm quy định việc quản lý an toàn, giảm phát thải và tiến tới tiêu huỷ hoàn toàn 12 nhóm chất POP bao gồm Aldrin, Chlordan, Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexaclo benzen, Mirex, Toxaphen và Polychlorinated Biphenyls (PCB); DDT [l,l,l-trichloro-2,2-bis (4- chlorophenyl) ethan]; Dioxin (polychlorinated dibenzo-p-dioxin), Furans (Polychlorinated dibenzofurans), Polychlorinated Biphenyls (PCB), và Hexachlorobenzen (HCB)

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

của Công ước, bao gồm: Các hóa chất trong Phụ lục A Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật: Lindan, Alpha-HCH, Beta-HCH, Chlordecon; Nhóm hóa chất công nghiệp: Hexabromobiphenyl, Pentachlorobenzen, Tetra BDE, Penta BDE, Hepta và Octa BDE; Các hóa chất trong Phụ lục B: Hóa chất công nghiệp PFOS, các muối và PFOS-F; Các hóa chất trong Phụ lục C:

Pentachlorobenzen

Năm 2011, Hội nghị các Bên lần thứ năm (COP 05) Công ước

Stockholm đã bổ sung thêm Endosulfan và các đồng phân vào phụ lục A của Công ước (Các chất POP theo yêu cầu mới của Công ước Stockholm sau đây được gọi tắt là các chất POP mới)

❖ Danh mục các chất POP theo COP 05 Công ước Stockholm

Dioxin - hóa chất này được tạo ra một cách vô tình do sự đốt cháy

không hoàn toàn, cũng như trong quá trình sản xuất một số loại thuốc trừ sâu

và các hóa chất khác Ngoài ra, một số kiểu tái chế kim loại, nghiền và tẩy trắng giấy cũng có thể sản sinh ra đioxin Dioxin còn có trong khí thải động

cơ, khói thuốc lá và khói than gỗ

Endrin - đây là loại thuốc trừ các loại gặm nhấm, trừ sâu được phun

trên những cánh đồng bông và ngũ cốc Chất này còn được sử dụng để diệt các loại chuột nhà, chuột đồng

Furan - các chất này được sản sinh không chú ý từ cùng những quá

trình phát thải đioxin, đồng thời còn có trong các họp chất PCB dành cho thương mại

Heptachlor - được dùng chủ yếu để diệt các loài côn trùng và mối

ừong đất, đồng thời còn được dùng để diệt các loài côn trùng hại bông, châu chấu, các loài gây hại cho nông nghiệp khác và muỗi truyền bệnh sốt rét

Hexachlorobenzen (HCB) - được sử dụng để diệt nấm hại cây lương

thực Đây cũng là một phụ phẩm trong việc sản xuất một số loại hóa chất nhất định và là kết quả của những quá trình phát thải ra đioxin và furan

Mirex - một loại thuốc trừ sâu sử dụng chủ yếu để diệt kiến lửa và các

loại kiến và mối khác Mirex còn được dùng làm chất làm chậm lửa trong chất dẻo, cao su và đồ điện

Polychlorinated Biphenyl (PCB) - họp chất này được dùng trong

công nghiệp làm chất lưu chuyển nhiệt, trong các máy biến thế điện và tụ điện, làm chất phụ gia trong sơn, giấy copy không cacbon, chất bịt kín và chất dẻo

Toxaphene - còn được gọi là camphechlor, một loại thuốc trừ sâu

dùng ữong ngành trồng bông, ngũ cốc, hoa quả, hạt và rau xanh Chất này còn được dùng để diệt các loại ve, chấy kí sinh vật nuôi

1.1.13 Phân loại POP [7]

Hiện tại có nhiều cách phân loại POP Dựa trên con đường POP đi vào môi trường là một trong những cách phân loại POP Tuy cách phân loại này không phải là duy nhất Trên cơ sơ căn cứ vào con đường POP đi vào môi trường người ta chia làm ba nhóm chính:

❖ Nhóm 1: Các hóa chất bảo vệ thực vật [7]

