Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường "Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà" trình bày các nội dung chính sau: Xây dựng quy trình xác định chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí trong nhà; Ứng dụng quy trình đã được xây dựng nhằm phân tích chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà trên một số quận địa bàn thành phố Hà Nội.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà

Lời cam đoan Tôi xin cam đoan Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Học viên Nguyễn Thị Thu Hằng I
Lời cảm ơn Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường với đề tài “Nghiên cứu chất chống cháy Brom trong bụi không khí trong nhà” được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa sinh Môi trường - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, từ khi nhận đề tài cho đến khi kết thúc thực nghiệm, em luôn nhận được sự quan tâm, động viên, hỗ trợ từ các cô hướng dẫn. Bằng tất cả sự kính trọng, lòng biết ơn, em xin phép được gửi tới TS. Trịnh Thu Hà và TS. Dương Thị Hạnh lời cảm ơn chân thành nhất. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện Hóa - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho em được hoàn thành tốt luận văn này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Học viện Khoa học và Công nghệ -Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện về cơ sở vật chất và hướng dẫn em hoàn thành chương trình học tập và thực hiện luận văn. Em cũng chân thành cảm ơn tới toàn thể các anh chị trong phòng Hóa sinh Môi trường đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Dù không phải là cộng sự, không cùng làm việc, nhưng gia đình luôn ở bên, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về cả tinh thần và vật chất cho em được nghiên cứu khoa học. Em xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới cha mẹ, gia đình đã cho em niềm tin, là chỗ dựa vững chắc trên con đường học tập của em! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên II
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Kí hiệu viết tắt Tiếng Việt CV Hệ số biến động của phép đo DCM Dichloromethane EPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ GC Sắc ký khí GC/ECD Sắc ký khí detector cộng kết điện tử GC/EI-MS Sắc ký khí với detector ion hóa electron khối phổ GC/MS Sắc ký khí khối phổ HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao LC Sắc ký lỏng LOQ Giới hạn định lượng LOD Giới hạn phát hiện MS Phổ khối lượng ppm Nồng độ phần triệu ppb Nồng độ phần tỷ ReT Thời gian lưu RSD Độ lệch chuẩn tương đối Rev Độ thu hồi SD Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecyl sulfate SPE Chiết pha rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt nam III
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................................3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................3 4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................................3 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................................................4 6. Bố cục luận văn gồm 3 chương và kết luận ............................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................................6 1.1. KHÁI NIỆM VỀ CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY ...............................................................6 1.2. VAI TRÒ CỦA CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY TRONG ĐỜI SỐNG ............................6 1.3. CHẤT CHỐNG CHÁY BROM, ỨNG DỤNG.................................................................8 1.4. NHÓM CHẤT CHỐNG CHÁY DIPHENYL POLYBROMINATED (PBDEs)....... 10 1.5. SỰ HIỆN DIỆN CỦA CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MÔI TRƯỜNG ... 12 1.6. NGUY CƠ PHƠI NHIỄM CỦA CON NGƯỜI VỚI CHẤT CHỐNG CHÁY .......... 13 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………….. 18 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 18 2.2. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ........................................................................ 