Luận án hóa phân tích

Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường đã và đang là vấn đề toàn cầu được nhiều nước đặc biệt quan tâm, trong đó có Việt Nam. Năm 2008 là năm báo động về tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng ở nước ta khi một loạt các vụ vi phạm gây ô nhiễm môi trường được phát hiện. Do đó công tác xử lý các chất thải, bảo vệ môi trường càng trở nên cấp bách.

Nước thải của các cơ sở sản xuất hóa chất quốc phòng thường chứa một số hợp chất nitro độc hại như: nitrotoluen (NT), 2,4,6-trinitrotoluen (TNT), nitroglyxerin (NG), 2,4-dinitrotoluen (DNT), nitrophenol (NP), 2,4-dinitrophenol (DNP), 2,4,6- trinitrorezocxin (TNR) và chứa một lượng lớn các muối nitrat. Đây là các hóa chất dễ gây nổ, đồng thời có độc tính cao với môi trường và con người. Do đó, xử lý nước thải chứa các hợp chất nitro có trong thành phần thuốc phóng, thuốc nổ, thuốc pháo là yêu cầu thực tiễn cấp bách đối với ngành công nghiệp quốc phòng. Hiện nay có rất nhiều phương pháp được ứng dụng để xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại, và một trong các phương pháp đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu là sử dụng kim loại để khử các hợp chất hữu cơ.

Ưu điểm của phương pháp này là khả năng phân hủy cao, dễ áp dụng, công nghệ đơn giản và giá thành thấp. Tuy nhiên, phương pháp trên thường xử lý không triệt để, chỉ tạo ra những sản phẩm ít độc hơn với môi trường chứ không chuyển hóa hoàn toàn chúng thành các hợp chất không độc hại. Những nghiên cứu gần đây cho thấy phản ứng phân hủy các hợp chất hữu cơ bền vững bằng kim loại sắt kết hợp với muối pesunfat (S2O82-) có hiệu quả xử lý rất cao. Lúc này, trong hệ phản ứng không chỉ có quá trình khử các hợp chất nitro mà còn xảy ra quá trình oxi hóa nâng cao nhờ quá trình sinh ragốc sunfat tự do SO4*.

Từ những cơ sở đã nêu trên chúng tôi đã lựa chọn Hoàng Thị Thu Hường Trang 1 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích đề tài: “Nghiên cứu quá trình xử lý 2,4,6-trinitro toluen (TNT) trong nước thải bằng sắt kim loại kết hợp muối amoni pesunfat” 2. Nhiệm vụ nghiên cứu Trong khóa luận này chúng tôi thực hiện các nhiệm vụ sau: - Thứ nhất: Xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình phân tích TNT trên máy cực phổ. - Thứ hai: Xây dựng đường chuẩn của TNT, thể hiện sự phụ thuộc của chiều cao sóng cực phổ vào nồng độ TNT, để xác định hàm lượng TNT trong các mẫu phân tích. - Thứ ba: Xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý TNT bằng sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat (NH4)2S2O8.

- Thứ tư: Ứng dụng các điều kiện tối ưu đã khảo sát để xử lý TNT bằng sắt kim loại kết hợp với muối amoni pesunfat (NH4)2S2O8, từ đó làm cơ sở để xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại nói chung và các hợp chất nitro thơm nói riêng có trong nước thải của một số cơ sở sản xuất hóa chất công nghiệp quốc phòng. Ý nghĩa của đề tài - Cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn về xử lý các hợp chất nitro bằng sắt kim loại, kết hợp với muối amoni pesunfat. - Tiếp tục nghiên cứu phương pháp cực phổ để theo dõi quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại theo quy mô phòng thí nghiệm. Từ đó làm cơ sở cho việc xây dựng quy trình xử lý với quy mô công nghiệp.

