tóm tắt luận án nghiên cứu đặc điểm của quá trình khoáng hóa một số hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp fenton điện hóa

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMVIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI ……..….***………… PHẠM THỊ MINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH KHOÁNG HÓA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ HỌ AZO TRONG NƯỚC THẢI

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI

…… ….***…………

PHẠM THỊ MINH

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH KHOÁNG HÓA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ HỌ AZO TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON ĐIỆN HÓA

Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và hóa lí

Mã số: 62 44 01 19

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2013

Công trình được hoàn thành tại: Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Thị Lê Hiền

Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh

Phản biện 1: PGS.TS Mai Thanh Tùng

Phản biện 2: PGS.TS Vũ Thị Thu Hà

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thị Cẩm Hà

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tạiViện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ ViệtNam vào hồi 9 giờ 00’, ngày 20 tháng 5 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Gần đây, quá trình công nghiệp hóa - đô thị hoá diễn ra mạnh mẽ, làmcho vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng Một trong nhữngngành công nghiệp gây ô nhiễm cao là ngành dệt nhuộm Với hàng ngàn

cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống, nước thải sau sản xuất hầu nhưkhông được xử lý mà đổ thẳng ra ao hồ, sông ngòi gây ô nhiễm môitrường Đặc tính của nước thải dệt nhuộm là chứa nhiều hợp chất hữu cơ,đặc biệt là chất màu azo Đây là loại hợp chất bền, khó phân huỷ và rất độchại Nghiên cứu, xử lý nước thải chứa hợp chất azo là vấn đề quan trọngnhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ conngười và môi trường sinh thái

Có nhiều phương pháp xử lý chất hữu cơ độc hại như: phương pháp vật

lý, sinh học, hoá học Tuy nhiên, các phương pháp trực tiếp này cònnhiều hạn chế Trong thời gian gần đây, các phương pháp oxy hóa tiên tiến

đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Bản chất củaphương pháp oxy hóa tiên tiến là quá trình hình thành gốc HO với khảnăng oxi hóa rất mạnh, có thể oxi hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độchại tạo thành CO2 và H2O Có nhiều phương pháp oxy hóa tiên tiến khácnhau đã và đang được áp dụng hiệu quả như: phương pháp ozôn, Fenton,Fenton điện hóa Trong đó Fenton điện hóa được khẳng định là có nhiều

ưu điểm vượt trội và có thể kết hợp dễ dàng với các phương pháp tiên tiếnkhác để xử lý triệt để các chất hữu cơ độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môitrường Fenton điện hoá là quá trình khử oxy tạo H2O2, sau đó H2O2 oxyhoá các ion kim loại chuyển tiếp như Fe2+, Cu2+ tạo ra gốc HO hoặcHO2 có tính oxy hóa rất cao Quá trình khử oxy tạo H2O2 phụ thuộc vàobản chất vật liệu catôt Các khảo sát gần đây cho thấy, điện cực compositchế tạo từ oxit phức hợp của kim loại chuyển tiếp có cấu trúc spinel trênchất mang là các polyme dẫn như polypyrol, polyanilin, polythiophen… cókhả năng xúc tác tốt cho quá trình khử oxy tạo H2O2 Tuy nhiên, việcnghiên cứu tìm ra loại vật liệu thích hợp ứng dụng trong xử lý các chất hữu

cơ gây ô nhiễm là một hướng nghiên cứu mới, chưa được nhiều nhà khoahọc trong và ngoài nước quan tâm

Với những lý do nêu trên, đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm của quá

trình khoáng hóa một số hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa” đã được thực hiện

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

- Tổng hợp được oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu1,5Mn1,5O4

- Tổng hợp được màng Ppy và Ppy(oxit)/Ppy trên điện cực nền cacbon.

