Thông tin Đề tài

Tên đề tài Xác định lượng tồn dư chất diệt cỏ Glyphosate và chất chuyển hóa acid aminomethylphosphonic (AMPA) trong nước sông Hồng và đề xuất công nghệ xử lý
Mã số đề tài VAST07.04/20-21
Cơ quan chủ trì (Cơ quan thực hiện) TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI
Thuộc Danh mục đề tài Hướng Môi trường và Năng lượng (VAST07)
Họ và tên TS. Lê Phương Thu
Thời gian thực hiện 01/01/2020 - 31/12/2021
Tổng kinh phí 600 triệu đồng
Xếp loại Xuất sắc
Mục tiêu đề tài

- Xác định lượng tồn dư của chất diệt cỏ Glyphosate và chất chuyển hóa của nó AMPA trong nước Sông Hồng từ địa phận Hà Nội đến Thái Bình.
- Chế tạo than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp để xử lý Glyphosate và AMPA trong môi trường nước.

Kết quả chính của đề tài

Về khoa học:
- Đánh giá chất lượng nước mặt của sông Hồng trải dài từ Phú Thọ, qua Hà Nội, Hà Nam về hạ nguồn Thái Bình – Nam Định cho thấy dư lượng thuốc diệt cỏ Glyphosate và chất chuyển hóa của nó đều được phát hiện đồng thời trong môi trường nước sông với hàm lượng thấp. Hàm lượng của các chất này khác nhau đáng kể, phụ thuộc vào thời gian đi thu mẫu, các khu vực thu mẫu, thời tiết, các yếu tố thủy văn của dòng chảy và đặc biệt là việc kiểm soát các nguồn thải đổ vào nguồn nước. Môi trường nước mặt tại các khu vực bị ô nhiễm hầu hết do các chất hữu cơ và vi sinh vật vượt ngưỡng cho phép.
- Than sinh học có nguồn gốc từ phụ phẩm nông nghiệp bao gồm xơ dừa và vỏ trấu đã được sản xuất thành công với số lượng lớn, đồng nhất sau quá trình nung, và sau đó được hoạt hóa bởi các điều kiện khác nhau: H2O, HNO3 và NaOH ở nồng độ 10% và 25%, ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao (90oC). Các than sinh học có diện tích bề mặt riêng cao lần lượt là 329,71 m2/g và 364,22 m2g đối với than xơ dừa (BC1) và than trấu đã hoạt hóa bằng NaOH (BC2). Tất cả các than sinh học đều có cấu trúc meso và micro nhưng với số lượng khác nhau. Than sinh học thu được trong nghiên cứu này có thể có khả năng hấp phụ cao đối với các phân tử từ nhỏ đến lớn. Cả than sinh học BC1 và BC2 đều cho thấy khả năng hấp phụ tốt đối với Glyphosate. Tuy nhiên, BC2 có hiệu suất hấp phụ tốt hơn BC1. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chế tạo thành công than sinh học từ vỏ trấu tẩm TiO2 thể hiện được đặc tính quang xúc tác tốt và loại bỏ hiệu quả Glyphosate khỏi dung dịch nước.
- Cột hấp phụ được thiết kế có dạng ống thủy tinh dày 2 mm, đường kính trong 2,8 cm với chiều dài hiệu dụng 53 cm. Một đầu ống thủy tinh được hàn miệng ren (đường kính ngoài 4,5 cm, đường kính trong 3 cm) với nắp nhựa phục vụ quá trình thêm vật liệu vào ống và lấy vậy liệu ra cũng như giúp cho việc vệ sinh ống sau mỗi thí nghiệm được dễ dàng và hiệu quả. Đồng thời, khớp nối ren ở miệng cột cũng đảm bảo chất lỏng trong cột không thể rò rỉ ra bên ngoài, tạo điều kiện cho nghiên cứu ảnh hưởng của một dải lưu lượng lớn tới hiệu suất vận hành của cột. Nắp nhựa được nối với một ống ra với đường kính ngoài 5 mm và đường kính trong 3 mm phục vụ kết nối với ống cấp nước. Đầu kia của ống thủy tinh được bịt đĩa lỗ và hàn với van (vòi ra có đường kính ngoài 8 mm, đường kính trong 5 mm). Đĩa thủy tinh có đục lỗ đóng vai trò làm giá đỡ cho các lớp vật liệu nhồi trong ống, trong khi vẫn đảm bảo thoát nước hiệu quả ra khỏi ống thông qua van. Toàn bộ vật liệu làm cột gồm thạch anh, thủy tinh và nhựa teflon có tính trơ hóa học tốt, phục vụ công tác nghiên cứu nhiều loại chất ô nhiễm cũng như dưới các điều kiện thí nghiệm khắc nghiệt (như pH rất thấp hoặc rất cao).
Về ứng dụng:
- Than sinh học từ vỏ trấu và xơ dừa đều có dung lượng hấp phụ Glyphosate tốt so với các chất hấp phụ khác nhau, chẳng hạn như than tre hoạt tính, vỏ hạt đậu, sét dạng hạt và than sinh học hoạt hóa có nguồn gốc từ wakame. Mặt khác, than sinh học chế tạo được trong nghiên cứu này với kích thước hạt 1 – 2 mm đối với xơ dừa và 5 mm đối với trấu thân thiện hơn về mặt sinh thái và hiệu quả kinh tế so với các chất hấp phụ khác. Thứ nhất, bản chất dạng hạt của chất hấp phụ rất hữu ích vì nó có thể dễ dàng tách ra sau khi lọc và lắng mà không tạo ra bùn. Thứ hai, về mặt tái chế, sử dụng phụ phẩm nông nghiệp cho phép chất thải nông nghiệp được coi trọng hơn để giảm rủi ro môi trường.
- Hệ thống cột hấp phụ gồm 3 cột thạch anh được mắc nối tiếp nhau đại diện cho tiền cột và hai cột xử lý chính, nối trực tiếp với bơm nhu động hai kênh có công suất tổng từ 750 mL/giờ đến 3000 mL/giờ. Hệ thống này cho phép xử lý cùng lúc hai hệ song song với điều kiện vật liệu khác nhau và nguồn chất ô nhiễm khác nhau, cũng như cho phép xử lý trực tiếp nguồn nước sông mà không cần qua quá trình lọc thô hay tiền xử lý.