18 2.2.2. Thiết bị, dụng cụ .............................................................................................................. 22 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................................... 23 2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................................. 24 2.3.3. Đảm bảo chất lượng của phương pháp .......................................................................... 25 2.4. THỰC NGHIỆM ............................................................................................................... 28 2.4.1. Khảo sát phương pháp phân tích chất chống cháy brom trong mẫu bụi trên thiết bị GC/MS ....................................................................................................................................... 28 2.4.1.1. Điều kiện thiết bị cho phân tích PBDEs ..................................................................... 28 2.4.1.2. Khảo sát các điều kiện đo PBDEs trên thiết bị GC/MS ............................................ 29 2.4.2. Khảo sát điều kiện chiết tách chất chống cháy trong mẫu bụi không khí.................... 29 2.4.2.1. Chuẩn bị mẫu và thí nghiệm chiết tách....................................................................... 29 2.4.2.2. Khảo sát các loại dung môi sử dụng chiết tách các hợp chất PBDEs....................... 30 2.4.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách............................................ 31 IV
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................... 33 3.1. KẾT QUẢ QUY TRÌNH PHÂN TÍCH PBDEs TRÊN THIẾT BỊ GC-MS .........33 3.1.1. Kết quả khảo sát các điều kiện phân tích PBDEs trên thiết bị GC-MS ....................... 33 3.2. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MẪU BỤI TRONG NHÀ............................................................................................................................ 39 3.2.1.1. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng hỗn hợp dung môi methanol: dichloromethane với tỷ lệ 1 : 1............................................................................................................................... 39 3.2.1.2. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng hỗn hợp dung môi acetone:dichloromethane với tỷ lệ 1:1 ....................................................................................................................................... 40 3.2.1.3. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng hỗn hợp acetone: hexane với tỷ lệ 1:1 ........... 41 3.2.1.4. Hiệu quả chiết tách PBDEs sử dụng dung môi dichloromethane ............................. 42 3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách............................................... 43 3.3. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MẪU BỤI TRONG NHÀ TRÊN THIẾT BỊ GC/MS............................................................................... 47 3.3.1.Xác định giá trị sử dụng của phương pháp ..................................................................... 49 3.4.2. Đánh giá mức độ rủi ro của PBDEs có trong bụi nhà................................................... 56 1. Kết luận .................................................................................................................................. 58 2. Kiến nghị ................................................................................................................................ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 59 PHỤ LỤC................................................................................................................................... 63 V