- Xác định được chế độ tối ưu cho quá trình khoáng hóa một số hợp chấtazo

- Xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế bằng hiệu ứng Fenton điện hoá

3 Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

- Tổng hợp và nghiên cứu thành phần, cấu trúc, hình thái học của oxitphức hợp cấu trúc spinel Cu1,5Mn1,5O4

- Tổng hợp và nghiên cứu đặc tính của màng Ppy và Ppy(oxit)/Ppy

- Đặc tính điện hóa của anôt platin và catôt cacbon trong dung dịch chứahợp chất azo

- Khoáng hóa một số hợp chất azo bằng phương pháp Fenton điện hóa

- Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Nước thải dệt nhuộm

1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các côngđoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất Vấn đề ô nhiễm chủ yếutrong ngành công nghiệp dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nước Xét hai yếu

tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải thìngành dệt nhuộm gây ô nhiễm lớn nhất trong số các ngành công nghiệp

1.1.2 Đặc tính của nước thải dệt nhuộm

Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm

làng nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất tạo

màu hữu cơ, do đó có các chỉ số pH, DO, BOD, COD… rất cao, vượt quátiêu chuẩn cho phép được thải ra môi trường sinh thái

1.1.3 Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm

Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các loạithuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ,Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốcnhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay,chiếm tới 60 - 70 % thị phần

1.1.4 Các loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam thường dùng các loại thuốc nhuộm như: Thuốc

nhộm trực tiếp, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộmbazơ, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc nhuộm

phân tán, thuốc nhuộm azo không tan, thuốc nhuộm pigment Hầu hết cácloại thuốc nhuộm này đều có chứa liên kết azo (-N=N-) trong phân tử

1.1.5 Khái niệm chung về hợp chất màu họ azo

Hợp chất azo là những hợp chất màu tổng hợp có chứa liên kết N=N-, được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp (thựcphẩm, in, nhuộm ) Đây là loại hợp chất bền, khó phân hủy và rất độc hạiđối với sức khỏe con người và môi trường sinh thái

-1.2 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta

Trong những năm gần đây, mặc dù lĩnh vực bảo vệ môi trường đã vàđang được nhà nước đặc biệt quan tâm, song một số công ty, nhà máy vàhầu hết các làng nghề sản xuất dệt nhuộm thủ công vẫn xả thải trực tiếpnguồn nước sau sản xuất chưa qua xử lý ra các con sông, hồ, kênh, rạch…gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

1.2.2 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải nhiễm các hợp chất azo

1.2.2.1 Các phương pháp truyền thống

Các phương pháp truyền thống xử lý nước thải dệt nhuộm đã và đang

được áp dụng bao gồm: phương pháp hấp phụ, phương pháp vật lý,phương pháp oxy hóa, phương pháp vi sinh

1.2.2.2 Các phương pháp oxy hóa tiên tiến

Phương pháp oxy hóa tiên tiến là quá trình phân hủy hợp chất hữu cơdựa vào gốc tự do hoạt động OH được tạo ra ngay trong môi trường lỏngtrong quá trình xử lý Gốc OH rất hoạt hóa, có thể oxy hóa không chọn lọccác hợp chất hữu cơ tạo thành CO2, H2O và muối khoáng

1.2.2.3 Một số quá trình oxy hoá tiên tiến thường gặp

Trong thời gian gần đây có nhiều phương pháp oxy hóa tiên tiến

đã và đang được áp dụng khá hiệu quả như: ozon hóa, Fenton, Fenton điệnhóa, Fenton quang hóa

1.2.3 Phương pháp điện hóa

Quá trình điện hóa cho phép loại bỏ hoặc giảm thiểu các hợp chất ônhiễm bằng cách oxy hóa trực tiếp các chất ô nhiễm trên điện cực nhờdòng điện hoặc tạo ra các tác nhân oxy hoá trong môi trường có khả năngoxy hóa các hợp chất hữu cơ độc hại

Có hai phương pháp tạo ra gốc hydroxyl: oxy hóa trực tiếp tại anôthoặc oxy hóa gián tiếp trên catôt bằng hiệu ứng Fenton điện hoá

