Nghiên cứu xử lý một số dung môi hữu cơ trong nước bằng phương pháp oxi hóa cấp tiến (AOPs) kết hợp siêu âm

Phưorm phap hấp thụ và ngưng tụ giới hạn xử lv các VOCs a none độ thấp IJo vạ' \ iệc tim ra một phương pháp hiệu quá để phân hủy hợp chất này là rất cẩn thiết.. Các phươnu pháp o>' hóa

Đại học Quốc gia Hà nội Trường Đại học Khoa học T ự nhiêno • • • •

sv Ngô Vân Anh

OAI HOC uUOC QrtW hA NỤI ĨRUNG Ú M 1HCNG TIN THU VIỆN

D T / % ụ

Hà nội - 2009

B á o cáo tóm tăt

NGHIÊN CỬU XỬ LÝ MỘT SÓ DUNG MÔI HỮU c o TRONG NƯỚC B VNt; PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA CẤP TIÉN (AOPs) KÉT HỢP SIÊ l ÂM

Mã số: QT-09-63

Chủ trì đề tài : ThS Lưu Minh Loan

C ác cán bộ t h a m gia:PGS.TS Nguyễn Thị Hà: TS Nguyễn Ọuanti Trung; CN Lê Hương Giang; HVCH Phan Quang Thăng; s v Ngô Vân Anh

Các phương pháp loại ho toluen truyền thống là thiêu đỏt hâp phụ hap thụ \ ả ninrim

tụ Tuy nhiên các phương pháp này có nhiều nhược điêm Phưưne phap thiều dốt phai dược thực hiện ơ nhiệt độ cao do đó đòi hoi nhiều nâng lượng Phunrm phap hup phụ cân vốn đàu tư lớn chi phí vận hành cao va vẫn có thê uây ra ô nhiễm Phưorm phap

hấp thụ và ngưng tụ giới hạn xử lv các VOCs a none độ thấp IJ)o vạ' \ iệc tim ra một

phương pháp hiệu quá để phân hủy hợp chất này là rất cẩn thiết Các phươnu pháp o>' hóa tiên tiến (AOPs) đã được sư dụng đê oxy hóa các hợp chất hừu c a bền vừnu troim môi trường Các phương pháp này liên quan đen sự tạo thành các t i ố c tự do đónu vai trò như một chât ox\ hóa mạnh Một sô phưirrm pháp o v hóa tiên tiên đã dược sư dụng là phương pháp ox\ hoa điện hóa sư dụng ()| phan ứnu quanu Fenton và phương pháp siêu âm [4J Trong nghiên cứu nà> toluen và phenol được phân lui} bănu phương pháp siêu âm kết hợp với H2O2 Uu điêm cua phưorm pháp nà\ là kha nănu loại bo toluen và phenol cao không anh hương đên môi trườnu và chi phí thâp hern so rới các phương pháp khác [2] Các vếu tố ánh hương đên hiệu qua loại bo toluen \ à phenol bàng phươrm pháp siêu âm kết hợp với H : 0 ; như nònu độ ban đau cua toluen

và phenol, giá trị pH và lượng H2O2 bô sunn cùm: được nahiên cứu Dộnu học cua phan ứng phân hu\ đưọc khao sát với hệ thông qu\ mô phònti thi ntilìiệm

Nội dung nghiên cứu

1 Tông quan ve ô nhiễm các dung môi hữu cơ tronu nước: mức dộ n^uồn U.ƠC

c h u \ ẻ n hoa Irong môi trường nước

2 r ông quan vê các phương pháp Xử K các chãt hừu CO' tronu nuớc

3 Nehièn cửu \ ử lv một số dunu mói hữu cơ tronu niróc (toluen phunol) hănii phirưnu pháp i?\j hoá câp tiên kôt hơp siôu âm

Đ ố i tư ợ n g và p h ư ơ n g p h á p nghiên cứu

2.1 Đổi tượng nghiên cửu

- Các dung môi hữu cơ (toluen phenol) trong môi trườim nước

- Phương pháp oxi hóa cấp tiến, siêu âm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra thu thập thông tin số liệu Khao s á t lấ> mầu tại thực địa

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Phònn (hí nghiệm c ỏngnghệ Môi trường Viện Công nghệ Môi trườrml8 í Inarm Quốc Việt I lệ thông thí nghiệm với Máv siêu âm Bandelin Sonorex - i)ức Các đutm môi tronu IVUII nước được phân tích bang phương pháp đo quanu trên HPLC - Shima/U - Model 2010

Kết quả nghiên cứu

Từ các kết quá nghiên cứu có thê đưa ra một sô kêt luận sau:

■ Ánh hương cua pH lên hiệu qua phân huy toluen (Co - 41 ppm) cho thcì\ hiệu qua phân húy toluen không thay đôi dáng kể theo pH pi I toi ƯU cho phan hu\ lolucn là

pH 6 với hiệu suất dạt 45.1% sau 120 phút thí niíhiộm tronu khi hiệu qua ptdtn bus phenol (Co = 60 ppm) tăng khi pH giam pH tôi ưu la pl 1 2 với hiện C|ua phân lun dạt 40% sau 120 phút thí nghiệm

■ Anh hưưng cua none độ toluen phenol ban dâi.1 đêu sự phân huv tolucn phenol cho tháy mức độ phân huy phụ thuộc vào nông độ ban đâu Hiệu qua phân huv giam khi nông độ cane tăng, ơ thời gian đâu cua phan ửim nôn J độ cua loluen \ à

phenol tuân theo p hương trinh độnu học gia bậc 1

■ Anh hươnu cua nồtm độ chất OXY hóa HịỢi (khounu tù' 0-700 ppm) lẽn hiệu qua phán huy toluen phenol là khá rõ rệt Khi nỏnu độ 1M>: tăim từ 34 lẻn 170 ppm hiệu qua phân húv tăng từ 33.8 đến 45.1% so với hệ siêu âm không có mặi H2O2 la 27.6% đối với toluen và tănu từ 31.1 đẻn 40° 0 so với hệ siêu âm khỏniỊ có mặt II^Ơ2 la 26.8% đòi với phenol sau 120 phut tu> nhiên khi tiếp tục tăng nồng Jộ

II2O2 lớn hơn 170 ppm lại làm giam hiẹu qua phân huy toluen phenol và nỗnu dộ HịOị xứ 1\ tối ưu là 170 ppm

■ Cac hộ thí nghiệm cũnu chi ra răn ti trone cùnu một điêu kiện phan ứny (|ll->()-,|

170 ppni r kHz- tplian ửnu 120 phút) toluen bị phân lui> nhanh lio’n SI) \(Vi phenol

Đ ề x u ấ t ch o n g h ỉên cứu tiếp theo

Phương pháp siêu âm kết hợp với chất oxy hóa H 20 2 có kha năng phân huy dung dịch toluen, phenol nói riêng và các hợp chất hữu cơ nói chung Cơ chế quá trình xư lý trong hệ phan ứng diễn ra rất phức tạp chưa thê đưa ra kết luận chính xác Những

nghiên cứu thực hiện trong khóa luận này mới chi trorm 1]U\ mỏ phònu thí riLihiộm