Sản phẩm cụ thể giao nộp:

Các bài báo đã công bố (liệt kê):
-  02 bài báo thuộc danh mục SCI-E (Q1)
●    Preparation and Characterization of Biochar Derived from Agricultural By-Products for Dye Removal (Adsorption Science & Technology, 2021, 1 – 14. https://doi.org/10.1155/2021/9161904)
●    On the Degradation of Glyphosate by Photocatalysis Using TiO2/Biochar Composite Obtained from the Pyrolysis of Rice Husk (Water, 13(23), 3326. https://doi.org/10.3390/w13233326)
- 02 bài báo ở tạp chí trong nước
●    Removal of methylene blue from aqueous solution by biochar derived from rice husk (Vietnam Journal of Earth Sciences, 2022. https://doi.org/10.15625/2615-9783/16998)
●    Nghiên cứu xử lý Glyphosate bằng quá trình hấp phụ trong hệ tháp chứa than sinh học từ vỏ trấu (Được chấp nhận đăng trên Tạp chí Phân tích Hoá, Lý và Sinh học tập 28, số 1, 2022)
Các bằng sáng chế, giải pháp hữu ích (liệt kê):
- Các sản phẩm cụ thể (mô tả sản phẩm, nơi lưu giữ):
Tất cả các sản phẩm được lưu giữ tại khoa Khoa học Môi trường ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội.
●    Bảng số liệu về dư lượng Glyphosate và chất chuyển hóa AMPA trong các mẫu nước sông Hồng từ Hà Nội đến Thái Bình: gồm 27 mẫu nước tương ứng với 27 vị trí thu mẫu và hai mùa trong năm.
●    Vật liệu than sinh học từ vỏ trấu và xơ dừa: cấu trúc vô định hình với các lớp graphene, diện tích bề mặt riêng lớn là 364,2 m2/g so với 329,7 m2/g, và thể tích lỗ xốp là 0,26 cm3/g so với 0,17 cm3/g, lần lượt của than sinh học vỏ trấu và xơ dừa. Dung dịch hấp phụ cực đại đối với Glyphosate và AMPA trên cả hai loại than sinh học đều trên 4 mg/g.
●    Mô hình cột hấp phụ xử lý Glyphosate và AMPA với công suất dao động từ 18 L/ngày đến 72 L/ngày.
Các sản phẩm khác (nếu có)
- Đề tài đã đào tạo 01 thạc sỹ (GUST) và 01 cử nhân (USTH).

Những đóng góp mới

Bên cạnh việc sử dụng than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp làm chất chất hấp phụ để loại bỏ chất hữu cơ khó phân hủy như Glyphosate cũng như các tạp chất hữu cơ vô cơ khác có trong nước, nghiên cứu của đề tài cũng đưa ra kết quả đầu tiên về tổng hợp TiO2 trên chất mang than sinh học có nguồn gốc từ phụ phẩm nông nghiệp. Do mối liên kết giữa TiO2 và than sinh học, than sinh học từ vỏ trấu tẩm TiO2 là một chất xúc tác tiềm năng trong quá trình phân hủy quang của Glyphosate và các chất ô nhiễm hữu cơ khó xử lý.

Kiến nghị

Trong các nghiên cứu sâu hơn, cần tập trung vào (1) khảo sát các điều kiện hoạt động khác, để xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình phân rã Glyphosate; (2) khảo sát khả năng loại bỏ các chất BVTV khác và ứng dụng các loại than sinh học khác từ phụ phẩm nông nghiệp; (3) kiểm tra khả năng áp dụng của quy trình trong xử lý nước thải thực tế.

Ảnh nổi bật đề tài
1666769869079-83.png