1.2.3.1 Oxy hóa điện hóa trực tiếp tại anôt tạo gốc hydroxyl

Phương pháp này cho phép oxy hóa nước tạo gốc hydroxyl hấp thụtrên bề mặt anôt có quá thế oxy cao:

1.2.3.2 Phương pháp Fenton điện hóa

Phương pháp Fenton điện hóa là sự kết hợp giữa hiệu ứng Fenton vàdòng điện chạy qua 2 điện cực anôt và catôt Trong phương pháp này cóthể cho H2O2 và Fe2+ vào dung dịch xử lý có pH axit và áp dòng tĩnh đểphân hủy hợp chất hữu cơ Ngoài ra H2O2 có thể được sinh ra bằng sự khửO2 trên catôt (phản ứng 2) sẽ tác dụng ngay với Fe2+ có mặt trong dungdịch để tạo ra tác nhân oxy hóa mạnh là HO (phản ứng 3)

O2 + 2H+ + 2e → H2O2 (2)

Fe2+ + H2O2 → Fe(OH)2+ + OH (3)

Mặc dù Fe2+ nhanh chóng bị phân hủy bởi HO để tạo thành Fe2+ và

HO- (phản ứng 4), nhưng phản ứng 3 vẫn tiếp tục do sự tái sinh Fe2+ theocác phản ứng 5,6,7

Hợp chất hữu cơ + HO, HO2 → sản phẩm (8)

Phương pháp Fenton điện hóa xử lý các hợp chất hữu cơ một cáchhiệu quả bởi gốc HO vừa được sinh ra trong dung dịch từ phản ứng 2 vừađược hình thành trên điện cực anôt từ quá trình oxy hóa H2O (phản ứng 9)

H2O → HO + H+ + e (9)

Quá trình khử oxy hoà tan diễn ra theo cơ chế nhận 2e tạo H2O2 (phản ứng2) phụ thuộc vào bản chất vật liệu catôt Do đó vật liệu catôt có khả năngxúc tác điện hóa cho phản ứng khử oxy tạo H2O2 là một trong các yếu tốquan trọng nhất, quyết định hiệu suất của quá trình xử lý nước thải bằngphương pháp Fenton điện hóa

1.2.4 Ứng dụng hiệu ứng Fenton điện hoá để khoáng hóa hợp chất azo trong nước thải dệt nhuộm

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu ứng dụng phương phápFenton điện hóa nhằm xử lý thuốc nhuộm azo trong nước thải dệt nhuộm đã

và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm Tuy nhiên,hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu catôt composit với khả năng xúc tác điệnhóa cho phản ứng khử oxy tạo H2O2 còn rất hạn chế Vì vậy luận án tậptrung nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu catôt composit trên cơ sở oxitphức hợp Cu1,5Mn1,5O4 và chất mang Ppy dẫn điện

1.2 Polypyrol (Ppy) và composit Ppy(Cu 1,5 Mn 1,5 O 4 )/Ppy

Những nghiên cứu gần đây cho thấy màng Ppy, đặc biệt là màngPpy(oxit)/Ppy có khả năng xúc tác tốt cho quá trình khử oxy tạo H2O2 trêncatôt, làm tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu này trong xử lýcác hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và thiết bị

* Hóa chất: Các hóa chất dùng trong nghiên cứu này đều có độ tinh khiếtcao, bao gồm: CuSO4.5H2O, MnSO4.H2O, KOH, Pyrol, KCl, H2SO4,NaOH, Na2SO4, metyl đỏ, metyl da cam, công gô đỏ, FeSO4.6H2O,điphenyl amin, K2Cr2O7, Ag2SO4, HgSO4, NaOH, cacbon graphit, nướcthải được lấy từ 2 cơ sở: Làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc và Dương Nội

* Thiết bị:

- Thiết bị đo điện hóa AUTOLAB 30 (Eco., Co., Hà Lan)