Danh mục bảng Bảng 1.1: Danh sách các chất phân tích ............................................................................... 10 Bảng 1.2: Tính chất hóa lý của các chất PBDE phân tích................................................... 10 Bảng 2.1: Nồng độ các dung dịch chuẩn gốc ...................................................................... 18 Bảng 2.2: Nồng độ các dung dịch chuẩn ............................................................................. 21 Bảng 2.3: Điều kiện thiết bị phân tích cho các hợp chất PBDEs theo EPA 1614A.......... 28 Bảng 3.1: Các hợp chất PBDEs và các mảnh phổ khảo sát............................................... 33 Bảng 3.2: Điều kiện khảo sát để định lượng PBDE trên thiết bị GC-MS ......................... 34 Bảng 3.3. Mảnh phổ chuẩn và thời gian lưu của các chất phân tích .................................. 36 Bảng 3.4: Kết quả phân tích PBDEs khi sử dụng hỗn hợp dung môi................................ 39 methanol : dichloromethane.................................................................................................. 39 Bảng 3.5: Kết quả phân tích PBDE khi sử dụng hỗn hợp dung môi acetone:dichloromethane....................................................................................................... 40 Bảng 3.6: Kết quả phân tích PBDEs khi sử dụng hỗn hợp dung môi acetone:hexane ..... 41 Bảng 3.7: Kết quả phân tích PBDE khi sử dụng dung môi dichloromethane ................... 42 Bảng 3.8: Kết quả PBDE trong điều kiện chiết tách ở nhiệt độ thường và nhiệt độ được điều chỉnh ở mức 25 - 28oC .................................................................................................. 44 Bảng 3.9: Kết quả phân tích mẫu trắng và mẫu lặp thêm chuẩn ........................................ 46 Bảng 3.10 MDL của phương pháp xác định PBDEs .......................................................... 50 Bảng 3.11. Sai số và độ lặp lại của phép đo tại các nồng độ khác nhau ............................ 51 Bảng 3.12: Đánh giá mô phỏng về nguy cơ sức khỏe của PBDEs đối với cư dân tại khu vực lấy mẫu ............................................................................................................................ 57 VI
Danh mục hình Hình 1.1: Công thức cấu tạo của các chất chống cháy PBDE ............................................ 12 Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị sắc kí khí kết nối khối phổ (GC/MS) ........................................... 22 Hình 2.2: Sơ đồ thiết bị GC/MS ........................................................................................... 23 Hình 2.3: Mẫu bụi trong nhà để phân tích PBDEs .............................................................. 32 Hình 3.1: So sánh hiệu suất thu hồi của 13 PBDEs khi sử dụng các hỗn hợp dung môi chiết tách khác nhau........................................................................................................................ 43 Hình 3.2. Quy trình chiết tách PBDE trong mẫu bụi .......................................................... 48 Hình 3.3: Phân bố hàm lượng của các BDE tại các địa điểm lấy mẫu tại Hà Nội ............ 54 Hình 3.4: Hàm lượng  10 PBDEs và BDE-209 ở trong các mẫu bụi nhà....................... 54 Hình 3.5: Mức độ tương đồng về hàm lượng và thành phần các PBDE ........................... 55 ở các vị trí lấy mẫu................................................................................................................. 55 VII
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Chất chống cháy được sử dụng rộng rãi trong hoạt động công nghiệp do nó được thêm vào trong nhựa, hàng dệt may và mạch điện tử để đáp ứng các tiêu chuẩn dễ cháy trên toàn thế giới [1]. Các chất chống cháy nhóm brom (BFR), bao gồm các ete diphenyl polybrominated (PBDEs) đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, những lo ngại về tích lũy sinh học và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người của PBDEs đã dẫn đến việc cấm sản xuất và sử dụng chúng ở một số quốc gia, dẫn đến tăng việc sản xuất và sử dụng chất chống cháy thay thế, bao gồm cả OPFRs [2; 3]. Chất chống cháy brom (BRF) đã được phát hiện trong các thành phần môi trường khác nhau như đất, nước, không khí. Tần suất và nồng độ phát hiện cao của cả BFR và OPFR được thấy ở trong bụi không khí trong