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ nghiên cứu về cơ chề cua quá trình phân huy \ à các san phâm phụ sinh ra trong quá trình phân huy toluene vả phenol

i o l | W r / L o a t n

C o qu an chú trì đ ề tài

•Hố HIỆU THUÓn*,

T r e a t m e n t o f s o m e o rga ni c solvent s in aquat i c b \ a d v a n c e d oxidation

p r o c e s s e s in c o m b i n a t i o n with ultrasound

C O D E No Q T - 0 9 - 6 3

Participants: Assoc prof Ngu\en Thi Ha: Dr Nizuven Quaim Trune: BS L c

Huong Giang; Master student Phan Quang Thang: Student Nuo Van Anh

I n trod u ction

Toluene and phenol - volatile organic compounds (VOC's) have been used as solvent

in many industrial sectors like chemical, petro chemistrv painting, etc Due to the common use the toxicity and persistent o f these solvents the\ are easih to dischaaic

in to environment and cause significant adverse effects to receivers ihen lo public health through the food chain

There are some traditional methods to remove the VOCs from water, o f which adsorption, absorption, incineration, condensation, have been applied However fucli method showed the disadvantages such as high temperature and eneri>\ required: noteffectiveness with the low content, etc Rec enth advanced oxidation p r o c e s s *(AOPs) have been effectively used for decomposition o f organic pollutants including organic solvent and POPs The reagents used in AOPs includes l-'^nton o/one; UV/H2O2 etc The AOPs has some advantages like high removal efficienev and low cost in comparison with others [2], In this stud\ the efticiencx o f ultrasound H->(Mo toluene and phenol removal from water was investigated Several factors inllucnced such as initial concentration o f solvents: pH and H?0 : content were studied In addition the kinetics o f process also was briefl} imestiuaied in lab scale'

R esea rch C o n t e n t

1 Overview in solvent contamination in water: sources : pollution and

transformation

2 Overview in v o c treatment methods

3 Investigate the removal o f toluene and phenol from water b\ ultrasound

R esea rch sco p e a n d m eth od

2.1 Research scope

Oruanic s o h e n t s (toluene, phenol) in water samples: XOI’s and ultrasound methods

R ese a rc h m e th o d

- Literature review

- Experimental methods in lab at Institution o f Environmental Technology VAST - 18 Hoang Quoc Viet The experiment S N s t e m with Ultrasound meter Bandelin Sonorex - Germany The solvents were analyzed usintz HPLC - Shimazu - Model 2010

R esea rch results

The findings from studies:

■ The pH is insignificantly affects on the removal efficiency, however the pi Ioptimal for toluene (Co = 41 ppm) and phenol (Co = 60 ppm) remoxal is 6 and 2.respectively The toluene and phenol removal efficiencies reached 45.1 and 40" 0

■ At the beginning o f process the rate is in correspondence to the r kinetic In (heexperimental systems at [H^OiJ = 170 ppm I ' = 35 kHz t|K„ im„ = 120 min I hetoluene was quickly decomposed in compared to phenol

R e c o m m e n d a t io n fo r fu rth er study

The mechanism and kinetics o f process should be further studied The results should

be applied in the real sample to see the effect o f other factors

R esea rch b u d g e t

Total busget: 25.000.000d (Twenty five million Y \ D ) The budiiet was expenditure and payment in full as estimated

MỤC LỤC

MỞ Đ Ầ U 4

Chương I: T Ỏ N G Q U A N 5

1.1 N guồn gâ y ô n h iễm d u n g môi hữu cơ tron g niró’c 5

1.2 T ổ n g q u a n v ề ô n h i ễ m t o lu e n v à p h e n o l t r o n g n ư ớ c 6

1.2.1 T ố n g q u an về ô nh iễm toluen trong n ư ó c 6

1.2.2 T ổ n g q u an về ô nhiễm phenol trong n ư ó c 8

1.3 C á c p h ư ơ n g p h á p x ử lý t o lu e n v à p h e n o l t r o n g n u ó c 9

1.3.1 M ột số p h ư o n g ph áp x ử lý t o l u e n 9

1.3.2 C ác p h ư ơ n g p h á p x ử lý phenol trong n ư ỏ c 10

1.3.3 X ử lý tolu en và phenol trong n ư ó c d ù n g sóng siêu âm kết h ọ p vói H20 2 10

1.3.4 M ột số n gh iên cứ u x ử lý d u n g môi hữu c o 17

C H Ư Ơ N G 2 - Đ ÓI T Ư Ợ N G VÀ P H Ư Ơ N G PHÁP NG HIÊN C Ủ U 1 9 2.1 Đ ố i t ư ọ n g n g h i ê n c ứ u 19

2.2 P h ir o n g p h á p n g h i ê n c ứ u 19

2.2.1 Hóa chất, thiết bị 19

2.2.2 Hệ thí n g h iệm x ử lý toluen, p h en o l 20

2.2.3 Phirơng ph áp ph ân tích toluen, phenol bang H P L C 21

2.3 N g h i ê n c ứ u đ ộ n g h ọ c p h ả n ứ n g p h â n h ú y 21

2.3.1 P h u o n g trình L a n g m u ir H in sh elv v o o d 21

C H Ư Ơ N G 3 - K É T QUẢ NG HIÊN c ứu VÀ T H Ả O L U Ậ N 24

3 1 K ế t q u ả x â y d ự n g đ ư ờ n g c h u ấ n x á c đ ịn h t o l u e n , p h e n o l 24

3 2 K ế t q u ả k h ả o s á t ả n h h ư ỏ n g c ủ a p H 2 4 3 3 K ế t q u ả k h ả o s á t ả n h h u ò n g c ủ a n ồ n g đ ộ t o l u e n , p h e n o l b a n đ ầ u 2 6 3 4 K e t q u ả k h ả o s á t ả n h h u ỏ n g c u a n ồ n g đ ộ H2O2 2 8 KÉT LUẬN VÀ KIÉN N G H Ị 31

TÀI LIỆU T H A M K H Ả O 32

DANH MỤC BẢNG HÌNH

B ảng 1: Hóa ch ấ t và d u n g môi đặc trư n g sử d ụ n g tro n g s o n 6

Bảng 2 T h ế ox y hóa của m ột số ch ấ t 11

Hình ì D ai p h ân bổ tần số sóng â m 13

Hình 2 S ự hình thành và p h á t triển của lỗ hống trong lòng chầí lỏng dưới tác (lụng của só n g siêu â m 14

Hình 3 - H iện tư ợng tạo bọt chân kh ôn g 15

Hình 4 M ô hình hệ th i nghiệm x ử lý toluene, p h e n o l 20

Hình 5 Biến thiên nồng độ ch ất hữu cơ theo thời gian phán ứng. 22

Hình 6 Đ ư ờng chuẩn toluen, ph en ol. 24

Hình 7 H iệu quả p h â n hủy toluen, p h en ol tại các g iá trị p H klìủc nhau 25

Hình 8 So sánh ảnh hư ởng cua p H dối với phân huy toỉuen và ph en ol. 26

Hình 9 H iệu quả plíâ n hủy toluen, p lten o l theo sụ thay dôi nồng độ han dầu 27

Hình 10 So sánlì ảnh hưởng cua nồng độ chất ban dầu đối với ph ân huỳ íoluen và ph en ol. 28