Hóa chất bảo vệ thực vật có thể hiểu một cách đơn giản là những hóa chất dùng để diệt trừ những loài có hại và cũng vì thế mà chúng đi vào môi trường, có ảnh hưởng đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp

Ví dụ: Diclodiphenyl tricloetan (DDT), dieldrin, haptachlor, aldrin, hexaclobenzen (HCB), toxaphene, clodan, mirex, endrin, lindane,

❖ Nhóm 2: Các hóa chất sử dụng trong công nghiệp [7]

POP phát tán vào môi trường phổ biến và được chú ý nhiều nhất trong nhóm 2 là các hóa chất trong dầu nhớt và các loại hóa chất sử dụng cho quá trình sản xuất công nghiệp hoặc những sản phẩm của các hoạt động sản xuất công nghiệp, điển hình là PCBs PCBs được sử dụng trong các ngành sản xuất công nghiệp trên 50 năm nay do có tính chất cách nhiệt cao và không cháy, ứng dụng chủ yếu trong các ngành công nghiệp điện (máy biến thế, acquy, bóng đèn huỳnh quang, đầu chịu nhiệt, đầu biến thế), làm mát trong chịu nhiệt, trong các dung môi chế tạo mực in, ngành công nghiệp sản xuất sơn Đặc biệt là PCBs được hình thành trong quá trình sản xuất của nhiều ngành công nghiệp, đôi khi

nó là sản phẩm phụ không mong muốn của nhiều nghành công nghiệp và quá trình đốt nguồn này cũng laf một trong những nguồn tạo ra Dioxin

❖ Nhóm 3: Các sản phẩm phụ không mong muốn phát sinh ra từ quá trình đốt cháy [7]

Cách phân loại trong nhóm 3 là những sản phẩm phụ của nhiều quá trình sản xuất khác nhau hoặc quá trình đốt cháy Nguồn phát sinh dioxin chủ

yếu từ các nhà máy sản xuất hóa chất, quá trình đốt cháy các sản phẩm cháy

có chứa clo, quá trình tẩy trắng bột giấy, các chất tích tụ trong chuỗi thức ăn, trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu các chất thải nguy hại và trong các lò đốt chất thải, cụ thể như hexachlorobenzenne (HCB), polycyclic aromatic hydrocacbons (PAHs), Dioxin và íurans Trong một phạm vi giới hạn những hỗn hợp này có thể hình thành do quá trình tự nhiên nhưng theo thời gian chúng sẽ mất đi tính bền vững trong môi trường Sự nguy hiểm của nhóm POP này là sau khi đã giải phóng vào môi trường chúng tích tụ lại và sau đó khuếch đại vào chuỗi thức ăn, trong mô mỡ Mặc dù Dioxin không làm phá

vỡ ADN nhưng chúng sẽ hoạt hóa ADN đã bị suy thái bởi những chất khác nên gây nhiều bệnh hiểm nghèo cho con người, có thể thấy nhiều nhất là bệnh ung thư, hỏng chức năng hệ thần kinh phôi thai, quái thai

1.1.2 Các phương pháp xử lý POP [2,7,11]

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã có nhiều biện pháp khác nhau được nghiên cứu và sử dụng để xử lý POP cũng như tiêu hủy chúng và những biện pháp được sử dụng chủ yếu là:

+ Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời)

+ Phá hủy bằng vi sóng Plasma

+ Oxy hóa bằng không khí ướt

+ Oxy hóa ở nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy)