nhà, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người trong thời gian tiếp xúc lâu dài, đặc biệt là đối với trẻ em, do tần suất tiếp xúc với mặt đất thường xuyên hơn do đó phơi nhiễm bụi cao hơn so với người lớn [4]. Do đó việc phân tích hàm lượng các chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà ngày càng được quan tâm, đặc biệt đối với BFR . Hiện nay trên thế giới nhiều phương pháp phân tích đã được phát triển nhằm phân tích đồng thời nhiều nhóm chất chống cháy trong mẫu môi trường, đặc biệt là mẫu không khí bằng việc sử dụng cùng một phương pháp chiết tách mẫu. Các đường phơi nhiễm của con người với các chất chống cháy PBDE bao gồm ăn uống thức ăn, tiêu hóa, hít phải không khí, bụi bị ô nhiễm PBDE và nuốt phải bụi, đặc biệt là bụi trong nhà. Phơi nhiễm cũng có thể xảy ra trong nơi làm việc trong quá trình hít vào không khí trong nhà bị ô nhiễm. Có sự tương quan tỷ lệ thuận giữa nồng độ PBDE (ngoại trừ BDE-209) ở sữa mẹ và bụi trong nhà. Nồng độ PBDE trong huyết thanh người tương quan cao nhất với các mức nồng độ PBDE tìm thấy trong bụi trong nhà. Khoảng từ 20 % đến 40 % dân số trưởng thành ở Mỹ tiếp xúc với PBDEs là thông qua việc ăn uống, phần còn lại tiếp xúc chủ yếu là do hít phải 1
bụi hoặc nuốt phải. Các chất chống cháy có liên quan đến rối loạn nội tiết, suy nhược miễn dịch, độc tính sinh sản, ung thư và tác dụng phụ trên sự phát triển của thai nhi và trẻ sơ sinh và chức năng thần kinh. Trước đây, các cơ quan quản lý chỉ xem xét những lợi ích của việc sử dụng các chất chống cháy chứ không quan tâm đến những hạn chế tiềm ẩn. Sau nhiều thập kỷ sử dụng các chất chống cháy, hàng trăm nghiên cứu khoa học trên khắp thế giới đã phát hiện ra hậu quả xấu đối với sức khoẻ và môi trường của một số chất chống cháy đặc biệt là nhóm chất chống cháy brom. Điều này được minh chứng bởi một loạt các công bố về nhóm chất chống cháy brom (PBDE...) trong các sản phẩm chống cháy xuất hiện trong môi trường bụi và không khí trong nhà, không khí, nước, trầm tích và vi sinh vật. Vấn đề về các chất chống cháy brom đã trở thành một vấn đề lớn trên phạm vi toàn thế giới. Theo thời gian nhiều chất khác nhau đã được thêm vào danh sách các chất có nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường, và nhiều chất đã được đưa vào nhóm các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững (POP). Mối quan tâm về các chất chống cháy ngày càng gia tăng đã thúc đẩy một số nước châu Âu cấm sử dụng một số các chất chống cháy theo nguyên tắc phòng ngừa hơn phổ biến. Một loại các quy định, tiêu chuẩn về các chất chống cháy đã được đưa ra ở Liên minh châu Âu, Mỹ và một số nước trên thế giới. Để đánh giá đầy đủ hơn về mức độ ô nhiễm chất chống cháy, đặc biệt là chất chống cháy brom Chúng tôi đã xây dựng quy trình phân tích chất chống cháy brom trong bụi không khí trong nhà bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS/MS). Thủ đô Hà Nội có mật độ dân cư đông cùng với mật độ xây dựng cao, các cao ốc văn phòng, các khu chung cư cao tầng mọc lên khắp nơi dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng trong sản xuất và tiêu thụ hóa chất công nghiệp, bao gồm các chất chống cháy brom (BFRs). Các chất chống cháy brom có các vật liệu, đồ dùng trang thiết bị, nhất là các trang thiết bị điện và điện tử nên chúng dễ phát tán vào môi trường không khí trong quá trình sản xuất và tiêu thụ dẫn đến nguy cơ người dân sẽ bị phơi nhiễm nhiều với các chất này. 2