Hình ỉ ỉ H iệu quá p h â n hủy toỉuen, ph en ol trên hệ siêu âm có m ặt I Iị ()2 29

Hình 12 So sảnh ảnh hưởng của nồng độ H 20 2đối với phân Ituý toluen và ph en ol 30

3

M Ỡ ĐẦU

Dung môi được sử d ụ n g p h ổ biến trong c ô n e nghệ p o l y m e r nói Chung nhu' sơn keo dán hay v ec ni t rong đó d u n g môi đón g vai trò làm chất hoà tan và pha l o ã n s các t h a i kết dính Khi sơn lên các vật liệu sơn d u n g môi là n h ữ n g chat lone có áp suất hơi hão hòa lớn nên dễ bay hơi và để lại lớp kết dích đ óng rắn trên bề mặt \ ậ t liệu C h o đến ITBV theo thống kê các nhà sản xuất đã sử d ụn g đến trên 50 loại d u n e môi khác nhau cho n h ữn e san phẩm sơn [33] T r o n g các dun g môi hữu cơ toluen và phenol là một tra ng Illume imiNÒn liệu thư ờ ng đ ượ c sử d ụ n g t rong các nạ àn h c ô n a n a h i ệ p hóa chất như: nhựa \ ậ t lieu toils! hợp giày x ăne than đá N ư ớ c thí i chứa toluen phenol thậm chí ở nong độ thap co dộc tính cao và k hô n g đ ư ợ c thải trực tiếp vào nguồn tiêp nhận

Khi tiếp xúc với to lu e n ở n ồng độ từ 100-1500 p p m t rong một thời s ian ngán sẽ s à y ra các ảnh h ư ở n g đến hệ thần kinh trung ươ ng cho rmười Ti ếp xúc với n on e độ trorm khoảng từ 10.000 đến 30.000 p pm sẽ dẫn đến hậu qua hôn mê và có thể gâv tư v on g ( WH O 1985) T r o n e khi đó phenol có anh h ư ở n g khôrm tốt đến s ủ i khoe con P‘UI'ƠĨ ngay cả ở n ồ n g độ rất thấp, nó là tác nhân tiềm ân aâ\ u n g thư

Các ph ươ n g p h áp loại bở toluen và phenol truyền th ố ng là dốt hap phụ hấp th ụ Tin nhiên n hượ c điể m c ủa n hữ n g p h ư ơ n g pháp này là doi hỏi nhiệt độ cao tiêu tốn nă ng lượng, vốn đầu tư lớn v à chi phí vận hành cao

Phương pháp mới áp d ụ n g đế x ử K toluen và phenol đa im rat dược quan tâm hiện IU1V là

p h ư ơ n g p h á p s ử dụns kế t h ợ p s ó n a siêu â m với m ộ t c hat OXN h o a kh ác n h ư (); I !>()- h o ặ c

với chât xúc tác kim loại là muối Fe(II) l e(III) Phưưrm pháp na\ có nhiều ưu d v m như kha năng loại bo toluen và phenol cao khôn g anh hii'oim đên môi trườns; và chi phi thap Xuât phát từ n h ữ n g h do trên dê tài: “ N g h i ê n c ứ u xu lý m ộ t số d u n g môi h ũ u CO' t r o n g

niróe băng p h ư ơ n g p h á p oxi hóa câp tiến (A O P s) kêt h ọp siêu âm" dược thực hiện

vái các nội d un g n g h iê n c ứ u sau:

T ôn g quan vê ô nh iê m d ung môi hữu CO' tron ti nưức: 11211011 mức dọ ỏ nhiễm, chuyên h ỏ a

Tối m quan vê p h ư ơ n s pháp \ ử IÝ chât ô nhiễm hữu CƯ t rong nước

Níihiên cứu xứ lv một sô d u n s môi hừu cư t ro n a nước (toluene, phenol) b ă n e

p h ư ơ n u phun oxi hóa câp tiến ( A O I’s) kêt hợp siêu âm

4

Ch ư o n g I: T Ỏ N G Q UAN

1.2 N guồn gây ô nh iễm d u n g môi hữu cơ trong n u ó c

Một trong các ngu ồn c hính gây ô nhiễm d ung môi h ữu c ơ t r o n s nước là I lành COI12

nghiệp sản xuất sơn ở Việt N a m

Hiện nay n ư ớ c ta c ó g ần 50 d o a nh n gh iệ p sản xuất sơn liàna c hục h à n e sơn nươc nuoài với trên 60 t h ư ơ n g hiệu sơn nước N a u y ê n liệu sản xuất c h o n e à n h son Việt Na m chu vếu nh ập k hấ u 4 0 - 7 0% Thị t r ư ờ n a sơn được đánh giá là t ă n e t r ư ở n a mạnh 1 1 1 2°0

n ăm và sán l ượ ng tiêu thụ t ă n g dần 30 - 50 triệu lít/năm c ỏ ba c ô n e n g hệ san xuất sơn phô biên hiện nay đó là: sơn nước, sơn pha t rong d u n s môi và sơn tĩnh diện Các loại sơn d un g dịch nói c h u n g t h ư ờ n g c hi ếm từ 4 0 - 5 0 % d u n a môi C ô n a niỉhệ sơn tĩnh diện ra đời sử d ụ n g sơn bột g i ú p hạn chế đ ược rất nhiều việc s ử d ụ n a d u n a môi hữu cư Tuv nhiên, giá t hà nh sơn tĩnh điện vẫn cao, phải gia nhiệt t r o n a quá trình sơn nên k h ô n g thẻ thay thế h oà n toàn các loại sơn khác mà thườrm d ượ c sứ d ụ n g đê (Éơn lot phía bên t rong các chi tiê t h oặc các sản p h ấ m cao cấp D u n e môi d ư ợ c s ư dụim rộníi rãi và không the

thiêu trong ngunh c ô n e n e h i ệ p sơn Với ưu điê m h òa tan đ ư ợ c các chất, ba' hơi nha nh trong điều kiện k h ô n g khí bình t h ư ờ n e làm cho các c hất kết dính con lại tron sơn b ám dính trên bề mặt các vật liệu

Qua tham k h ảo d ừ liệu an toàn vê hóa chất ( M S D S ) trên một so san phà m bon cua cac hãne sản xuât sơn lớn ở tro na nước cho thây lượng, đ u n g mỏi sư d ụ n u t o n y các san phàm sơn như trong b a n e 1 dưới dSy

Giới hạn phơi n h i ề m đ ư ợ c quy định trên thòi gian tiểp xúc 8h n s à \ hoặc 40h tuần do co quan vê sức khỏe và an toàn nghê n eh iệp ( O S H A ) cua Bộ lao độn g Mv q u\ dinh Dấu (-) chưa có quy định

Dung môi t h ư ờ n g s ử d ụ n g t rong sơn n hư toluen xvlen e ụ l axctat but\ I axetat axeton mctanol n-butanol for mal de hy de , etvl benzen ironu sô đo cỏ be nze n dirọc c ho là nguyên nhân aâ> u n ẹ t h ư nèn ít được sư dụna một so khác thì do >ia thanh cao nên cùn«

ít dược s ử d ụ n s t rong c ô n g r.íihiệp

B ả n g 1: H óa ch ắt và d u n g môl đặc tr u n g s ử d ụ n g trong s on

H à m lư ợng (% )