+ Phân hủy bằng công nghệ sinh học

+ Khử bằng hóa chất pha hơi

+ Khử có chất xúc tác, kiềm, oxi hóa điện hóa trung gian

+ Oxy hóa muối nóng chảy

+ Oxy hóa siêu tới hạn và plasma

+ Sử dụng lò đốt đặc chủng

+ Lò đốt xi măng

Cho đến nay, nước ta chưa có công nghệ xử lý triệt để đất có tồn dư thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy và vẫn sử dụng các công nghệ: sử dụng lò thiêu đốt nhiệt độ thấp (Trung tâm công nghệ xử lý môi trường - Bộ tư lệnh Hóa học), sử dụng lò đốt xi măng nhiệt độ cao (Công ty Holchim thí điểm tại Hòn Chông), sử dụng lò đốt 2 cấp có can thiệp làm lạnh cưỡng bức (Công ty Môi trường Xanh thực hiện tại các khu công nghiệp) và công nghệ phân hủy sinh học (Viện Công nghệ Sinh học phối hợp một số đon

vị khác thực hiện) Tuy nhiên các phương pháp trên có nhiều hạn chế:

+ Phải đào xúc vận chuyển khối lượng lớn đất tồn dư

+ Việc bao gói đóng thùng, chuyên chở có nhiều nguy cơ tiềm ẩn

+ Việc nung đốt trong lò xi măng chưa khẳng định đã phân hủy hoàn toàn chất độc hại mà không phát sinh dioxin thải ra môi trường

có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu cầu thực tế

1.2 DDT

DDT là một trong những chất nguy hại nhất trong số các chất POP, nhưng lại được sử dụng khá phổ biến đến nay, do đó tác động gây hại của nó càng lớn - rộng

1.2.1 Cấu tạo phân tử DDT [2 ,3 ,5 ,7 ,2 1 ]

- Công thức hóa học của DDT: C14H9CI5

- Cấu tạo phân tử DDT:

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử DDT [1,5]

❖ Tính chất:

+ Điểm nóng chảy: 108,5°c (227,3°F; 381,6 K)

+ Điểm sôi: 260°c (500°F; 533 K) (phân hủy)

+ DDT là chất không màu, không yị và gần như không có mùi

+ DDT rất kị nước, nó gần như không hòa tan trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ, chất béo và các loại dầu

DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p- DDT (85%), 0,p’- DDT (15%) và o,o’- DDT (lượng vết) Tất cả ba dạng trên đều là chất bột vô định hình DDT cũng có thể chứa DDE (1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etylen) và DDD (1,1 - dichloro - 2,2-bis (p - chlorophenyl) etan) là những chất nhiễm bẩn trong quá trình sản xuất DDD cũng có thể được sử dụng để diệt trừ sâu hại, nhung hiệu quả kém hơn nhiều so với DDT, một dạng của DDD (o,p -DDD) đã được sử dụng để điều trị bệnh ung thư tuyến thượng thận Cả DDD và DDE đều

là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất DDT

1.2.2 Độc tích của DDT [3,21]

❖ Đôc tính

DDT là loại thuốc trừ sâu có độ bền vững, có độc tính cao Sự gây hại của DDT đối với môi trường là do hai thuộc tính của nó là sự tồn tại lâu trong môi trường và sự hòa tan trong lipit Vì DDT không hòa tan trong nước nên rất khó bị rửa ừôi trong môi trường

❖ Tác hai của DDT

+ Tiếp xúc với DDT là một yếu tố nguy cơ sinh non và sinh thiếu cân

và có thể gây tổn hại cho sữa của một người mẹ

+ DDT có liên quan với việc gây sảy thai sớm và nguy hại đến thòi kì đầu của lần mang thai tiếp theo

+ Tiếp xúc vói DDT có thể ảnh hưởng đến hoocmon tuyến giáp và là yếu tố quan trọng trong tỷ lệ mắc và nguyên nhân của đàn độn ở người

+ Tiếp xúc vói DDT có thể gây ra các vấn đề về thần kinh (ví dụ: bệnh Parkinson) và hen suyễn

+ Tiếp xúc với DDT trước tuổi dậy thì làm tăng nguy cơ ung thư vú sau này.DDT hòa tan tốt chất béo vì vậy khi động vật ăn thức ăn có chứa DDT thì DDT sẽ kết họp với chất béo trong cơ thể và tích lũy ở đó Một khi DDT xâm nhập được vào cơ thể nó sẽ có xu hướng kết hợp tích lũy lại ở các mô

mõ Sự tích lũy DDT có sự tăng lên qua các bậc dinh dưỡng 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 đàu chuỗi thức ăn thì càng tích lũy nhiều DDT Và con người 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,LD 50 per os: 113-118 mg/kg; LD 50 dermal:

2150 mg/kg.