Luận văn này dự kiến tập trung nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích các chất chống cháy brom trong các mẫu bụi không khí trong nhà, từ đó áp dụng để đánh giá sự xuất hiện của các hợp chất này trong môi trường không khí trong nhà tại Thành phố Hà Nội và đánh giá sự phơi nhiễm cũng như ảnh hưởng của các hợp chất này đối với người dân sinh sống ở đây. Do đó em thực hiện luận văn “Nghiên cứu chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí trong nhà”. 2. Mục đích nghiên cứu -Mục tiêu chung: Xây dựng quy trình xác định chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí trong nhà. - Mục tiêu cụ thể: Ứng dụng quy trình đã được xây dựng nhằm phân tích chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà trên một số quận địa bàn thành phố Hà Nội. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Chất chống cháy nhóm brom và mẫu bụi không khí trong nhà tại Hà Nội. - Phạm vi nghiên cứu: thành phố Hà Nội trong thời gian từ tháng 5/2020 – tháng 11/2020. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về chất chống cháy brom trong bụi không khí trong nhà, phương pháp phân tích chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí. - Khảo sát các loại dung môi sử dụng chiết tách các hợp chất chất chống cháy brom trong bụi không khí trong nhà và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết bằng các phương pháp chiết tách khác nhau. - Khảo sát độ lặp lại của quy trình chiết tách, kiểm soát chất lượng phân tích bằng việc phân tích mẫu lặp, mẫu trắng,… - Xây dựng quy trình chiết tách chất chống cháy brom trong mẫu bụi không khí trong nhà trên thiết bị sắc ký khí kết nối khối phổ. - Thu thập mẫu bụi không khí trong nhà tại Hà Nội. 3
- Ứng dụng quy trình chiết tách đã nghiên cứu để phân tích chất chống cháy brom trong các mẫu bụi thực tế thu thập được. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu thành công sẽ giúp làm rõ được các yếu tố liên quan đến các chất chống cháy nhóm brom trong bụi không khí trong nhà. - Ý nghĩa thực tiễn: Từ quy trình phân tích xây dựng được sẽ ứng dụng vào việc phân tích xác định các các chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà. Từ các kết quả phân tích được sẽ đánh giá các nguy cơ phơi nhiễm và ảnh hưởng sức khỏe của chất chống cháy brom đến con người. Từ đó góp phẩn cảnh báo cho các nhà quản lý về việc sử dụng các chất chống cháy độc hại không tốt cho sức khỏe con người, và định hướng sử dụng các chất chống cháy thân thiện với con người và môi trường vào trong các sản phẩm tiêu dùng. 6. Bố cục luận văn gồm 3 chương và kết luận Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương này cung cấp các thông tin về các phương pháp nghiên cứu và nội dung thực nghiệm trong luận án, trong đó có các nội dung chính là: - Nghiên cứu phương pháp chiết tách các chất chống cháy brom (PBDE) trong mẫu bụi không khí trong nhà. - Nghiên cứu phương pháp phân tích các chất chống cháy brom (PBDE) trong mẫu bụi không khí trong nhà trên thiết bị GC/MS. - Nghiên cứu phân tích xác định các các chất chống cháy brom (PBDE) trong mẫu bụi không khí trong nhà tại một số quận ở Hà Nội. Chương 3: Phần kết quả và thảo luận Chương này tập trung vào 4 nội dung kết quả chính: - Khảo sát các điều kiện chiết táchcác chất chống cháy brom (PBDE) trong mẫu bụi không khí trong nhà. 4
- Khảo sát các điều kiện phân tích chất chống cháy brom trong mẫu bụi trên thiết bị GC/MS. - Xác định thành phần, hàm lượng, các chất chống cháy brom (PBDE) trong mẫu bụi không khí trong nhà ở một số quận ở Hà Nội. - Kết luận Chúng tôi hy vọng rằng kết quả nghiên cứu của luận văn về mặt khoa học sẽ định hướng về nghiên cứu phân tích các chất chống cháy trong bụi không khí, qua đó sẽ đóng góp những công cụ để giúp cho việc đánh giá tác động môi trường của các nhà nghiên cứu và quản lý môi trường về mặt thực tiễn cũng như đánh giá các nguy cơ phơi nhiễm của con người với các chất chống cháy trong môi trường khí trong nhà. 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. KHÁI NIỆM VỀ CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY Các chất chống cháy (Flame retardants: FRs) là các hóa chất được thêm vào vật liệu dễ cháy để tăng khả năng chống cháy của chúng. Khi vật liệu tiếp xúc với một nguồn nhiệt nhỏ như thuốc lá, nến hoặc chập điện. Nếu vật liệu hoặc vật liệu lân cận đã bốc cháy, các chất chống cháy sẽ làm chậm sự bốc cháy và ngăn lửa lan sang các vật dụng khác. Vì thuật ngữ "Các chất chống cháy" mô tả một chức năng và có một loạt các hóa chất khác nhau được sử dụng cho mục đích này. Thông thường các chất chống cháy được sử dụng kết hợp với các vật liệu trong quá trình sản