M ứ c p h oi nhiễm cho phép

1.2.1 T ổ n g qu an về ô nh iễm toluen trong n u ó c

Toluen ( C 6H 5CH;,; C A S No 108-88-3) còn eọi là metli} l b e n / c n hoặc phenvlmethan

6

ư n g dụng của toluen tron g đời sống

Tol uen là m ột d u n g môi ph ổ biến, có thể hòa tan sơn các chất pha loâri'_ ->ơn t à c chat

c hông thâ m silicon, n h iê u hóa chất, cao su mực in chát kết dính (keo dán) Sơn dã pha chê thuộc da và các chất diệt khuẩn N ó c ũng có thê dược sư đ ụnu như chút chi ihị fulleren, và là n g u y ê n liệu thô để sán xuất bọt p o h u r e t a n I N I l o l n cn CŨIIU duực sư

d ụ n g n h ư k e o d á n d ụ n g c ụ c ác h nhiệt p o K s t y r e n ( b à n g c ác h hòa tan sau d ó han bề mặt)

T r on g cô ng nghiệ p toluen dược d ù n a đê sản xuat benzen hồn hợp cua b e n / c n và toluen trong quá trình B T X ( Benzen Toluen Xylen) Khi bị o\Ỵ hoa nỏ sẽ lạo thành

b e n z an de h }d và axít b enzoic, hai chất trune 2Ían quan trọrm trono hoa học I oluen có the được sử d ụ n g đế m ở các tế bào h ồng cầu tách he mo gl ob in tro ne các thí nahiệiTi hoa sinh

Toluen c ũ ng d ượ c s ư d ụ n g n hư là chất làm mát t rone chu kỷ hệ t h ố n a phan ínm hạt nhãn,

và được sử d ụ n a tron a các quá trình loại bỏ cocain từ lá coca khi san xiiât nước imọt Coca-Cola N goà i ra, toluen cũns dược sư dụn g tronu khí \ ã n e dô làm khuếch dại octan của các d ộ n g c ơ đốt trong

Nguồn p h á i sinh toluen vào m ôi trường

Toluen di vào môi t r ư ở n e khi sử dụnu các chât c hứa nỏ n hư các loại sơn chài pha loàny

| ơ n chât kèt dính, s on m ó n g ta\ và khí dôt T0I11B1 có trong nước mặt sá imước imâm (các íiiếns) đất qua qu á trình tràn d u n e môi va các sản phà m dâu mo khi các h chứa

ng â m ở c ác trạm xănti dâu và cá c nhà m áy khác bị rò rí.

Khi các sản p h â m c h ứ a toluen ở t ro ne các bãi chôn lâp hoặc hài XII l\ chat thái, loluen cỏ

thê xâm nh ập vào n a u ô n đât và nước s â n khu vực nàv ['olucn \ hôiiíi ihườnu xuyên cỏ

mặt troníì môi t rư ờ n a : nó nhanh chóntì bị phân lun thành các hợp chát hỏa học khảc nhờ các vi sinh vật t r on g dàt và b a \ hơi khói nước mặt và đát mặt Khi di c h i n f i i đen nước mặt toluen sề bay hơi v à o trorm khỏrm khí

Tolucn có thế bị hấp thu bưi cá tôm cua sò hên các loại thực \ à t và các loại d ụ n s \ ậ t

s o n s trorm n ước bị n h i ễ m toluen n h ư n e nó k h ô n e tập t r u n g hoặc tích lìi\ den nồng độ cao

vì hầu hêl các loài đ ộ n s vật có thê phân huv toluen thành các hợp cliìt khác Bác hợp chât nà\ sau dó đ ượ c bài tiêt ra ngoài [16J

Anh hướng cùa tơỉuen đen sức klíóe

K h i hí t t h ở k h ô n g k h í c h ứ a t o l n c n t o l u e n s è di t r ụ c t i ẻ p \ ù t ) t n ầ u t ừ p h ô i S a n k h i Vdo c o thê hơn 7 5 % toluen d ư ợ c loại b- tron a 12 gi ở [18] Nhìn chung, cơ the sẽ d n ụ è n toluen thanh các chất ít dộc hại n h ư a \ í t huppuric

M ò t t r o m ’ n h ũ n g à n h h ư ớ i i Ị i n g h i ê m t r ọ n í i c ủ a t o l u e n là n ó a n h hircr ng đ ề n n à o hộ T o l u e n

cỏ thê ° à \ ra c h ứ n g d a n d ì u và buồn ngu \ a co thẻ làm MI\ giam kha nang S(.|\ imhĩ Mức

độ nhi ễm toluen phụ th-uộc vào lượng tiêp nhận, thiri Siian tiôp MIC >cu tô ỊLiôi tác vá di

t r u y ền N h i c m t o l u c n ơ n ó n Ị đ ộ th á p \ à trim ti binh SỊiu mội im a\ tiép \ u c (V IKTÍ him \ lộc

có thê gây ra mệt mỏi n hầ m lẫn thế trạne yếu ớt hành độn« s i ố n e neười daim s a \ eiam trí nhớ, b uô n nôn, và mât sự ngon m i ệ n e khi ăn N h ừ n e triệu c hứn u nà\ thirờnii hiên mãt khi k h ô n g còn tiêp xúc với toluen Sau một thời eian dài tiẽp xúc hàng ngà} \ ớ i toluen ơ nơi làm việc có thể dẫn đến mấ t khả nãng n e h e \ à nhìn m à u [18].

N ếu tiểp xúc với một l ượ ng lớn toluen trong một thời gian neẳn đâu tiên sè cam tha\ bị

mê sáng N ê u tiếp tục tiếp xúc, sẽ bị hoa mat chó ng mặt, buồn nmi bị ngất, hoặc ihậm chí có thề tứ vong

1.2.2 T ô n g qu an về ô nhiễm phenol trong nưóc

Phenol là một loại hợp chất hừu cơ mà trong phản lư có chứa n hóm h \ d r o \ y l COM) liC*n kết trực tiếp vào nhân be nz en (nhân thơm) [14]

Phenol đơn chức, c h ứ a m ột nhân thơm, 2ốc h yd roc acb on liên kết vào nhân thom k h ỏ n a

có hay nếu cỏ là gốc n o mạ ch h ở C nH 2n -2 -8- | 0 H — Cn H 2n -OH

Phenol đơn giản nhất là CftHs“ OH Phenol đơn liiản nhất còn có các ten: hidroxy- b e n / en axít p h en v l i c axít cacholic Chất này là chất ran tinh thê k hô ne màu có mùi dặc trưng, nóng chay ỡ 43°c s ỏ i ở 182°c Mặc dù có kha nâng tạo liên két h \ d r o \ ớ i nước n hưnu

phenol tan ít trong n ướ c lạnh ( 9 5g /ỉ 0 0i ì nước ơ 25°C) do nồc h y đ mc ac b on phcnyl

( C W ) khá lớn nên kỵ nước Tuy nhiên, phenol tan vô hạn trong nước nónii cỏ nhiệt dộ > 7()()°c Phenol cỏ tỉ k h ố i 1.072 (khối l ượ ng r i ê n a 1.072 Ịỉ/ml.) P henol cỏ lính axít veil