Tuy nhiên DDT lại là hóa chất duy nhất cho đến nay được cho phép sử dụng diệt muỗi - cung quăng nhằm hạn chế lây lan bệnh sốt rét

1.3 Các phương pháp phân hủy DDT

1.3.1 Các phương pháp phân hủy DDT trên thế giới

1.3.1.1 Phương pháp chôn lấp, cô lập [1]

Với cấu trúc vòng thơm, DDT rất khó phân hủy trong tự nhiên nên biện pháp chôn lấp chất thải nguy hại được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Một số nước sử dụng biện pháp cô lập và xi măng hóa chất thải có độc tính cao ở dạng lỏng hoặc rắn Phương pháp này đòi hỏi phải chuẩn bị hố chôn lấp đảm bảo kỹ thuật, không bị rò rỉ, bền vững với thời gian dài, địa điểm chôn lấp phải xa khu dân cư, không gần mạch nước ngầm

1.3.1.2 Phương pháp đốt có xúc tác [1]

Đây là phương pháp vô cơ chuyển hóa clo hữu cơ thành CO2, H2O và

Cl Clo hữu cơ tiếp xúc với kim loại đồng nung đỏ đều bị lấy mất clo tạo thành CuCl2 và chúng bị phân hủy tiếp thành CO2 và H2O cùng vói các dẫn xuất khác không độc hoặc ít độc hơn

DD2" C k /6 0 0 -7 0 0 ° c , 0 2(khongkhi)

> co 2+ h 2 o

Công nghệ thiêu đốt có xúc tác đã được sử dụng trên thế giói, phương pháp này tương đối triệt để song giá thành lại cao và có khả năng gây ô nhiễm thứ cấp bởi các sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình vận hành.

1.3.1.3 Phương pháp tia cục tím (UY) hoặc bằng ánh sáng mặt tròi [5]

Các bức xạ cực tím có năng lượng lớn hơn, do đó nó có tác dụng pháhủy lớn Các phản ứng phân hủy bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt ười thường làm gãy mạch vòng hoặc gãy các mối liên kết giữa clo với cacbon hoặc nguyên tố khác ưong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ vói cacbon và sau

đó thay thế nhóm đó bằng phenyl hoặc nhóm hiddroxyl và làm giảm độ độc của chất độc

ư u điểm: Hiệu suất xử lí cao, chi phí cho xử lí thấp, rác thải an toàn ra

môi trường

Nhược điểm: Không thể áp dụng để xử lí chất ô nhiễm chảy ưàn và

chất thải rửa có nồng độ đậm đặc Có thể áp dụng phương pháp này để xử lí đất, tuy nhiên khi có lóp đất trực tiếp được tia cực tím chiếu không dày hơn 5mm Do đó, khi cần xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn 5mm thì phương pháp này ít được sử dụng và đặc biệt tiong công nghệ xử lí hiện trường

1.3.1.4 Phương pháp hấp phụ

Đây là phương pháp thu gom và giữ hóa chất DDT ưên bề mặt của các chất hấp phụ Có thể sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (than bùn, các chất khoáng, các chất mùn ), các chất hấp phụ tổng họp (gồm hoạt hóa, các nhựa tiao đổi ion ), than hoạt tính

Ưu điểm: Phương pháp hấp phụ là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng,

chi phí ban đàu cho xử lí thấp

Trong thực tế, đất và các chất hữu cơ có mặt tiong đất có khả năng hấp phụ hóa chất DDT Khi tưới nước có chứa hóa chất DDT lên đất thì có tói

70% hóa chất DDT bị giữ lại ở lớp đất bề mặt (0-8cm) Tuy nhiên việc tưới nước có chứa hóa chất DDT lên đất lại gây ô nhiễm trong đất và trong một số trường hợp có thể gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm.