- Thiết bị LEICA STEREOSCAN 440 ghép nối với phần mềm LEO

- Thiết bị UV-Vis (UV- spectrometer, CINTRA 40 - Mỹ)

- Máy đo pH hiệu PHM 210 Standard pH Meter (Pháp)

- Máy ủ nhiệt hiệu DRB 200 HACH - Nhật - Mỹ

- Máy khuấy từ gia nhiệt

- Cân phân tích điện tử Mettler hãng Toledo (Thụy Sĩ)

2.2 Điều kiện và phương pháp thực nghiệm

2.2.1 Tổng hợp oxit phức hợp của Cu và Mn:

Oxit phức hợp của Cu và Mn được tổng hợp bằng phương pháp đồngkết tủa từ dung dịch CuSO4, MnSO4 và dung dịch KOH

2.3.2 Phương pháp điện hóa

- Phương pháp dòng tĩnh: Tổng hợp màng Ppy và composit

Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy tại 2 mA/cm2 trong 1000 giây

- Phương pháp thế tĩnh: Xác định hiệu quả xúc tác và độ ổn định của

màng Ppy và Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy tại E = -0,5 V/SCE, trong 2000 giây,tương ứng với điện thế khử oxy tạo H2O2

- Phương pháp thế dừng: Xác định giá trị dòng phản hồi ở trạng thái dừng,

đặc trưng cho tốc độ phản ứng điện hoá tại điện thế nghiên cứu

2.3.3 Các phương pháp phân tích:

- Các phương pháp SEM, TEM, EDX, X-Ray: Phân tích hình thái bề mặt,

thành phần và cấu trúc của oxit và màng Ppy(oxit)/Ppy

- Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis): Đánh giá hiệu suất phân

hủy hợp chất màu azo qua cường độ hấp thụ theo công thức:

Trong đó:  là hiệu suất phân hủy (%), A0 là cường độ hấp thụ tại thờiđiểm ban đầu, At là cường độ hấp thụ tại thời điểm t.

- Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD):

+ Đánh giá hiệu suất suy giảm COD trong quá trình khoáng hóa theocông thức: %COD = COD*100%/CODo

+ Đánh giá hiệu suất dòng khoáng hóa theo công thức:

- Phương pháp đo độ màu: Đánh giá độ suy giảm màu sắc của dung dịch

nước thải trước và sau xử lý

- Phương pháp khảo sát, điều tra: Xác định các loại thuốc nhuộm thường

dùng tại một số cơ sở dệt nhuộm truyền thống

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính của oxit phức hợp Cu 1,5 Mn 1,5 O 4

Hình thái bề mặt, cấu trúc và thành phần phân tử của oxit phức hợpcủa Cu và Mn được phân tích nhờ các phương pháp kính hiển vi điện tử quét(SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ tán xạ năng lượng tia X(EDX) và phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray) Kết quả được biểu diễn trên các hình3.1, 3.2, 3.3 và 3.4

Các kết quả đo SEM, TEM, EDX và X-Ray cho thấy, oxit phức hợpcủa Cu và Mn tổng hợp được có kích thước hạt nhỏ mịn, cấu trúc spinel và

có công thức phân tử Cu1,5Mn1,5O4

(10)

Hình 3.5 Đường cong tổng hợp

màng Ppy và Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy

Hình 3.6 Phổ EDX của màng

Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy

3.2.2 Đặc tính của màng Ppy và Ppy(Cu1,5 Mn 1,5 O 4)/Ppy

3.2.2.1 Thành phần của màng Ppy(Cu 1,5 Mn 1,5 O 4 )/Ppy: Thành phần của

màng Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy sau khi tổng hợp được phân tích nhờ phổEDX (hình 3.6) Kết quả cho thấy, oxit phức hợp của Cu và Mn có mặttrong thành phần của màng Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy sau tổng hợp

