Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng canh tác lúa trọng điểm của Việt Nam. Sản lượng lúa ở ĐBSCL luôn chiếm hơn 50% so với toàn Việt Nam trong khi diện tích chỉ khoảng 12% diện tích toàn quốc. Nhằm gia tăng năng suất lúa để duy trì sản lượng đạt năng suất cao thì ngoài áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) trên đồng ruộng ở ĐBSCL cũng gia tăng. Trong danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng ở Việt Nam năm 2017 có 1.773 hoạt chất với 4.237 sản phẩm thương mại được phép lưu hành, trong đó chlorpyrifos ethyl là hoạt chất thuốc BVTV có trong nhiều tên thương mại và được sử dụng phổ biến trong canh tác nông nghiệp, thuốc chuyên trị các loại sâu đục thân, đục bẹ và cuốn lá và có độc tính cao. Chlorpyrifos ethyl ở nồng độ 27,4 ppb đã làm chết 50% cá lóc cỡ giống. Ngoài ra, khi sử dụng thuốc BVTV chỉ có khoảng 50% bám trên cây trồng, phần còn lại rơi vào môi trường. Do đó, việc sử dụng thuốc BVTV có nhiều nguy cơ làm nhiễm bẩn môi trường và gây độc cho sinh vật khác.

Than sinh học có nhiều nhóm chức năng như carboxylic, hydroxyl… có khả năng hấp phụ nhiều chất ô nhiễm khác nhau. Than sinh học đã được ứng dụng trong tạo các cột lọc của máy lọc nước, trong hệ thống xử lý các khí độc hại, trong mặt nạ hay khẩu trang chống độc... Than sinh học có khả năng hấp phụ naphthalene, nitrobenzene và m-dinitrobenzene và có thể được sử dụng như một chất hấp phụ để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại như thuốc BVTV trong nước. Ngoài ra, than sinh học có khả năng hấp phụ hiệu quả các độc chất có nguồn gốc từ thuốc BVTV và các độc chất hữu cơ khác trong môi trường đất, nước và trầm tích như hydro carbon thơm (Polycyclic aromatic hydrocarbons - PAHs), thuốc trừ cỏ Atrazine và Simazine, Diuron, Acetochlor, terbuthylazine, thuốc trừ sâu Carbofuran, Fipronil và thuốc trừ bệnh Pyrimethanil. Do đó, than sinh học là vật liệu có tiềm năng sử dụng để hấp phụ thuốc BVTV.

Trấu là loại phụ phẩm trong canh tác lúa và có lượng rất lớn ở ĐBSCL. Hiện nay, trấu được sử dụng làm chất đốt trực tiếp cho các lò hơi, hoặc được ép thành củi trấu để giảm thể tích. Vỏ trấu có tính đồng nhất cao nên khi tạo than sinh học sẽ có tính đồng nhất cao. Nghiên cứu khác cho thấy than sinh học trấu có khả năng hấp phụ iodine. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm trong môi trường như hoạt chất thuốc trừ sâu như chlorpyrifos ethyl của than sinh học trấu chưa được nghiên cứu. Do đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá khả năng hấp phụ chlorpyrifos ethyl của than sinh học trấu, góp phần làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng than sinh học trấu trong hấp phụ nước ô nhiễm các hoạt chất thuốc BVTV.

Vật liệu nghiên cứu: Thuốc BVTV hoạt chất chlorpyrifos ethyl có tên thương mại Vitashield 40EC, chứa 40% hoạt chất chlorpyrifos ethyl (400 g/L). Than sinh học sản xuất từ trấu (O. sativa L., OM5451) ở 500oC, 700oC và 900oC bằng lò nung (VMF-165, Nhật Bản).

Phương pháp sản xuất than sinh học: Trấu được xay thành hạt kích thước 1 mm, nhiệt phân ở 3 mức nhiệt độ 500oC, 700oC và 900oC trong lò nung và sản phẩm được sấy khô ở 105oC. Khí nitơ được bơm vào lò với lưu lượng 3 L/phút để loại bỏ không khí bên trong lò. Sau đó, nhiệt độ lò được nâng từ nhiệt độ phòng lên 500oC, 700 oC và 900oC với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút (Loc et al., 2018). Nhiệt độ này được ổn định trong 2 giờ và sau đó sản phẩm được để nguội đến nhiệt độ phòng. Than sinh học trấu được sấy ở 105oC trong 24 giờ để đồng nhất độ ẩm trước khi cân để bố trí thí nghiệm.

pH của các nghiệm thức khi cho than vào

Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học trấu được sản xuất ở ba mức nhiệt độ 500oC, 700oC và 900oC đều có khả năng hấp phụ thuốc BVTV hoạt chất chlorpyrifos ethyl; khả năng hấp phụ tối ưu khoảng 289,35±11,25 µg/g đối với than sinh học trấu ở 500oC (NT1), 310,28±2,69 µg/g đối với 700oC (NT2) và 312,07±0,49 µg/g đối với 900oC (NT3).

Khả năng hấp phụ chlorpyrifos ethyl của các nghiệm thức than sinh học trấu

Khả năng hấp phụ nhanh trong thời gian 60 phút tiếp xúc đầu tiên, sau đó giảm dần và đã bão hòa ở 120 phút tiếp xúc trong điều kiện có lắc. Khả năng hấp phụ chlorpyrifos ethyl của than được tạo ra ở 500oC thấp hơn ở 700oC và 900oC.

Cần nghiên cứu khả năng hấp phụ một số thuốc BVTV khác của than trấu sản xuất ở các nhiệt độ khác nhau và ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than.