Hiệu quả việc tách hóa chất DDT trong nước bằng than hoạt tính và các chất đông tụ rất cao, có thể đạt tói 90-99% Tuy nhiên, đối vói hóa chất DDT

có độ tan lớn trong nước nhiều khi cho kết quả lưu giữ thấp Ví dụ khi dùng than hoạt tính và chất đông tụ thì chỉ có chưa tới 10% parathion có trong nước

bị hấp phụ Các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên (sợi gỗ,vỏ cây, rêu mốc mọc ừên than bùn ) tỏ ra có khả năng hấp phụ malathion ừong nước (có khuấy trộn) thì hiệu quả thu gom có thể đạt tới 70-90%

Các hóa chất DDT sau khi được thu gom trên chất hấp phụ có thể áp dụng nhiều biện pháp khác nhau để xử lý chúng như kĩ thuật chiết bằng dung môi khi muốn thu hồi, các kĩ thuật oxy hóa khác nhau hoặc kĩ thuật ủ phân hủy bằng vi sinh v ậ t Khi đó ta có thể tái sử dụng chất hấp phụ Tuy nhiên, việc đánh giá khả năng hấp phụ còn lại sau khi đã tiến hành các kĩ thuật nêu trên là rất quan trọng nhằm đảm bảo hiệu quả cao các quá trình hấp thụ tiếp theo

1.3.1.5 Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng [1]

Khi xử lý DDT với dung dịch NaOH 20% nóng, xảy ra phản ứng dehydroclorua hóa tạo nên một olefin Olefin sinh ra bị polyme hóa cho sản phẩm rắn Sản phẩm này được tách ra dễ dàng và cho vào bao nilon rồi chôn vùi dưới đất

1.3.1.6 Phương pháp phân hủy sinh họcơ [1,4]

Biện pháp sinh học đang được quan tâm nhiều bởi tính ưu việt của nó

là không tạo ra ô nhiễm thứ cấp cho môi trường

Quá trình làm sạch sinh học có thể thực hiện ở quy mô lớn nhỏ khác nhau, có thể sử dụng thực vật hay vi sinh vật ở điều kiện hiếu khí hoặc kị khí Việc tẩy độc bằng phân hủy sinh học có thể được tiến hành riêng rẽ hoặc kết

hợp các phương pháp khác nhau, sau một thòi gian nhất định chất độc có thể được hoàn toàn loại bỏ Phân hủy sinh học thường bao gồm các phương pháp sau: Kích thích sinh học và làm giàu sinh học.

+ Kích thích sinh học: Là quá trình thúc đẩy sự phát triển và hoạt động trao đổi chất của tập đoàn vi sinh vật bản địa có khả năng sử dụng các chất độc hại thông qua việc thay đổi các yếu tố môi trường như: pH, độ ẩm, nồng

độ oxi, dinh dưỡng,

+ Làm giàu sinh học: Sử dụng tập đoàn vi sinh vật bản địa đã được làm giàu hoặc các vi sinh vật sử dụng các chất độc từ nơi khác, thậm chí các vi sinh vật đã được cải biến về mặt di truyền đưa vào các điểm ô nhiễm

I.3.I.7 Sử dụng kim loại sắt trong xử lí ô nhiễm DDT [5,18]

Sắt hóa trị không từ xa xưa đã ứng dụng trong xử lý môi trường dưới dạng phoi sắt Gần đây, kim loại sắt dưới nhiều dạng khác nhau như: sắt phoi, sắt bột, sắt hạt, sắt kích thước nano đã được sử dụng để xử lý nước thải bị ô nhiễm các hóa chất độc hại khó phân hủy Điều này có thể do sắt là nguyên tố thân thiện môi trường, sẵn có trên thị trường, hiệu quả xử lý cao và công nghệ đơn giản Ngoài ra một số kim loại khác cũng bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng để khử hóa các hợp chất hữu cơ thơm và các vòng ngưng tụ và khử hóa các dẫn xuất halogen, các họp chất nitro thơm