3.2.2.2 Khả năng xúc tác điện hoá cho phản ứng khử oxy tạo hydro peoxit của màng Ppy và Ppy(Cu 1,5 Mn 1,5 O 4 )/Ppy

Khả năng xúc tác điện hóa của điện cực catôt C/Ppy vàC/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy tại các pH khác nhau được biểu diễn bằng cácđường cong: dòng - thế dừng, cho phép xác định tốc độ của phản ứng khửcác chất oxy hoá trên điện cực nghiên cứu (hình 3.7) Trong trường hợp cósục khí oxy, hàm lượng oxy tăng, kéo theo dòng catôt tăng mạnh bắt đầu

từ điện thế + 0,2 V/SCE, tương ứng với phản ứng khử oxy tạo H2O2, xácnhận sự có mặt của H2O2 nhờ sự nhận biết định tính bằng thuốc thử KI +

hồ tinh bột Ngoài ra, khi có sục oxy, mật độ dòng catôt của màng Ppychứa oxit luôn lớn hơn dòng catôt của màng Ppy không chứa oxit Chứng

tỏ, màng composit Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy có khả năng xúc tác cho quátrình khử oxy hòa tan tốt hơn màng Ppy

Hình 3.7 Sự biến đổi mật độ dòng catôt tại các điện thế áp đặt trong dung

dịch Na2SO4 0,05 M, pH2,3,4,6Quan sát đồ thị biểu diễn mật độ dòng catôt phản hồi của điện cực C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy tại các giá trị pH khác nhau ở điện thế -0,5 V/SCE(hình 3.8) cho thấy, mật độ dòng catôt phản hồi cao nhất tại pH3 Chứng

tỏ, điện cực catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy có khả năng xúc tác điện hóađối với phản ứng khử oxy hòa tan tạo H2O2 tốt nhất tại pH3

Hình 3.8 Mật độ dòng catôt tại các pH khác nhau

3.3 Đặc tính điện hóa của điện cực anôt platin và điện cực catôt cacbon trong dung dịch nền Na 2 SO 4 , pH3

3.3.1 Các phản ứng trên anôt platin

Các đường cong phân cực anôt trong dung dịch pH3 có và không

có metyl đỏ, Fe2+ và O2 được biểu diễn trên hình 3.9 Trên anôt xảy ra cácquá trình oxy hóa nước giải phóng oxy (bắt đầu ở điện thế +1,1 V/SCE),oxy hóa Fe2+ tạo Fe3+ (bắt đầu ở điện thế +0,4 V/SCE) và oxy hóa trực tiếpmetyl đỏ (bắt đầu ở điện thế +0,7 V/SCE)

Hình 3.9 Đường cong phân cực anôt Hình 3.10 Đường cong phân

cực catôt

3.3.2 Phản ứng trên catôt nền cacbon

Quan sát các đường cong phân cực catôt thu được trên điện cực nềncacbon trong 3 dung dịch (hình 3.10) cho thấy, dòng điện catôt bắt đầutăng ở điện thế tương đối dương (0  -0,5 V/SCE), đặc trưng cho phảnứng khử H+ tạo H2 hoặc quá trình khử oxy tạo H2O2 Ngoài ra, dòng catôttăng đáng kể trong dung dịch có sục oxy chứng tỏ dòng catôt quan sát đượctrên hình 3.10 tương ứng với phần đóng góp của phản ứng khử oxy tạo H2O2

3.4 Quá trình khoáng hóa metyl đỏ

3.4.1 Khoáng hoá metyl đỏ bằng phương pháp điện hóa

Quá trình oxy hóa điện hóa metyl đỏ 0,35 mM trên điện cực anôtplatin được thực hiện trong dung dịch Na2SO4 0,05 M, pH3, cường độdòng 25mA Sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD (%COD) và hiệu suấtdòng (H) oxy hóa theo thời gian được biểu diễn trên hình 3.11 Kết quảcho thấy, %COD tăng liên tục theo thời gian oxy hóa, chứng tỏ metyl đỏ