xuất. Sự đa dạng của các sản phẩm các chất chống cháy là rất cần thiết, bởi vì các vật liệu và sản phẩm cần được an toàn cháy nổ rất khác nhau về bản chất và thành phần. Ví dụ, nhựa là vật liệu có một loạt các tính chất cơ học, hóa học rất tốt nhưng cháy. Do đó, chúng cần phải được kết hợp với các chất chống cháy thích hợp để giữ lại chức năng chính của vật liệu và vẫn chống được cháy. Các chất chống cháy rất cần thiết để đảm bảo an toàn cháy nổ của một loạt các vật liệu như nhựa, mút cao su và sợi vật liệu cách nhiệt, mút cao su được sử dụng để sản xuất đồ nội thất, nệm, sản phẩm gỗ, hàng dệt may tự nhiên và nhân tạo, dùng trong các bộ phận của thiết bị điện, ô tô, máy bay và các cấu kiện xây dựng... 1.2. VAI TRÒ CỦA CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY TRONG ĐỜI SỐNG Từ những năm 1970, trên toàn cầu người ta đã sử dụng các chất chống cháy brom, clo và phosphate hữu cơ và các chất chống cháy vô cơ. Các nhà sản xuất thêm các hóa chất này vào một loạt các sản phẩm để tăng khả năng chống bắt lửa của chúng. Mặc dù đã phát triển nhiều loại các chất chống cháy đối với hầu hết các polyme nhân tạo, nhưng các chất chống cháy halogen vẫn được sử dụng nhiều nhất. Việc sử dụng các chất chống cháy để thêm vào các vật liệu nhằm hạn chế quá trình cháy của sản phẩm và vật gia dụng đã được sử dụng một cách triệt để. Các chất 6
chống cháy được thêm vào các vật liệu sản xuất trong các lĩnh vực như chất dẻo, hàng dệt may, sản xuất thiết bị điện tử, vải dệt, nhựa polyme, trong ngành công nghiệp ô tô và bề mặt hoàn thiện, chất phủ. Các chất chống cháy được sử dụng rộng rãi ở nồng độ tương đối cao trong nhiều ứng dụng. Hầu hết các trang thiết bị sử dụng trong nhà đều có sự hiện diện của các chất chống cháy. Các thiết bị gia dụng và văn phòng đều tiềm ẩn những nguy cơ cháy từ các vật liệu dễ cháy như các thiết bị điện, điện tử, các đồ dùng trong trong sinh hoạt (đồ đạc, ghế sofa, thảm, đồ chơi, tạp chí và sách báo ...), đặc biệt là những thiết bị điện tử tốc độ xử lý cao với những vi mạch điện tử thu nhỏ, dẫn đến nguy cơ quá nhiệt cục bộ hoặc nguy cơ chập cháy điện. Các chất chống cháy có thể ngăn chặn sự gia tăng nguy cơ cháy từ sự gia tăng số người tiêu dùng với thiết bị điện tử trong nhà và văn phòng. Các chất chống cháy bảo vệ các vật liệu hiện đại như nhựa kỹ thuật, cách nhiệt xây dựng, bảng mạch và dây cáp dễ bắt lửa và lan truyền. Năm 2008, Mỹ, châu Âu và châu Á tiêu thụ 1,8 triệu tấn các chất chống cháy, trị giá 4,20 - 4,25 tỷ USD. Năm 2010, châu Á Thái Bình Dương là thị trường lớn nhất về các chất chống cháy, chiếm 41 % nhu cầu toàn cầu, tiếp đến là Bắc Mỹ và Tây Âu[5]. Năm 2013, lượng các chất chống cháy tiêu thụ trên thế giới là hơn 2 triệu tấn. Lĩnh vực sử dụng các chất chống cháy nhiều nhất là lĩnh vực xây dựng, ví dụ các chất chống cháy rất cần cho các đường ống, dây điện và cáp được làm bằng chất dẻo[6]. Theo Ceresana thị trường các chất chống cháy đang tăng lên do các tiêu chuẩn an toàn về việc sử dụng các chất chống cháy ngày càng tăng trên toàn thế giới [7]. Giống như nhiều sản phẩm và dịch vụ, việc sử dụng các chất chống cháy phụ thuộc hoàn toàn vào các lợi ích và chi phí tổng thể cho xã hội. ❖ Lợi ích của việc sử dụng các chất chống cháy 7
- Số lượng các đám cháy được ngăn ngừa hoặc giảm mức độ nghiêm trọng của đám cháy, số lượng đám cháy nhỏ hơn và diễn ra chậm hơn với sự tắt lửa sớm. Kết quả giảm tổn thất về tài sản, thương tích và thương vong do hoả hoạn. Mặc dù thương tích và tử vong do hỏa hoạn có thể tương đối nhỏ so với các nguyên nhân khác nhưng hậu quả đối với cá nhân, cộng đồng và doanh nghiệp có thể rất nghiêm trọng khi xảy ra hỏa hoạn, do đó cả xã hội đều phải có ý thức về phòng ngừa và giảm thiểu hỏa hoạn. - Giảm thiểu ô nhiễm môi trường do ngăn ngừa hoặc hạn chế hỏa hoạn. - Cải thiện khả năng chống cháy của các polyme để mở rộng phạm vi ứng dụng an toàn, do đó giảm chi phí và tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển cải tiến các sản phẩm và ứng dụng. ❖ Những bất lợi của việc sử dụng các chất chống