Sử dụng vật liệu nano sắt (nano Zero - Valent ữon) đang ừở thành một sự lựa chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các khu vực bị ô nhiễm Đây là chất khử mạnh, nó có hoạt tính rất tốt trong những phản ứng giải trừ các họp chất chứa clo, nitơ, họp chất chứa nhân thơm như benzen, phenol, các họp chất mang màu trong đất và nước, đặc biệt là nước ngầm

Các hạt nano sắt hóa trị 0 có khả năng phân hủy các họp chất clo hữu cơ thành các thành phần vô hại, như thể hiện trong công thức phân tử dưới đây:

2Fe + R-Cl + 3 H20 -> 2 Fe2+ + RH + 3 OH- + H2 +

1.3.2 Phưoug pháp phân hủy DDT ở Việt Nam

Ở Việt Nam chưa có biện pháp xử lý triệt để đất có tồn dư thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm khổ phân hủy (trong đó có DDT) và vẫn sử dụng các công nghệ: thiêu đốt, xử lý ô nhiễm đất tại các kho thuốc BVTV tồn đọng bằng phưong pháp cô lập, bê tông hóa, phưcmg pháp hóa học và vi sinh kết họp

Trong những năm gần đây (2001 - 2003), một số dự án xử lý thí điểm hóa chất, thuốc BVTV tồn đọng (trong đó có thuốc BVTV là POP) đã được thực hiện và đem lại kết quả bước đầu Cụ thể là:

Xử lý thuốc BVTV tồn đọng bằng phương pháp đốt của Trung tâm Công nghệ xử lý môi trường - Bộ Tư lệnh Hóa học Kết quả đã xử lý thuốc BVTV tồn đọng ở các tỉnh, thành phố: Lạng Sơn, Hà Tây, Hà Nội, Thái Bình,

Hà Nam, Quảng Ninh, Hòa Bình Tuy nhiên, phương pháp đốt này có tiềm năng gây phát thải khí Dioxin, Furan ra ngoài không khí mà không có thiết bị kiểm soát hiệu quả

Xử lý thuốc BVTV tồn đọng bằng phương pháp hóa học của Trung tâm Tư vấn Công nghệ Môi trường thuộc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (tại Ninh Bình), theo quy trình công nghệ do Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành Quy trình này dựa trên phương pháp hoá học kết hợp với bê tông hoá nền đất, làm tường chắn, cô lập sự di chuyển của thuốc và nước bị ô nhiễm ra môi trường xung quanh Trước tiên, lấy mẫu phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật tồn đọng trong nước và đất để xác định diện tích cần cô lập Sau đó chuyển tất cả các nguyên vật liệu được tháo

dỡ từ kho chứa thuốc bảo vệ thực vật vào bể cô lập (đảm bảo chống thấm, chống ăn mòn) và đổ bê tông đông cứng thành một khối

Đối với những khu vực bị nhiễm thuốc bảo vệ thực vật, xây dựng tường bao xung quanh vùng đất ô nhiễm (độ sâu tuỳ thuộc vào kết quả lấy mẫu thử mức độ ô nhiễm) Khu vực bị ô nhiễm còn được đào xới lên để xử lý,

làm phân huỷ dần lượng thuốc bảo vệ thực vật ừong đất Ngoài ra, phía trên

bề mặt được phủ lớp xỉ than dày 10cm, có tác dụng hấp thụ hoá chất độc hại trong đất và sau đó được bê tông hoá toàn bộ

Xử lý thuốc BVTV thử nghiệm bằng phương pháp thiêu đốt ở nhiệt độ cao trong lò nung xi măng thực hiện tại nhà máy Holcim - Hòn Chông, Kiên Giang (xử lý 40.000 lít thuốc “Access”, không gây phát thải Dioxin, Furan)

Xử lý ô nhiễm đất tại các kho thuốc BVTV tồn đọng bằng phương pháp

cô lập, asphalt hóa, phương pháp hóa học và vi sinh kết hợp (khoảng 2,5 tấn thuốc tồn đọng và các bao bì chứa đựng thuốc ở tỉnh Nghệ An)