đã bị oxy hóa trực tiếp trên anôt Pt Bên cạnh đó, H giảm dần do nồng độmetyl đỏ giảm làm giảm tốc độ phản ứng oxy hóa metyl đỏ trên anôt Pt.Sau 180 phút xử lý, chỉ số COD đã giảm từ 250 mg/l xuống 145 mg/l,tương ứng với hiệu suất suy giảm COD đạt 41 %

Hình 3.11 Biến thiên %COD và H

theo thời gian oxy hóa metyl đỏ

bằng phương pháp điện hóa

Hình 3.12 Biến thiên %COD và H

theo thời gian oxy hóa metyl đỏbằng hiệu ứng Fenton điện hóa

3.4.2 Khoáng hoá metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa

Hình 3.12 giới thiệu kết quả xử lý metyl đỏ bằng hiệu ứng Fentonđiện hóa trong dung dịch Na2SO4 0,05 M, pH3, metyl đỏ 0,35 mM, Fe2+ 1

mM có sục oxy với tốc độ 0,5 lít/phút, catôt C tại mật độ dòng 5 mA/cm2.Kết quả cho thấy, sự biến thiên %COD và H theo thời gian oxy hóa bằnghiệu ứng Fenton điện hóa có xu hướng giống như trường hợp oxy hóametyl đỏ bằng phương pháp điện hóa trực tiếp Tuy nhiên, %COD và Htheo thời gian oxy hóa metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa đều đạt giátrị cao hơn Điều này chứng tỏ rằng, trong quá trình xử lý metyl đỏ bằnghiệu ứng Fenton điện hóa, bên cạnh quá trình oxy hóa trực tiếp metyl đỏtrên điện cực anôt, còn có quá trình oxy hóa gián tiếp metyl đỏ nhờ hiệuứng Fenton điện hóa tại khu vực catôt, do đó hiệu suất khoáng hóa cao hơn.Sau 180 phút khoáng hóa, chỉ số COD giảm từ 250mg/l xuống còn 115mg/l, tương ứng với hiệu suất suy giảm COD đạt 54 %

3.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khoáng hóa metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa

Để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình khoáng hóa metyl đỏ bằngphương pháp Fenton điện hóa, luận án đã tiến hành khảo sát ảnh hưởngcủa một số yếu tố như [Fe2+], vật liệu catôt, mật độ dòng áp đặt và tốc độsục oxy

3.4.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ ion sắt(II)

Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến quá trình khoáng hóa metyl đỏ bằnghiệu ứng Fenton điện hóa được thực hiện trong điều kiện: dung dịch nềnNa2SO4 0,05 M, pH3, catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, mật độ dòng áp đặt 5mA/cm2, tốc độ sục oxy 1 lít/phút

Quan sát đồ thị biểu diễn %COD và H theo thời gian khoáng hóametyl đỏ (hình 3.13) trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của [Fe2+] chothấy: Khi nồng độ [Fe2+] < 1 mM, không đủ phản ứng hết với lượng H2O2sinh ra, do đó nồng độ gốc HO thấp dẫn đến hiệu suất khoáng hóa thấp.Khi tăng nồng độ Fe2+ lên 1 mM, hiệu suất suy giảm COD và hiệu suấtdòng oxy hóa metyl đỏ đạt giá trị cao nhất tại mọi thời điểm khoáng hóa.Chứng tỏ, hàm lượng Fe2+ 1 mM đủ để phản ứng hết với H2O2 sinh ra trêncatôt tạo gốc HO Khi nồng độ [Fe2+] > 1 mM, không phản ứng hết vớilượng H2O2 sinh ra Khi lượng Fe2+ dư sẽ xảy ra quá trình oxy hóa Fe2+ trênanôt tạo thành Fe3+ Cặp oxy hóa-khử Fe3+/Fe2+ dư sẽ xảy ra chu trình oxyhóa khử liên tục làm giảm hiệu suất dòng điện