Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu động học phân hủy một số hợp chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng quá trình oxi hóa tiên tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC<br /> VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ……..….***…………<br /> <br /> NGUYỄN NGỌC TÙNG<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHÂN HỦY MỘT SỐ HỢP CHẤT<br /> HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC BẰNG<br /> QUÁ TRÌNH OXI HÓA TIÊN TIẾN<br /> Chuyên ngành: Hoá lý thuyết và Hóa lý<br /> Mã số<br /> <br /> : 62.44.01.19<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội - 2016<br /> <br /> Công trình đƣợc hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:<br /> PGS.TS. Vũ Anh Tuấn<br /> TS. Đào Hải Yến<br /> Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Cẩm Hà<br /> Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên<br /> Phản biện 3: PGS.TS. Trần Đại Lâm<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại<br /> Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công<br /> nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> 2<br /> <br /> GIỚI THIỆU LUẬN ÁN<br /> 1. Tính cấp thiết của Luận án<br /> Quá trình oxi hóa tiên tiến (AOPs) tận dụng lợi thế của các gốc tự do<br /> hoạt tính cao mà chủ yếu là các gốc •OH để thực hiện quá trình phân hủy<br /> các hợp chất độc hại hoặc các chất ô nhiễm khó phân hủy sinh học.<br /> (Linden et al, 2007; Cernigoj et al, 2007). Có nhiều công nghệ AOPs đã<br /> được công bố là có thể sinh ra các gốc •OH và được ứng dụng thành công<br /> trong xử lý nước. Hầu hết trong số này đều sử dụng quang phân UV kết<br /> hợp với các tác nhân oxi hóa mạnh như H2O2, Ozzone, S2O8 (Anipsitakis<br /> and Dionysiou, 2003). Trong những năm gần đây quang phân UV chlorine<br /> (Vogt and Schindler, 1991) mới được đề xuất như là một phương pháp oxi<br /> hóa tiên tiến tạo ra gốc •OH để ứng dụng trong xử lý nước. Hiện nay<br /> UV/chlorine được nghiên cứu trên nhiều đối tượng đơn lẻ về tiềm năng<br /> hình thành các gốc tự do mà chưa có những nghiên cứu ứng dụng hiệu quả<br /> sâu rộng trên nhiều loại đối tượng ô nhiễm độc hại. Vấn đề chi phí xử lý<br /> được đặc biệt quan tâm nhất là trong lĩnh vực xử lý nước thải sinh hoạt.<br /> Đây là đối tượng có chứa nhiều các hợp chất ô nhiễm mới. Các hợp chất<br /> này phần lớn là: dược phẩm, hormone, hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc<br /> kháng sinh, các chất ức chế ăn mòn. Những hợp chất này bắt nguồn từ<br /> những hoạt động hàng ngày của con người và được tìm thấy rộng rãi trên<br /> hầu hết các nguồn nước mặt ở phạm vi toàn thế giới (Kolpin et al., 2002;<br /> Kasprzyk-Hordern et al., 2008). Các công nghệ phổ biến dùng để loại bỏ<br /> các hợp chất ô nhiễm mới chủ yếu là: ozonation, than cacbon hoạt tính,<br /> công nghệ màng thẩm thấu với chi phi đầu tư và xử lý rất cao.<br /> Công nghệ xử lý nước thải không được thiết kế để loại bỏ được các<br /> hợp chất ô nhiễm hữu cơ mới, do vậy sự hiện diện của những hợp chất này<br /> ở dòng sau xử lý của các nhà máy nước thải là điều hoàn toàn không bất<br /> ngờ. Nồng độ trung bình của các hợp chất này vào khoảng 0,1-5 µM/L<br /> (Semard et al., 2008; Glassmeyer et al., 2005). Với nồng độ thấp này thì<br /> chưa có những cảnh báo cho người tiêu dùng tuy nhiên nếu các hợp chất<br /> này có mặt ở nồng độ cao hơn thì có thể gây ra những ảnh hưởng đến hệ<br /> nội tiết, do vậy chúng được coi là những hợp chất gây rối loạn nội tiết. Vì<br /> nước là một nguồn tài nguyên có giá trị cao nên sự hiện diện của các hợp<br /> chất ô nhiễm mới và sự phơi nhiễm lâu dài của người tiêu thụ nước với các<br /> hợp chất này đang trở thành một vấn đề lớn mà các nhà sản xuất nước đang<br /> muốn thay đổi. Vai trò của các gốc tự do trong quá trình động học phân<br /> hủy các hợp chất hữu cơ là một hướng được nghiên cứu nhiều. Các gốc tự<br /> do này thường tham gia mạnh vào trong các quá trình oxy hóa khử, hoạt<br /> tính của gốc •OH với các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ đã được nghiên<br /> cứu và công bố rộng rãi trên các tạp chí có uy tín. Bên cạnh đó, trong môi<br /> <br /> 1<br /> 3<br /> <br /> trường nước luôn tồn tại các anion vô cơ và sự ảnh hưởng của chúng đến<br /> sự hình thành các gốc tự do cũng như hoạt tính của các gốc tự do vô cơ đối<br /> với các hợp chất hữu cơ trong môi trường còn ít được nghiên cứu. Các gốc<br /> tự do vô cơ có thể được hình thành theo phản ứng giữa gốc hydroxyl và<br /> các anion vô cơ như: Cl-, SO42-, HCO3-/CO32-,.. và tham gia vào quá trình<br /> oxi hóa khử, làm thay đổi cơ chế oxi hóa các hợp chất hữu cơ, tạo ra các<br /> sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ khác nhau,...Các chất ô nhiễm hữu<br /> cơ tồn tại trong môi trường nước có thể bị phân hủy bởi nhiều quá trình<br /> khác nhau. Đặc biệt quá trình phân hủy dưới tác động của ánh sáng mặt<br /> trời, mà cơ bản là tia cực tím (UV) rất đáng quan tâm. Trong phổ mặt trời,<br /> 5-10% bức xạ thuộc về vùng tia cực tím (UV), trong khi đó tổng năng<br /> lượng mặt trời ngày nắng trung bình ở mức 5kWh/m2 thì đây là nguồn<br /> năng lượng lớn và gần như vô tận. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu về dư<br /> lượng của thuốc kháng sinh và hoá chất bảo vệ thực vật trong nước tự<br /> nhiên cũng như nước sinh hoạt chưa được chú ý nhiều. Nghiên cứu tập<br /> trung vào quá trình phân hủy và hoạt tính của gốc vô cơ với những hợp<br /> chất hữu cơ độc hại là một trong những yếu tố quan trọng để hiểu bản chất<br /> của các quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước<br /> mặt, nước tự nhiên cũng như trong các quá trình xử lý nước khác. Vì vậy<br /> chúng tôi tiếp tục tập trung nghiên cứu quá trình phân hủy các hợp chất<br /> hữu cơ độc hại, nghiên cứu động học phân hủy và xác định các sản phẩm<br /> phụ bằng các quá trình oxi hóa tiên tiến có sử dụng bức xạ UV (UV;<br /> UV/H2O2;UV/NaClO;UV/xúc tác, UV/HCO3-) trong môi trường nước với<br /> luận án: “Nghiên cứu động học phân hủy một số hợp chất hữu cơ độc hại<br /> trong môi trường nước bằng quá trình oxi hóa tiên tiến”.<br /> 2. Mục ti u của luận án<br /> Nghiên cứu động học các quá trình chuyển hóa, khả năng phân<br /> hủy một số hợp chất hữu cơ độc hại bằng các hệ phản ứng quang hóa: UV,<br /> H2O2/UV; UV/NaClO, UV/NaClO/xúc tác; UV/HCO3-/xúc tác tại các<br /> bước sóng 254, 365 nm trong các điều kiện môi trường khác nhau.<br /> 3. Nội dung của luận án<br /> - Nghiên cứu động học quá trình khảo sát sự ảnh hưởng của pH, các ion vô<br /> cơ cũng như ảnh hưởng của tác nhân oxi hóa là H2O2 và NaClO đến sự<br /> quang phân hủy của một số hợp chất hữu cơ độc hại như: Sarafloxacin,<br /> Acetamiprid.<br /> - Nghiên cứu động học quá trình chuyển hóa xác định sản phẩm phụ của<br /> các hợp chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng hệ phản ứng<br /> quang hóa UV, UV/H2O2, UV/NaClO tại bước sóng 254nm<br /> - Nhận dạng sản phẩm phụ sinh ra khi phản ứng quang hóa UV tại các<br /> bước sóng 254 nm trong môi trường nước.<br /> <br /> 4<br /> <br /> - Nghiên cứu hiệu suất phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại bằng hệ<br /> quang hóa: UV, UV/NaClO, UV/H2O2/xúc tác, UV/NaClO/xúc tác (GOFe(III), TiO2-GO, TiO2P25), so sánh hiệu quả của các hệ phản ứng quang<br /> hóa khác nhau.<br /> - Nghiên cứu động học quá trình khảo sát sự ảnh hưởng của ion bicacbonat<br /> ở các nồng độ và tỉ lệ xúc tác khác nhau đến sự quan phân hủy các hợp<br /> chất hữu cơ độc hại như: Diclofelac và Fenuron bằng hệ phản ứng<br /> UV/NaHCO3/xúc tác (TiO2P25 và TiO2PC500) tại bước sóng 365 nm.<br /> - So sánh sự quang phân hủy của hai hợp chất hữu cơ: Diclofelac và<br /> Fenuron<br /> - Xác định các sản phẩm phụ sinh ra trong quá trình quang hóa phân hủy<br /> Fenuron và Diclofelac.<br /> 4.B cục luận án<br /> Bản luận án gồm 138 trang với 50 bảng số liệu, 91 hình vẽ, 115 tài liệu<br /> tham khảo và 16 phụ lục. Luận án gồm các phần như sau: Mở đầu (3<br /> trang); chương 1: Tổng quan (51 trang); chương 2: Thực nghiệm (17<br /> trang); chương 3: Kết quả và thảo luận (51 trang); kết luận (2 trang).<br /> NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN<br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN<br /> 1.1. Vai trò và vị trí của các quá trình oxi hóa trong xử lý nước<br /> 1.2. Các quá trình oxi hóa tiên tiến<br /> 1.3. Tính chất hóa lý của một số gốc tự do điển hình và khả năng tham gia<br /> vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại<br /> 1.4. Một số xúc tác quang hóa nghiên cứu trong luận án<br /> 1.5. Động học của phản ứng<br /> CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM<br /> 2.1. Hóa chất<br /> Các dung môi, hóa chất dùng làm chất chuẩn và dùng để thí nghiệm<br /> phản ứng của luận án là các hóa chất tinh khiết của Merck (Đức) và SigmaAldrich.<br /> 2.2. Thực nghiệm<br /> 2.2.1. Một s đ i tƣợng nghi n cứu chính của luận án<br /> Bảng 2.4: Các đối tượng nghiên cứu chính của luận án<br /> T n chất<br /> Công thức<br /> Công thức phân tử: C20H17F2N3O3<br /> Khối lượng phân tử: 385,364<br /> g/mol.<br /> <br /> Sarafloxacin<br /> 97,3 % (Sara)<br /> <br /> 5<br /> <br />