Kết quả xử lý đã đạt được những thành quả nhất định, tạo cơ sở ban đầu trong công tác xử lý triệt để thuốc BVTV nói chung và thuốc BVTV là POP nói riêng

Tuy nhiên, việc xử lý POP và thuốc BVTV tồn lưu nói chung vẫn gặp không ít khó khăn, cụ thể là: Thực tế lượng thuốc BVTV tồn lưu ở nước ta không lớn, nhưng lại phân bổ rải rác ở nhiều địa phương trong cả nước; việc chọn địa điểm xử lý ở các địa phương là rất khó khăn; sự di chuyển thuốc BVTV từ địa phương này sang phương khác luôn gặp phải phản ứng mạnh của người dân; nguồn vốn đầu tư cho công tác thu gom, xử lý còn hạn hẹp và

so vói vật liệu thông thường

Tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 tên tiếng Anh là nano Zero-Valent Iron (nZVI) đã được các nhà khoa học gọi tên là "Thần dược vạn năng" như là một

biện pháp xử lý nhanh, hiệu quả, để làm sạch các chất độc hại với môi trường sinh thái.

❖ Đặc điểm, tính chất của sắt nano [18,19,20]

Sử dụng vật liệu nano sắt (nano Zero- Valent ữon) đang trở thành một

sự lựa chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các khu vực bị ô nhiễm Đây là chất khử mạnh, nó có hoạt tính rất tốt trong những phản ứng giải trừ các hợp chất chứa clo, nitơ, hợp chất chứa nhân thom như benzen, phenol, các hợp chất mang màu trong đất và nước, đặc biệt là nước ngầm Tại Hoa Kỳ đã có hom 20 dự án thử nghiệm sử dụng nano sắt được thực hiện từ năm 2001

1.4.2 Các phương pháp chế tạo Fe(0) [4,8]

Sắt nano được tổng họp nhiều cách khác nhau: phưomg pháp kết tủa, phưomg pháp cơ học; phương pháp phân huỷ nhiệt; phương pháp ngưng tụ bay hơi Tính chất đặc trưng của nano sắt về cấu trúc, kích thước hạt, diện tích bề mặt, dung lượng hấp phụ những nghiên cứu bằng các phương pháp vật lý và hoá lý hiện đại

Nano sắt kim loại được tổng hợp theo phương pháp khử Fe3+ bằng NaBIỈ4 trong môi trường nước, phương trình phản ứng xảy ra theo sơ đồ sau:

4Fe3+ + 3BH4- + 9H20 -> 4Fe° + 3 H2BO3-+ 12H+ + 6H2Sau khi nghiên cứu khảo sát tỉ mỉ các điều kiện về nồng độ dung dịch,

tỉ lệ các chất tham gia phản ứng, tốc độ khuấy và nhỏ giọt, đã chọn được các thông số tối ưu các thông số tôi ưu: nồng độ dung dịch NaBIỈ4 là 0,25M, dung dịch FeCỈ3 là 0,045M, tỉ lệ các tác nhân theo thể tích là 1:1 Nhờ có NaBH4

dư, các tinh thể nano sắt được tạo thành nhanh, đồng đều và tránh được sự oxi hoá sắt trong quá trình tổng họp

1.4.3 Ưu điểm của Fe(0) trong xử lý môi trường [3,5]

Do có đặc tính cho electron và khử nhiều chất ô nhiễm với tốc độ cao, Fe° nano được sử dụng để xử lý nhiều chất ô nhiễm trong môi trương Fe°

nano có thể đi vào trong đất bị ô nhiễm, trầm tích và tầng ngậm nước Các chất ô nhiễm mà Fe° nano có thể xử lý bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác.