Phenol cỏ tính sát trùna rất độc tìây p h ỏ n e nặntỉ khi rơi vào del (làm phòiiii da) 114Ị

Cấu íụo phũn tứ p h en o l

M ột số úng dụng cùa p h e n o l

Phenol dượ c d ù n a dc điều chế nhiều dược phâm nh ư aspirin làm giam dau hạ nhiệt,

p h ò n s và c hừa huyết khối: axít salicilic là thuốc giam đau hạ nhiột chông \iOm) m c ụ l salicilat (dầu norm, làm íiiãm dau trong các c h ứ ng \ iêm thấp khớp, dau cơ)

Phenol c ũ n a đ ượ c sư d ụ n £ đê điòu chế phấm nhuộm, chái deo {nhựa bakclíl la một hỗn hợp cua p h e n o l - f o c m a n d e h y d ) tơ tông hợp ( n \ l o n - 6 6 ) thnỏc iliệi co \ á cù ng là chất kích thích tố tlụrc vặt (2.4-1) là muôi natri cua axỉt 2.4- d i d o p h e n o x k i x c t i e 2.4-(n > 6)

C i2C6H 30 - C H2C0 0 N a ) thuốc nổ (axít picric), thuốc diệt nấm môc (octho- và para-

ni tr ophenol, o- v à p - O i N - C f t H j O H ) N e o à i ra p he n o l c ỏ thế d i m s irụs tiếp làm cliat sát

trùng tẩy uế [14],

Nguồn g ố c ô nhiễm p lten o l trong nước

Các nhà m á y sản xuât d ượ c p h ấ m có các mặt hà na t huốc e iảm đau aspirin, axít salixilic trong nước thải vệ sinh thiết bị d ụng cụ sẽ thai ra phenol Tại các cơ s a san xuất hạt điều, trong n ước thải n g â m ủ hạt và vệ sinh nhà xưởrm có c h ứa nhiều dẫn xuất cùa phenol

Phenol đ ượ c sử d ụ n g t rong thành phần của thuốc diệt co thuốc diệt nấm mốc l)o đô trong quá trình tồn trừ, bao quán và sư dụng sẽ có tình trine, thất thoat ra ngííài môi trường Đặc biệt là tình trạng ô nhiễm phenol t rong canh tác norm nuhiộp do nmrỡi n ô n e dân thiêu ý thức, vứt b ừ a bãi chai lọ đựng t huốc diệt c ở có chửa phenol ra dóne mọn® [ 2 1.Ngoài ra, phenol c òn đ ư ợ c sử dụn g làm chất sát trùno gâ\ tè ( C hl or as cpt i cK spray), làm

b ong tróc lớp tế bào chết (trong chiền tranh thế '.lới II) tấy Iiẽ (hồn hợp phenol và clorofom là một hồn h ợ p thườ ng dùng đế ta\ D NA tronu ne àn h sinh học phân tư) và

Phenol c ũ nu gâv tác đ ộ n e mạ nh theo đ ư ờ n e tiêu hóa Khi ăn uông phai một lượn ti phenol

c ỏ t h ể g â y k í c h ứ n g b ở n g p h í a b ê n t r o n e c ơ t h - v à <ia\ tứ v o n i ì O' liàni 1 ượiiíz c a o I ình

trạng bị kích ứ n g và ả n h h ư ở n a c ũ n e xả\ ra t ưư na tự đôi výri cac loài dọng vật khi tiẻp xúc Với phenol [21]

1.3 C á c p h u o n g p h á p x ử lý t o lu e n và p h e n o l t r o n g n u ó c

1.3.1 M ột số p h ư o n g p h á p x ử lý toluen

Toluen thườntì đ ư ợ c x ư lỵ theo 5 p hươ ng pháp chính sau [ 2 0 1:

■ p.hưứng p h á p h a p tiụt h ơ i bơn v iliiny m ô i hòa tan: Sir d ụ n s 1 d u n g mõi h ữu CO' co k h a

n ăne hấp thụ toluen Sau đó tolucn được thu hôi hang cach nung nón g \ à hút ra từng phân hoặc i m ư n s tụ ỏ nhiệt đ ộ tháp

■ P h i t w i n p h á i2 dổi: I olucn dược dốt a khoánu 8 00 c I '11 diêm cua phương phap n à \ là

quá trình dốt sinh ra 11 ước \ à C()i Tuy nhicn ư nhiệt d ộ na\ sẽ tạo thành các khí như niur

oxit và Ciiebon m o n o x i t lam íiicíin h i ệ u suat cu a q u á trình chá} vu tạo ra m ột lìguòn thai

NOx Vì \ ậ \ ph uơ nư p h á p nà} luôn phai di kèm \ ớ i các p h ư ơ ng phup thu hôi pũiiLL n hư

\ ư lỵ NC)\ đirơc sinh ra

9

■ P h ư ơ n g p h á p h ấ p th ụ cacbon tải sinh hay đốt ch a v hoàn toàn: Sự hút bám caebon tái

sinh xảy ra khi luông khí đi qua môt lớp đ ệm cacbon đã được họat hóa Cac hợp chất hữu

c ơ dê bay hơi đ u ợ c h â p thụ và o cacbon Nư ớc và toluen được thu hồi t hônc qua quá trình nuưng tụ

■ C ác tủm lọc sinh h ọc: Hệ thône lọc sinh học sư dụng vi khuân để làm íiiam hàm lượne

toluen Nói m ột cách đ ơ n gián, hệ thống lọc sinh học hoạt độiiií bãim cách hút khỏ nu khí

ô nhiêm, làm â m d ò n g kh ôn g khí và sau đó định lurơns d o n a k h ô n g khí đi qua một m i t n g

đệ m lọc có c h ứ a m ột lượng lớn nhiều lọai vi khuãn khác nhau Các \ i khuân sú' d ụng toluen n h ư một ng uô n thức ăn và biên dôi c h ú n e thành hơi nước và C ( K

■ H ap p h ụ : Sử dụng một chất hấp phụ (thường là than hoạt tình) để hấp phụ toluen.

1.3.2 C ác p h u o n g p h á p x ử lý phenol trong nu óc

• H âp p h ụ h ã n g than hoạt lính: Nước thải có clúra phenol dưọc d i o cha\ trục

tiếp q u a b è lọc với vật liệu t han hoạt tính, tại đ a \ t han hoạt tính sẽ tiiừ lại p henol và các

h ợp c h ât h ữ u c ơ k há c S a u mộ t thời gian h oạt độníì t ha n hoạt tinh SC SUY g i á m \ à mát k h a

năng hâp phụ; tiến hà nh tái sinh đê khôi phục hoạt tính cùâ than 12 ]

* X ii lý bà ng cá c tá c nhân OXY hỏa mụn/i: Sư điinu các tác nhân o \ \ hỏa mạnh

như H2O2, o / o n clorin hệ Fen ton đê oxv hóa phenol trong nước thai tạo thành n h ừ n e hợp chât h ữu c ơ ít ô nh iễ m hoặc chuyên hỏa triệt dê thanh c ộ i và 11?()

1.3.3 X ử lý toluen và phenol trong n u óc dù ng són« siêu âm kê! họp vói H ị O ỉ

Giới thiện về H 2 O 2

H ị 0 2 là một chất lonn màu xanh nhạt, thườnn xuât hiện dưới clạne chat Ions hòa tan

k h ô n e màu nhớt hơn n ước Là một axít vêu và c ó tính DJV hóa mạnh vi ihê I IiGỉ la chai tẩv t rẩne mạ n h và đ ư ợ c sử dụng rộ n a rãi tronố quá trình tây trăng giu> niioai ra nỏ ŨH12

đ ươ c s ử d ụ n e n hư là c hất diệt khuẩn, chất OXỴ hỏa chàt khử trùng 12 0 j.