cháy - Một số các chất chống cháy phụ gia thoát ra khỏi các sản phẩm hoặc sử dụng quá nhiều trong quá trình sản xuất các sản phẩm. Sau đó nó có thể được đi vào vào môi trường không khí trong nhà, gây nên sự phơi nhiễm cho người sống tại đó, một số trường hợp, chúng đã được phân tán rộng rãi vào trong môi trường ngoài trời, thậm chí tập trung ở các vùng sâu vùng xa như vùng Bắc Cực [7]. Việc thoát ra và phân tán vào môi trường của một số chất chống cháy có hoạt tính sinh học và độc tính đối với con người và hệ sinh thái giành được mối quan tâm lớn. - Một số hệ thống chống cháy có thể có một số tác dụng có lợi trên một số khía cạnh của hoạt động hỏa hoạn, nhưng chúng cũng có thể làm tăng sự phát tán các chất độc hại khi các sản phẩm chống cháy bị đốt trong hỏa hoạn, do đó gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người hoặc môi trường. 1.3. CHẤT CHỐNG CHÁY BROM, ỨNG DỤNG Chất chống cháy brom (BFR) là các hợp chất brom hữu cơ có tác dụng ức chế hóa học đối với quá trình đốt cháy và có xu hướng giảm tính dễ cháy của các sản phẩm có chứa chúng. Các chất chống cháy hóa học rất đa dạng và chiếm ưu thế, 8
chiếm khoảng 19,7% thị trường. Chúng được ứng dụng hiệu quả trong các sản phẩm nhựa, dệt may, điện tử, xây dựng và đồ nội thất. Các hợp chất polybrominated diphenylethers (PBDEs) được coi là một nhóm quan trọng trong các hợp chất chống cháy, chúng được sản xuất với sản lượng lớn và được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm hàng ngày, giúp cho các thiết bị vật dụng không dễ dàng bị cháy hoặc bị cháy chậm hơn trong hỏa hoạn. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nghiên cứu đã cho rằng PBDE là chất gây ô nhiễm đáng kể trong môi trường sống trong nhà và gây nên những ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. PBDE có 10 nguyên tử brom gắn với phân tử diphenylether, trọng lượng phân tử cao và độ bền nhiệt cao.Họ PBDE bao gồm 209 chất đồng đẳng, các sản phẩm thương mại thường là hỗn hợp của một số các chất đồng đẳng này. Ứng dụng chính của PBDE là trong polyme styrenic, polyolefin polyeste, nylons và hàng dệt may. Các hợp chất này thường có mặt trong thành phần các chất phụ gia, và được trộn với các chất tạo dẻo, tạo bọt tuy nhiên không có sự hình thành các liên kết hóa học, chính vì vậy mà các chất chống cháy này có khả năng khuếch tán ra khỏi sản phẩm bám vào các hạt bụi và xâm nhập vào môi trường không khí, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người [8]. OctaBDE thương mại (còn được gọi là "Octabrom") là một hỗn hợp kỹ thuật của các đồng loại PBDE khác nhau có trung bình 7,2 đến 7,7 nguyên tử brôm cho mỗi phân tử của diphenyl ether. Các đồng đẳng chiếm ưu thế trong octaBDE thương mại là những chất của heptabromodiphenyl ether và octaBDE. Thuật ngữ octaBDE đơn thuần đề cập đến các đồng phân của ete octabromodiphenyl (PBDE 194–205); và BDE-203 (2,2 ’, 3,4,4’, 5,5 ’, 6-octabromodiphenyl ether). Nồng độ của PBDE trong không khí và bụi trong nhà nói chung cao hơn so với nồngđộ ở ngoài trời bởi vì chúng được sử dụng rộng rãi trong các vật dụng và thiết bị trong nhà [9;10].Với mật độ xuất hiện dày đặc trong nhà, cùng với khoảng 9
không trong nhà thường là nhỏ, kéo theo sự luân chuyển không khí yếu hơn nên nồng độ PBDEs trong bụi trong nhà cao hơn gấp nhiều lần so với bụi ngoài trời. Hơn nữa, sự lưu thông không khí yếu hơn trong nhà cũng làm tăng lượng chất, lắng đọng các hạt và do đó PBDE có nhiều khả năng được hấp phụ lên bề mặt các vật liệu khác và tồn dư lâu hơn trong không khí [11;12]. 1.4. NHÓM CHẤT CHỐNG CHÁY DIPHENYL POLYBROMINATED (PBDEs) Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung nghiên cứu xây dựng phương pháp chiết tách nhóm chất chống cháy gốc Brom là nhóm diphenyl polybrominated (PBDEs) bao gồm 13 đồng đằng của chất chống cháy PBDE là BDE-28, 47, 99, 100, 153, 154, 183, 196, 197, 203, 206, 207, và 209 (bảng 1.1). Bảng 1.1: Danh sách các chất phân tích Đồng đẳng Hợp chất Di-BDEs BDE-15 Tri-BDEs BDE-28 Tetra-BDEs BDE-47 Penta-BDEs BDE-99, -100 Hexa-BDEs BDE-153, -154 Hepta-BDEs BDE-183 Octa-BDEs BDE-196, -197-203 Nona-BDEs BDE-206, -207 Deca-BDE BDE-209 Tính chất hóa lý của PBDEs phân tích được liệt kê trong bảng 1.2 và hình 1.1 Bảng 1.2: Tính chất hóa lý của các chất PBDE phân tích Tên Công thức Tên gọi Khối Điểm Bề phân tử lượng chẩy ngoài phân tử (g/mol) BDE-28 C12H7Br3O 2,4,4′-TriBDE, 2,4,4′- 406.90 64-64.5 °C Rắn Tribromodiphenyl ether 10