1.4.4 Cơ chế phản ứng phân hủy một số họp chất hữu cơ bằng kìm loại

Sắt hốa trị không từ xa xưa đã ứng dụng trong xử lý môi trường dưới dạng phoi sắt Gần đây, kim loại sắt dưới nhiều dạng khác nhau như: sắt phoi, sắt bột, sắt hạt, sắt kích thước nano đã được sử dụng để xử lý nước thải bị ô nhiễm các hóa chất độc hại khó phân hủy Điều này có thể do sắt là nguyên tố thân thiện môi trường, sẵn có trên thị trường, hiệu quả xử lý cao và công nghệ đơn giản Ngoài ra một số kim loại khác cũng bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng để khử hóa các hợp chất hữu cơ thơm và các vòng ngưng tụ và khử hóa các dẫn xuất halogen, các hợp chất nitro thơm

Đối vái dẫn xuất của halogen, cơ chế dựa trên phản ứng khử tách clo ra khỏi phân tử và chuyển chứng sang sản phẩm ít độc hơn, sau đó loại bỏ ra khỏi môi trường bằng các biện pháp xử lý khác nhau Francỉs Cheng và Marc Pera Titus đưa ra sơ đồ nguyên lý thể hiện vai trò của kim loại trong khử các hợp chất cơ clo được giới thiệu trên hình 1.2

Hình L2 Vai trò của sắt hóa trị không trong phản ứng khử

các hợp chất hữu cơ cỉo

Đối với các hợp chất nitro thơm và nitro béo, kim loại có tác dụng khử hốa các nhóm nitro thành amỉn Từ đây các hợp chất amỉn cố thể dễ dàng xử

lý thứ cấp bằng các phương pháp sinh học, phương pháp lọc hay hấp phụ

FC

Ngoài ra, khi có mặt oxi không khí hòa tan ừong nước, sắt kim loại có khả năng tác dụng với nước và các hợp chất đệm hình thành tác nhân oxi hóa nâng cao (HO ), đây là tác nhân oxi hóa rất mạnh, có thể phân hủy và khoáng hóa được nhiều chất hữu cơ trong dung dịch nước.

1.4.5 Động học, cơ chế phản ứng khử các họp chất hữu cơ bằng kim loại

Kim loại sắt, kẽm dễ dàng bị oxi hóa chuyển sang Fe2+ bằng nhiều tác nhân hóa học khác nhau Trong hệ Fe°/H20 sự oxi hóa sắt dẫn đến hòa tan sắt kim loại, đấy là nguyên nhân đầu tiên của sự ăn mòn Ản mòn này là một quá trình điện hóa trong đó Fe° bị oxi hóa lên Fe2+, ở anot còn ở catot các chất oxi hóa đến nhận electron tạo ra các sản phẩm phân hủy

Trong môi trường yếm khí (không có mặt O 2 ) chỉ có nước sạch, các tác nhân nhận electron có thể là H+ và H 2 O, chúng bị khử tạo ra OH' và H 2 Quá trình tổng thể về ăn mòn sắt trong hệ Fe°- H 2 O được biểu diễn như sau:

Fe° + 2H+ —> Fe2+ + H2 (1.1)Fe° + 2H2O -> Fe2+ + H2 + 2HO (1.2)Trong trường hợp môi trường nước có oxi hòa tan, oxi sẽ dễ dàng nhận electron theo phương trình:

2Fe° + O 2 + H 2 O -> 2Fe2+ + 4HO (1.3)Khi trong dung dịch nước có mặt các chất khác (các tác nhân có tính oxi hóa mạnh) hữu cơ hoặc vô cơ có thể tham gia phản ứng catot làm tăng tốc

độ độ ăn mòn của kim loại sắt Có hai nhóm chất hữu cơ có tính oxi hóa cao

có thể tham gia phản ứng với sắt kim loại là các hợp chất clo hữu cơ và các họp chất nitro thơm Phản ứng của các chất oxi hóa dạng hữu cơ này với sắt kim loại được chứng minh bằng sự khử clo thành ion Cl' hoặc chuyển nhóm - NO2 sang nhóm -N H 2 Các phản ứng tổng quát được mô tả như sau:

Fe° + RX + H+ -> Fe2+ + RH + X (1.4)3Fe° + RNO2 + 6H+ -» 3Fe2+ + RNH2 + 2H20 (1.5)