Hoàng Thị Thu Hường Trang 2 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1. SƠ LƢỢC VỀ MỘT SỐ HỢP CHẤT NITRO THƢỜNG GẶP 1. Đây là một trong những chất nổ thông dụng nhất được sử dụng trong lĩnh vực quân sự và có nhiều ứng dụng khác trong công nghiệp và trong nhiều ngành kinh tế khác như khai thác mỏ, khai thác đá, giao thông, xây dựng…. TNT là một chất độc đối với người và sinh vật.

Khi xâm nhập vào cơ thể, TNT có thể gây tổn thương toàn diện cơ thể như gây viêm niêm mạc mắt, mũi, họng, tổn thương hệ thống thần kinh và có thể dẫn đến viêm gan, nhiễm độc, thiếu máu, tan máu, giảm khả năng tạo hemoglobin. Ngoài ra TNT còn có thể gây suy nhược thần kinh, suy nhược cơ thể, đục thuỷ tinh thể, ung thư. Theo những nghiên cứu mới đây thì TNT còn có thể gây vô sinh ở nam giới và có thể gây ung thư cho con người. TNT có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều con đường khác nhau như qua da, qua niêm mạc, qua đường hô hấp và tiêu hoá.

Vì thế nguy cơ nhiễm độc TNT càng cao hơn. Đối với động vật có vú liều lượng LD50 qua đường miệng đối với chuột đực là 1010 mg/kg và chuột cái là 820 mg/kg. Mèo và chó nhạy cảm với TNT hơn là thỏ, chuột hay lợn. Đối với các thủy sinh vật liều lượng LC50 đối với Hoàng Thị Thu Hường Trang 3 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích các loài cá khi bị nhiễm TNT dưới các điều kiện khác nhau (nhiệt độ, độ cứng, dòng chảy.

Đối với loài cá, nhạy cảm nhất là cá hồi, liều lượng LC50 là 0,8 mg/l. Nước thải từ các cơ sở sản xuất hóa chất quốc phòng chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa hoàn toàn sẽ làm ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước mặt và nước ngầm. Biểu hiện của sự ô nhiễm dễ quan sát thấy là nước chuyển sang màu tím, khi đó sẽ rất khó khăn và tốn kém để xử lý. Hàm lượng TNT trong nước thải công nghiệp theo TCVN 5945-2008 là 0,5 mg/lit.[2,4] OH O2N NO2 NO2 Axit picric cũng là chất rât độc hại, nuốt phải 1-2 gam có thể gây ngộ độc.

Bụi của axit picric gây kích thích da và mắt. Tác dụng lên mắt làm mắt đổi màu vàng. Bị ngộ độc axit này có thể gây nhức đầu, buồn nôn, tiêu chảy, chóng mặt vàng da, nước tiểu màu đỏ. 2,4-Dinitrotoluen (DNT) [2,5,6] Hoàng Thị Thu Hường Trang 4 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích DNT là chất hữu cơ rất dễ bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và các vi sinh vật.

DNT trong môi trường không khí và trong môi trường nước bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Trong điều kiện không có oxy hoặc ánh sáng mặt trời, DNT bị phân hủy dưới tác dụng của các vi sinh vật, chúng sử dụng DNT như là nguồn năng lượng và giải phóng ra CO2 và nước.DNT là một chất độc nguy hiểm, gây nhiều tác hại đến con người và sinh vật. Đối với con người: DNT xâm nhập vào cơ thể con người phần lớn qua đường da. Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và thành phần của các đồng phân, DNT có thể tồn tại dưới dạng chất dễ tan, chất rắn có điểm nóng chảy thấp hoặc là ở dạng chất lỏng.

Khi DNT ở dạng hơi, nó có thể xâm nhập qua đường hô hấp hay qua đường ăn uống nếu như người sử dụng không rửa sạch tay trước khi ăn. Phần lớn các triệu chứng khác của DNT là suy yếu cơ bắp, mỏi mệt, nhức đầu, ăn không ngon, chóng mặt, hoa mắt.Khi bị nhiễm độc nặng có thể dẫn đến viêm gan, những triệu chứng lâm sàng là xanh xao, thiếu máu. Hàm lượng DNT cho phép ở không khí nơi sản xuất là 1,5 mg/m3. Đối với sinh vật: Các sinh vật như thỏ, chó, lợn… rất nhạy cảm với DNT.