BDE-47 C12H6Br4O 2,2′,4,4′-TetraBDE, 485.79 82-82.5 °C Rắn 2,2′,4,4′- Tetrabromodiphenyl ether BDE-99 C12H5Br5O 2,2′,4,4′,5-PentaBDE, 564.69 -5 °C Rắn 2,2′,4,4′,5- Pentabromodiphenyl ether BDE-100 C12H5Br5O 2,2′,4,4′,6-PentaBDE, 564.69 97-98 °C Rắn 2,2′,4,4′,6- Pentabromodiphenyl ether BDE-153 C12H4Br6O 2,2′,4,4′,5,5′-HexaBDE, 643.58 157.6 °C Rắn 2,2′,4,4′,5,5′- Hexabromodiphenyl ether BDE-154 C12H4Br6O 2,2′,4,4′,5,6′- 643.58 142-143 °C Rắn Hexabromodiphenyl ether BDE-183 C12H3Br7O 2,2′,3,4,4′,5′,6-HeptaBDE, 722.48 2,2′,3,4,4′,5′,6- Heptabromodiphenyl ether BDE-196 C12H2Br8O 2,2′,3,3′,4,4′,5,6′-octa- 801.379 bromodiphenyl ether BDE-197 C12H2Br8O 2,2′,3,3′,4,4′,6,6′-octa- 801.379 bromodiphenyl ether BDE-203 C12H2Br8O 2,2',3,4,4',5,5',6- 801.379 Octabromodiphenyl ether BDE-206 C12HBr9O 2,2′,3,3′,4,4′,5,5′,6- 880.275 NonaBDE, 2,2′,3,3′,4,4′,5,5′,6- Nonabromodiphenyl ether BDE-207 C12HBr9O 2,2′,3,3′,4,4′,5,6,6′- 880.275 NonaBDE, 2,2′,3,3′,4,4′,5,6,6′- Nonabromodiphenyl ether BDE-209 C12Br10O Decabromodiphenyl ether, 959.17 294-296 °C Trắng, Decabromodiphenyl oxide vàng nhạt BDE-28 BDE-47 BDE-99 BDE-100 11
BDE-153 BDE-154 BDE-183 BDE-196 BDE-197 BDE-203 BDE-206 BDE-207 BDE-209 Hình 1.1: Công thức cấu tạo của các chất chống cháy PBDE 1.5. SỰ HIỆN DIỆN CỦA CHẤT CHỐNG CHÁY BROM TRONG MÔI TRƯỜNG Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng nồng độ PBDEs trong bụi trong nhà cao 50 lần so với nồng độ ngoài trời trong trong một nghiên cứu mẫu bụi ở Ottawa, Canada. 12
Những nguy cơ về sức khoẻ liên quan đến chất chống cháy: Các chất chống cháy có liên quan đến các vấn đề sức khỏe con người như rối loạn nội tiết, suy giảm hệ miễn dịch, độc tính sinh sản, ung thư và tác dụng phụ trên sự phát triển của thai nhi và trẻ sơ sinh và chức năng thần kinh. Con người có thể bị phơi nhiễm với các chất chống cháy từ các sinh hoạt hằng ngày, từ các phương tiện giao thông, từ nơi làm việc.... Chất chống cháy brom (BRF) đã được phát hiện trong các thành phần môi trường khác nhau như đất, nước, không khí. Tần suất và nồng độ phát hiện cao cao của cả BFR và OPFR được thấy ở trong bụi không khí trong nhà, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người trong thời gian tiếp xúc lâu dài, đặc biệt là đối với trẻ em, do tần suất tiếp xúc với mặt đất thường xuyên hơn do đó phơi nhiễm bụi cao hơn so với người lớn [4].Do đó việc phân tích hàm lượng các chất chống cháy trong bụi không khí trong nhà ngày càng được quan tâm, đặc biệt đối với BFR . Hiện nay trên thế giới nhiều phương pháp phân tích đã được phát triển nhằm phân tích đồng thời nhiều nhóm chất chống cháy trong mẫu môi trường, đặc biệt là mẫu không khí bằng việc sử dụng cùng một phương pháp chiết tách mẫu. 1.6. NGUY CƠ PHƠI NHIỄM CỦA CON NGƯỜI VỚI CHẤT CHỐNG CHÁY Các nhà khoa học đã xác định được mức độ đáng kể và tăng nhanh nồng độ BFR trong mô người bao gồm máu, mô mỡ và mô sữa. Nguồn tiếp xúc của con người vẫn còn kém đặc trưng kém, mặc dù các tuyến đường có khả năng là hít phải các hạt bị ô nhiễm hoặc nuốt phải thực phẩm bị ô nhiễm. BFR có thể bốc hơi từ các sản phẩm tiêu dùng và được lắng đọng trên các hạt bụi sau đó được con người ăn hoặc hít thở phải. Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận phơi nhiễm nghề nghiệp trong ngành điện tử và các ngành công nghiệp máy tính với mức độ cao BFR trong máu của công nhân. Hấp thụ BFR thông qua tiếp xúc với da với các sản phẩm như điện tử và dệt may không có khả năng đóng góp đáng kể đến mức BFR tăng trong cơ thể. * Phơi nhiễm qua con đường ăn uống: Một con đường phơi nhiễm ở người là thông qua chế độ ăn uống, đặc biệt là ăn cá nhiễm mỡ và chất béo thực phẩm, bao 13