Hyd rq ge n p er oxi de ( H j ơ2.) thè phân hu\ tự nhiên thành nước \ à o \ \ 1 hông thưòiiii nỏ

p h an ứ n e n h ư là m ộ t c h ấ t OXV l ỏ a , Illume có nhiè u p h a n ứ ng t ro ng đó nó phan ứ n g n h ư là

chất k h ư íiiai p h ó n e ra 0\ ' nlur la san pliám phụ N ỏ cũng ràt nhanh chóng tạo ra c a ĩ peroxide \ ỏ c ơ \ à hữu c ơ [ 13],

Khi c ó mặ t mộ t c hât xúc tác nào đó như F e 1 h a\ Tị sụ phân hu\ có thê diễn ra theo cách khác, với các g ô c tự do n hư HO* và HOO* được tạo ra Tô hop cua 11-0- và Fe được biết đến n h ư là t hu ốc thử Fe n to n

b P hản tfflg o x y h ó a - k h ử

Tr ong d u n g dịch nươc hydro ge n peroxide có thê oxv hóa hít\ k hư nhieu loại ion \ ô cơ.Khi nó nh ư là một c hât k h ư thì khí oxv được tạo ra I r o n s d u n ạ dịch ax.it ion s ít Ftf bị oxy hóa thành ion sắt F e ’

2 F e 2 dd - n 20 2 + 2 Ị r dd- 2 F c ' \ 1(1 1 H jO (2)

N gược lại t rong môi t r ư ờn g kiềm Fe'* bị khử thành Y c2'

Hydrogen p er ox ide t h ư ờ n g xuyên dược sư d ụ na làm chất khư tron tí hoa hữu cơ Một ứim

d ụn g là đê oxy hóa các thioete thành các SLinfoxil f 13|

c P hán ứ n g íao thàn h cá c h ơ p chat p e ro x ide

Hydrogen p e ro xi de là một axít yếu ( p l l 4.5) và nó có thè tạo ra (.ác muối I n đ r ọ a e n

p er ox ide , p er ox ide hay các dẫn xuất cùa nhiêu kim loại

s U m > d ụ n g của H đô i với môi Ị m à n g

H2O2 là một trong n h ữ n g chât o \ v hóa mạnh nhất, mạnh hon clo d o dioxit \ à K M n O ị Qua s ự xúc tác H2O2CÓ thê đ ược chuyên thảnh các í>oc *0 11 vủ hoại d ộn£ mạnh ihứ 2 ch 1

sau flo ( b a n e 2) [19]

B ảng 2 Thế oxy hỏa c ủ a niột số cliất

a C ác ứ ng d u n s c u a H ị O ị

- Kh ử mùi: Ox y hóa hydro sunphua các mecaptan amin và andehyd HịO: cỏ thẻ được

d ùng trực tiêp t rong n ư ớ c c hứ a các chât thơm, hoặc d ùn g t ro ns má \ lọc khí do loại bộ

c h ú ng khỏi d ò n g k h ô n g khí Nê u mùi được sinh ra từ cac hoạn d ộn g sinh học 11 () ’ co thể được t hê m vào để k h ư mùi sinh ra trong câc điều kiện kị khi

- C h ô n g ă n m ò n : loại b o cl o và k h ử lưu huỲnh c ố t ro ng các hựp chat t hi osu nl at Ịiinllt \ a

sun la n h ữ n g chât tạo ra axít ăn mòn khi n a ư n a lụ trên các thièt bị và bị o w hóa hoi

- Sự oxy hóa kim loại: O x y hóa Fe (II) Mn As và Se đổ làm tãrm kha năn.y, hấp phụ lọc

hoặc lănR c ủ a c h ú n u k h ỏi n ư ớ c sản xuất và n ư ớ c thai

- Kh ư đ ộc / tăng cườrm kha n ă n a phân hu\ sinh h ọ c : Vói SỊI' xúc tác Cck chát hii'11 cơ phức

tạp sè bị p h àn h uy lliành c ác c hat n ho hcrn ít dộc hcrn vá dễ p hân lui\ sinh học

b C ác ứ n s clung íã iìQ c ư ờ n g / H -iQ' ké! hop với ! q u a trình khai ị

+ Ke o tụ/ kêt tủa: O x v hóa các phức kim loại vã tăng c ườn li đặc tính cua các chât keo tụ

vô cơ

+ X ử lý sinh học n h ư m ột p h ư ơ ng pháp tiên xứ 1Ý: phàn hu\ chát dộc chât khó chav hoặc các chat hữu c ơ ngăn can phàn hu\ sinh học thanh các chat cỏ kha năụg pliân huy sinh học Khi kết hợp \ ó i H5O2 sc c u n e cấp một n s n o n bô suno cua o.\\ hoa tan tại chỗ N h ư

là một bước k h ư sạch phá lun mức dộ vet cua các chát hữu é n qua \ ư K sinh học cuiiíì cấp lợi ích t hứ cấp là k h ư trùng

+ Hấp phụ c ac bon: T ă n g c ườno sự hấp phụ cua nhiều chai ô nhiễm tronu khi c u ng cấp oxy hòa tan để hồ trợ lơp cac bo n hoạt tính (tăng c ư ờn g hiệu qua loại ho)

+- I hiểl bị lọc khí: T ha y thế elo rrony việc k hư mùi khí \ à klur cac v ọ c I u\ thuộc tuns’ đối tirợna ô n hiề m các phuoriìí pháp xúc lác hoặc 0\ \ hoa tiên liên có the can tliiêt

Giới thiệu về siêu âm

Són« siêu â m là s ó nu dọc là quá trinh truyền sự co lại vá gian no cua chãi long, l à n sổ

I hư ờ ne sir dụ nu I r o nã cac más sicii âm la 20 k H / Cíto hon 11Ị ườn g nhận biêi cua tai iiLurưi

(từ vài ỉ \z đến 16 k H / )

Tr o ng thực ng hi ệ m, có ba phạm vi tần số t ư ơ n a ứne với ba v ù n s sư tlụns cua SÓI12 SÌCLI

âm []]:

1) r â n sô c ao ( 2 0 0 0 - 1 0 0 0 0 kHz), dùnu trone y học đê chuân doán

2) l â n sô t rung hình ( 3 00 - 10 0 0 kHz), th ườ ne được sử d ạ n e t rona các thict bị làm sạch băng siêu âm trong p h ò n g thí nghiệm