Những sinh vật này khi bị nhiễm độc thường mắc các chứng bệnh về thần kinh và bệnh gan.Các loài chó khi bị nhiễm độc DNT ở liều lượng 25 mg/kg/ngày có thể bị chết. 2,4-đinitrophenol (DNP) [3,13,14] Hoàng Thị Thu Hường Trang 5 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích DNP được sử dụng trong sản xuất thuốc nhuộm, chất bảo quản gỗ, và như một loại thuốc trừ sâu. Trong khoảng thời gian đầu những năm 30 của thế kỷ XX, DNP đã được sử dụng như là một loại thuốc giảm cân, nhưng đến năm 1938 nó đã bị cấm sử dụng. DNP có thể gây độc cấp tính và mãn tính.

Khi vào cơ thể qua đường tiêu hóa, DNP có thể được phân bố trong máu, nước tiểu, và các mô của người. Biểu hiện của nhiễm độc cấp tính DNP ở người là buồn nôn, nôn mửa, đổ mồ hôi, chóng mặt, nhức đầu, và giảm cân. Nếu con người hấp thụ DNP ở liều lượng lớn ngoài các biểu hiện cấp tính trên sẽ có thêm triệu chứng tăng tỷ lệ chuyển hóa cơ bản và các triệu chứng khác. Biểu hiện nhiễm độc mãn tínhở người là thương tổn da, giảm cân, gây ra các ảnh hưởng lên tủy xương, hệ thần kinh trung ương và hệ thống tim mạch.

Các nghiên cứu mới đây chỉ ra rằng phụ nữ uống DNP để giảm cân có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh sản, nhưng các thông tin này chưa có tính thuyết phục cao. Đối với động vật đẻ con DNP làm tăng tỷ lệ chết non và tăng tỷ lệ tử vong. NitroBenzen (NB) [6, 10] NO2 NB có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế. Một lượng lớn NB được dùng để sản xuất Anilin.

Ngoài ra, NB cũng được sử dụng trong thuốc trừ sâu, làm dung môi, thuốc nhuộm, dược phẩm và thuốc nổ. NB có thể được chuyển hóa dễ dàng thành Anilin và các dẫn xuất khác như Azobenzen, nitrosobenzen, phenylhidroxylamin.nhưng khó phân hủy trong nước. Do đó, chúng có thể tồn tại rất lâu trong nước và gây ô nhiễm nguồn nước. NB có độc tính cao và dễ dàng hấp thụ qua da.

NB là một chất có thể gây ung Hoàng Thị Thu Hường Trang 6 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Hóa học Phân tích thư, tiếp xúc kéo dài với NB gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống thần kinh trung ương, gan, thận, phổi và hệ tuần hoàn. Hít phải hơi NB có thể gây ra nhức đầu, buồn nôn, mệt mỏi, chóng mặt. Hàm lượng NB trong nước thải công nghiệp theo TCVN 5945-2008 là 5. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ VÒNG THƠM 1.Các nguồn phát sinh chất thải chứa hợp chất TNT Công nghiệp quốc phòng luôn gắn liền với quá trình sản xuất, chế biến và gia công thuốc nổ.

Thuốc phóng, thuốc nổ ngoài tính chất cực kỳ nguy hiểm khi chúng phát nổ, bản thân chúng cũng là những hóa chất gây độc khác nhau đến môi trường và sinh vật sống. Các nguồn phát sinh chất thải có tính nổ có thể là từ các dây chuyền công nghệ gia công vật liệu nổ, sửa chữa, bảo quản, niêm cất vũ khí, đạn dược và trang bị kỹ thuật của quân đội .