NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ PHENOL TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA ĐIỆN HOÁ A STUDY ON THE ELECTROCHEMICAL DEGRADATION OF PHENOL IN AQUEOUS SOLUTION ON PbO 2 ANODE LÊ TỰ HẢI Trường
Trang 1NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ PHENOL TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA ĐIỆN HOÁ
A STUDY ON THE ELECTROCHEMICAL DEGRADATION OF PHENOL IN AQUEOUS SOLUTION ON PbO 2 ANODE
LÊ TỰ HẢI
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN ĐĂNG ĐÀN
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế
TÓM TẮT
Ảnh hưởng của các yếu tố như pH dung dịch, nồng độ NaCl, mật độ dòng, nồng độ phenol đến quá trình oxi hóa điện hóa phenol trên điện cực PbO 2 đã được nghiên cứu Kết quả thu được cho thấy, độ chuyển hóa phenol đạt trên 98% và khả năng khoáng hóa thành CO 2 , H 2 O đạt trên 75% khi quá trình điện phân được tiến hành trong dung dịch điện ly Na 2 SO 4 0,15M,
pH = 8,0, nồng độ NaCl 7,5 g/l, mật độ dòng i = 75 mA/cm 2 , nồng độ phenol 1000 mg/l
SUMMARY
The influence of some factors such as pH of solution, NaCl concentration, current density, phenol concentration on the electrochemical oxidation of phenol on PbO 2 anode has been investigated The obtained results show that the fractional convertion of phenol was more than 98% and the mineralisation up to CO 2 , H 2 O was more than 75% when the electrolysis was carried out in the electrolyte solution Na 2 SO 4 0.15M, pH = 8.0, NaCl concentraion 7.5 g.L-1, current density i = 75mA.cm-2, concentration of phenol 1000 mg.L-1
I – MỞ ĐẦU
lý Nó có mặt trong nước thải của quá trình sản xuất nhựa phenolphomanđehit, dược phẩm, thuốc trừ sâu, công nghiệp dệt Phenol có ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người ngay cả ở nồng độ rất thấp, nó là tác nhân tiềm ẩn gây ung thư [1, 2]
Xử lý phenol trong nước bằng phương pháp điện hoá trên các loại điện cực anôt như Pt,
[4]
Trong công trình này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố
mòn tốt và quá thế thoát oxi lớn) nhằm tìm ra điều kiện xử lý phenol trong nước đạt hiệu quả cao
II – THỰC NGHIỆM
Quá trình oxi hóa phenol được tiến hành bằng phương pháp điện phân ở mật độ dòng
Dung dịch điện phân được chuẩn bị bằng cách hoà tan một lượng phenol trong nước cất
Trang 2Ảnh hưởng của cỏc yếu tố như pH, nồng độ Cl
-, mật độ dũng-, nồng độ phenol đến hiệu suất quỏ trỡnh oxi húa phenol được nghiờn cứu
Hàm lượng phenol trong dung dịch trước và sau khi điện phõn được xỏc định bằng phương phỏp sắc ký lỏng cao ỏp (HPLC) Độ chuyển húa của phenol được tớnh như sau:
t
S S
độ chuyển hoá phenol (%) = 100
S
giỏ qua chỉ số COD (nhu cầu oxi húa húa học) Trị số COD của mẫu được xỏc định theo
hoỏ COD được tớnh theo cụng thức:
t
COD COD
độ chuyển hóa COD (%) 100
COD
hiển vi điện tử quột (SEM)
III – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1 Ảnh hưởng của pH dung dịch
Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quỏ trỡnh oxi hoỏ phenol được nghiờn cứu trong dung
Đồ thị biểu diễn mối liờn hệ giữa độ chuyển hoỏ phenol và pH của dung dịch điện phõn được đưa ra ở hỡnh 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
pH
Hỡnh 1: Sự phụ thuộc của độ chuyển húa phenol (%) vào pH dung dịch
Hỡnh 1 cho thấy, ở cỏc giỏ trị pH khỏc nhau thỡ độ chuyển húa phenol khỏc nhau và đạt cao nhất là 71,68% tại pH = 8 Kết quả này cú thể được giải thớch như sau: quỏ trỡnh oxy húa cỏc hợp chất hữu cơ trong dung dịch nước cú bước phỏ hủy phõn tử nước tạo gốc hấp phụ
HO và HO sinh ra sẽ phỏ huỷ phenol[4], [5]:
Trang 3-Ngoài ra, quá trình oxy hóa phenol tạo thành các sản phẩm trung gian: catechol,
suất quá trình oxi hoá phenol
Vì vậy, dung dịch có pH = 8 được chọn để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo
2 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl
Hình 2 biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoá phenol và độ chuyển hoá COD khi điện phân dung dịch có thành phần như (3.1), pH = 8,0 với sự có mặt của NaCl ở các nồng độ khác nhau
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
NaCl (g/l)
® é chuyÓn ho¸ phenol (%) ® é chuyÓn ho¸ COD (%)
Hình 2 Độ chuyển hóa phenol và COD (%) ở các nồng độ NaCl khác nhau
Hình 2 cho thấy, khi có mặt NaCl độ chuyển hóa phenol và COD tăng lên rất nhiều Điều này có thể được giải thích là do xảy ra quá trình oxi hoá gián tiếp qua các phản ứng sau [2]:
2
2Cl Cl 2e
Cl2 H O2 HOCl H Cl
HOCl H ClO
2
Trở ngại lớn nhất của quá trình điện phân gián tiếp là sự tạo thành các hợp chất hữu cơ chứa clo Tuy nhiên, dựa vào sắc đồ HPLC cho thấy, thời gian đầu của quá trình điện phân, các hợp
Hình 2 cũng cho thấy, khi nồng độ NaCl lớn hơn 2,5 g/l thì phenol bị oxy hoá gần như hoàn toàn (trên 98%) và mức độ khoáng hoá đạt trên 73% Do đó, nồng độ NaCl = 7,5 g/l được chọn cho quá trình xử lý phenol
3 Ảnh hưởng của mật độ dòng
Trong quá trình oxi hóa - khử điện hóa thì mật độ dòng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất quá trình Ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất quá trình oxi hóa phenol, cũng như độ chuyển hóa COD được nghiên cứu trong dung dịch có thành phần như (3.2), NaCl 7,5 g/l Kết quả thu được đưa ra ở hình 3
Trang 420 30 40 50 60 70 80 90 100 110
99,4
99,5
99,6
99,7
99,8
99,9
100,0
Mật độ dòng i (mA/cm2)
64 66 68 70 72 74 76 78
Mật độ dòng i (mA/cm2)
Hỡnh 3 Độ chuyển hoỏ phenol (%) và COD (%) ở cỏc mật độ dũng khỏc nhau
Hỡnh 3 cho thấy, khi mật độ dũng tăng thỡ khả năng oxy hoỏ phenol tăng Đồng thời, lượng sản phẩm trung gian sinh ra càng ớt (từ sắc ký đồ HPLC) Điều này cú thể là do cỏc sản phẩm trung gian sinh ra trong quỏ trỡnh oxy hoỏ phenol như catechol, benzoquinon, axit
nước tạo oxy nờn làm giảm hiệu suất quỏ trỡnh oxi hoỏ phenol (độ khoỏng hoỏ giảm) và ảnh
phenol
4 Ảnh hưởng của nồng độ phenol
Hỡnh 4 biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ chuyển hoỏ phenol và độ chuyển hoỏ COD vào nồng độ phenol trong dung dịch
50
60
70
80
90
100
Nồng độ phenol (mg/L)
đ ộ chuyển hoá phenol (%)
40 45 50 55 60 65 70 75 80
Nồng độ phenol (mg/L)
đ ộ chuyển hoá COD (%)
Hỡnh 4 Độ chuyển hoỏ phenol (%) và COD (%) ở cỏc nồng độ phenol khỏc nhau
Từ đồ thị hỡnh 4 nhận thấy, khi nồng độ phenol trong dung dịch càng tăng thỡ khả năng
HPLC của cỏc mẫu sau điện phõn cho thấy, khi nồng độ phenol tăng thỡ sản phẩm trung gian sinh ra trong quỏ trỡnh oxy hoỏ phenol tăng Điều này là do khi nồng độ phenol lớn sẽ xảy ra
nờn hiện tượng thụ động hoỏ điện cực
Trang 5(a) (b) Hình 5 Ảnh SEM của điện cực PbO 2 trước (a) và sau điện phân (b)
thay đổi trước và sau khi điện phân
IV – KẾT LUẬN
quả sau:
1- Các yếu tố như pH dung dịch, nồng độ NaCl, mật độ dòng, nồng độ phenol đều ảnh
Khi điện phân dung dịch phenol có nồng độ không vượt quá 1000 mg/l với điều kiện trên thì độ chuyển hoá của phenol đạt gần như hoàn toàn (> 98%) và khả năng khoáng hoá thành
ClO oxy hoá phenol theo cơ chế gián tiếp
phương pháp điện hóa
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] [1] J Mohan, R Prakash, J R Behari, Applied Ecology and Environmental Research,
2(2), 25-33 (2004)
[2] [2] J Iniesta, J Gonzai Lez-Garcii A, E Expoi Sito, V Montiel and A Aldaz, Water
Research, 35(14), 3291-3300 (2001)
[3] [3] D.Pletcher, F.C Walsh, Industrial Electrochemistry, Blackid Academic &
Professional, London – Glasgow – New York – Melbournl (1993)
[4] [4] Leonardo S Andrade, Edison A Laurindo, Regina V de Oliveira, Romeu C
Rocha-Filho, Quezia B Cass, Journal of the Brazilian Chemical Society, 17(2), 369-373 (2006)
[5] [5] N Belhadj Tahar, A Savall, Journal of Applied Electrochemistry, 29, 277-283 (1999).