) h ọ c

P h a n l í c h ỉi ó d h o e

Hình / D ái phân bô tân sô sóng ăm

Khi s ỏ n a siêu âm lan truvên nó làm biên dạrm nén iiiàn mỏi trườnii do dó cỏ nơi mật cỉộ môi t r ư ờ na lớn vì các phần tư bị ép lại: cỏ nơi mật cỉộ mỏi trirờnu nhó \ i các phân tư Liiíìn

cách nhau xa Khi môi trườnư bị biến dạnsỉ iiiãỉi ra củc phan tư tự dứt \ìì tạo thành lỗ

t rốna vi mõ Nế u quá trình này xáv ra trona nutVc thì nhìrnu lồ irônii này sè hị hơi mrớc hoặc các khí hoà tan lấp đầy Hiện tượng tạo thành lỗ trống dóng một vai trò quan trọnu trona việc phâ n huy các hợp chất hùu cơ (HCHC)

P h ư ơ n s pháp siẻu âm c ù n e dược coi như là một trong những phương pháp ().\\ hoá câp tiển bởi vì nỏ làm sự phân huy nhanh chóng các cliàt ỏ nhiềm trong niróc Siêu àm dà dược ứn e d ụ n a từ làu tr on a các lĩnh vực V học hoá học cỏng nghiệp, mạ di ện I L1\

nhiê n ẹ ần đ ây n s ư ờ i ta đà t h ấ \ p h ư ơ n s p há p nà\ con co thừ loại bo mộ t sô liựp chái hữu CO' trona m ôi trườn2

S gu yên tắc siêu âm

Khi sónii sicu âm đi qiici mội chất lona sự giàn nơ đo siêu âm gâ> ra áp sLiât âm trong chất lỏng kéo các p hâ n tứ chất long ra xa nhau Nêu c ường dộ sièu âm du mạnh thi ->ự oiàn nở nả \ sè tao ra n h ừ n a lồ hổng trong chât long Khi dược hình thành các bọt khi nho

bị chiếu siêu â m sẽ h ấp thụ năng lượng từ sóng siêu âm \ a plìát triền lên Sự phát triền

c u a các lỗ h ồ n g p h ụ t h u ộ c v à o c u ờ i m độ siêu âm k h i aroỉiL! độ siêu ÍÌ111 cao các lồ hô nu

13

nhỏ có thê phát triên rất nhanh Khi cường độ siêu â m thấp hơn các lồ hone \Udt hiọn theo một q u á trình c h ậ m hơn.

Sau nhiêu chu kì siêu âm, lồ h ổ n ° sẽ phát triển Lỗ h ô n s có thè phát triển đén một kích thước tới hạn m à tại kích thước đó lồ h on a có thê hấp thụ hiệu qua nanụ lượim cua song siêu âm Khi lô h ôn g đ ã phát triên quá mức ne av cả trone trường hợp c ư ờn e dọ siêu am thâp hay cao nó sẽ k h ô n g thê hâp thụ n ăna lượne siêu âm một cách có hiệu qua diiực nữa

Và khi k h ô n g có n ă n g l ượng tiếp ứng, lỗ h ổn g k h ô n a thê tồn tại lâu được Chat l o n s ớ

x u n g q u a n h sẽ đ ô v à o v à lô h ô n g bị suy sụp S ự SUN sụp c ua lồ h ô n e tạo ra niỏt mòi

trường đặc biệt c ho các phan ứ n s hoá học - các điểm n ó n s (hưt >pot) Tại các điềm nóng

nhiệt độ vào k h oả n g 5 0 0 0 ° c áp suất kho áne 1000 at thời gian sõnu nho hơn một n il \ à tôc độ tăng g iá m nhiệt trên 1010 (mười tỉ) K/s Do đó siêu âm hoa học được tạt) ra do tòc

độ làm nón g bọt t r o n a thời 2Ìan ngẳn tưưng tự như sự q u a n g phân tia tTồụg nuoại nhiều photon

Hình 2 S ự hình thành và p h á t triên cua lỗ hông trong lòng th a t long

dưới túc (lụng cua song siêu âm

Hơn thế nữa có thê q u a n sát thấy neay trước khi \ ỡ các bọt khi i ronã nmrc á ỉc họt tạt)

m ộ t tia s á n a aọi là " s ự p h ú t quan g du siêu âm", khi q uét p h o phai \ ạ dà q u an sát th â\ pic

ở 310 11111 T ừ s ự ph ân chia các khí nén tạo ra sụ hình thanh cac gôc cỏ năng lượng cao như các s ố c *OH H* 0*- 110?

Khi chất l óng bị nén lại thì n h ữ n g bọt khí trong c h ớ p măt 5ẽ \ ỡ tan ra Quá trinh YỠ bọt sinh ra nh ữn l uồ ne s ỏ n u xunii kích nho rất mạntì được gọi là "hiện tượng íạo bọt chân

k h ô n a " Ị 17]

ị

• -*

điõm nónq

1 ị

Bước sóng cố định áp suất thấp

Sự mở rộng bọt

Sự vờ bọt

Sự phát sáng

H ình 3 - Hiện tượng tạo bọ ỉ chân không

C ơ ch ế siêu âm trong ph ân húy họp chất hữu c ơ

Quá trình phán huv các hợp chất hừu cơ XÍIV ra qua hai cơ chê chu \ ế u I 1 2 ị:

+ Sự nhiệt phân trực liếp bên troim và vùnu xun li quanh các bọt \ ò

+ Sự OXY hoá bơi gôc *OH

Sự tạo thành các gốc oxy hỏa t rone suốt quá trình sicLI âm d u n e dịch được khơi dằu bơiphan ứng nhiệt phân p h â n chia các phân tứ nước xay ra như sau [9 1

Khi tiên hành phâ n hủy các H C H C ban đầu các chất hữu CO' có thè bị phá huv hai ca hai quá trình kêt hợp là nhiệt phân và sự oxy hóa bơi 2ốc *OH và H ■<()-> Ọ uá trình siẻtt âm tạo

ra h à ng nghìn bọt t ro n g nước, nhiệt độ trong bọt cao lèn tới 10.()(K)-3().0()()V làm cae hợp chât h ữu c ơ bị phân huy và hoá hơi t rone d u n a dịch Nhiệt dộ v ùng xun a quanh bọt vần rât c ao k h o ả n g ÌOOOV lạo ra các eốc *OH có kha n ã ng oxy hoá các hợp chãi liĩru cư [ồ]

ứ n g dụng của siêu âm trong m ôi trường

Siêu âm được coi n h ư là một trong n h ữ n s ph ươ ng pháp o \ \ lioá cấp tiến bơi vì nó dần đên s ự phân h u \ n ha nh c hó ng các chất ô nhiễm trong moi trường n ư ơ c Quá trình siêu àm

có thê được sử d ụ n g t rong t rư ờ na hợp như là một hum- ticn 0 1\ hỏa trước khi xư 1\ sinh học Tương tự, x ử lý siêu âm hoá học có thể được kết hợp với các kĩ thuật khác đê tăng hiệu quả quá trình phâ n húy Các kỹ thuật siêu âm có thể là phá huv harm siêu âm q u a ng hóa h ọc và p h ư ư n g p h á p siêu â m điện húa [ 5 1

Phương p h á p siêu âm kết hợp với H 2()2

C ơ che chính t rong sự phân huy các chất ô nhiễm sứ dụno quá trình tạo hot ki sụ phát sinh

và tân c ô n g c ủ a c á c 2ÔC tự do qua một vài phản ứna đã dư ợ c giai thích phu hợp với thuỵêt

điêm n ón g (h o ì-sp o í th eo ry) (các điều kiện tại vùng dicni n ón e dược tạo thanh là nhiệt độ

và áp suât rât cao) T r o n g q ua trình n a \ l â y ra hiện t ượn 's ự p h á t (ỊIKIIHỉ do siêu â m

Đây là quá trình c h u y ê n hóa só ne âm thanh thành c hớ p ánh sáng, tập trung nănu lượim

âm thanh thành các di ê m n óng nhâp nháy rât nho hèn t r o n 1' mot boii'i bọ nu 12 2 1

A n h s á n g ph át ra sẽ d ỏ n e vai trò n h ư bức \ ạ u v qu ar I phân mộl p hần lứ I M ) tạo lei 2

sự tạo thành hot cua qu á trình siêu âm sè tạo ra nhiều gôc tụ do hon I ll) nhiên n ong độ của hvdrojgpn pe r ox id e lại don ti vai trồ chu \ ô u tTQnu \ i ộ c lăng CƯƠI1U hiệu LỊiiá cua C]ua trình két hợp này Một mạt H : 0 : hoạt dộim n hư một ngu ồn cung cắp các gôc lự do hãnu phan ứno phân huy m ặ t khác nó CŨI1 2 hoạt động như một chat giữ các uóc tu do qua phan ứn« tái kòt h ợ p với gốc *0 11 lam giam toc dộ ham lượng gôc * 0 1 1 tronc dung dịch \ a

g i ả m phàn hu> tố n g c ộ nụ lUrực gíái thích ihầữ p hư ơ ng trình I 14) 11 I |:

16

O H + H 20 2 —* H 20 + h o (17)

Vì thê hiệu q uả của q uá trình kết hợp sê phụ thuộc nhiều vào kha n ă n2 sứ dụnii các £ổc tự

do đê oxy hóa các p h â n tử ô nhiễm trong một k h oa ng thời eian cụ thẻ Các t hỏ n s sổ như

pH, mật độ d ò n g c hả y rối tồn tại t r o ns thiết bị phản ứne trạnu thái tồn tại (phân tử hoặc ion), đặc tính (ưa nước hoặc kỵ nước) của các chất ô nh iề m naoài ra n ồna dộ ỉ 1:0: n o n e

độ của chât ô nh iê m và thành phần của dòng nước thải là n h ừ n a yếu tố chu \ è u cằn dược

p hân tích t r ư ớ c khi c h ọ n p h ư ơ n g p h á p x ử lý là p h ư ơ n e p h á p o x \ hó a kết hợp siêu â m và

h20 2 [10]

1.3.4 M ột số nghiên cứu xủ' lý dung môi hữu CO'

Trên thẽ giới đã có n h iề u phươntỉ pháp loại bo durm môi trong nước thài được nghiên cứu trong đó phải kê đến các CÔĨ12 trình như:

N Wi bo wo , và L Setyadhi (2006) t rưởne đại học S u r a b a \ a cua Indonesia, dà nuhicn cửu khả năng hâp phụ toluen và benzen trong nước thải b ãng than hoạt tính sau dó tái sư d ụ n a than bằng nhiệt dưới d ò n g khí Nt và a \ í t H N O > Kết quà ntihiên cửu bề mặt hóa học than

và kha năng háp phụ c h o thấy tái sư d ụ n s bàng axít cho kha năne hấp phụ tổt nhất

Takeshi Furruta và Shuichi Ikefuji (2007) trường đại học lottori cua Nhật Bím đà loại bo toluen t rong n ướ c thai b ă n e cách sử dụnt> bùn hoạt tính nhưníi n â ne cao hiệu quà bãiiỉi cách tạo phức toluen với RM- p-c yclode xtrin đe neãn chặn quá trình hay hơi cua tolucn tạo thuận lợi c ho q uá trình phân húy sinh học

Dorota Pa n ek a và Krvs tvna K o n i e c / n y (2007) trirờrm dại học Silesian IMiiìn I an dà

ns hiẻn cứu loại bỏ toluen trong nước thai bã na p hư ơ ng pháp mànìi PoKđimetx losiloxmic (PDMS) Ng hi ên c ứ u n à \ so sánh hiệu qua xư lv màrm P D M S có trộn them lỉìan và

k h ô n s trộn thêm, hiệu q uả xử lý đạt từ 90-93%

K wa ng J o o n e Oh c ù n e các c ộ n e sự (2006) tại trườnu đại học Busan l-ỉàn Quỏc dà rmhiên

c ứu loại bỏ b e n z e n và t o l u e n tr on g n ư ớ c thai b à n s vi sinh n h ờ p h ư ơ n g p háp p han ửrm

sinh học tr on e môi trườrm đ ệ m lone Nehiẻn cứu cho thâ\ vi sinh dược sir dụnii lâ\ tử

quá trình x ứ lý bùn hoạt tính, t rone m ô hình p h ò n e thí n g h i ệ m ơ di êu kiện nhiệt dộ 3 0 " ( ’

và p ll = 7 kha n ã n a p h â n huy benzen là 45.2 mg/Ksiờ đôi với toluen ơ nhiệt độ 3(í“C' và

phụ chát hữu co- cua than hoạt tính trong công nghệ x u K mrớc" dược dưa ra tại háo cáo

khoa học hội nghị xúc tác và hấp phụ loàn quốc lân thứ hai

PAI H Ọ C Q U O C G i a h a n o i

TRUNG T

17

Lin và n nk ( 19 9 6) là m ộ t t rong nh ữn g người đầu tiên nghiên c ứu về sự a n g cường tóc đq phân hủy b ă n g h ó a siêu âm của 2-clorophenol sử d ụ n g hydrqgen peroxide Anh lurơiìg của các t h ô n g số hoạt đ ộ n g khác nhau ba o gồ m nồng độ cua h \ d r o ° e n peroxide dã dime nghiên c ứu t r on g thiết bị siêu â m ở tần số 20 KHz Sự phân huv t ủ a 2-domphv.Miol dược kêt luận là hiệu qu ả h ơ n ở pH nho hơn và khi tăng biẻn de siêu âm \ à nônii dộ cua 11-0 Hiệu qua ph ân hủ v đ ư ợ c tăng c ưừng tôi đa đén 57% với tai lirựTig IndroLicMi peroxide Li

500 mg/1 c ho n ồ n g độ ban đẩu của 2-clorophenol là 100 m e 1 T u \ nhiên, kiếi qua cua nghiên cứu này k h ô n g chỉ ra n ồn g độ tối ưu cua hydro ge n peroxide f 7 j j

Visscher và L a n g e n h o v e (1998) đã nghiên cứu sự phân huv cua o-clorophtMiol sir đụng siêu âm và siêu â m có b ố s ung h yd roe en peroxide t r o n2 thiết bị siêu âm ơ tàn sô i 18 kl I/

và c ô n e suàt tiêu hao nhiệt lượ m’ là IX.2 w Nuhièn c ứu dã chi ra ránu h i n t số tốc độ động học cho s ự phâ n huy cua o-clorophenol trong sụ c ỏ mặt cua hydrogen peroxide tàng

khi tăng n ồng độ cua h vdrog en peroxide và dạt toi da ồ khoaníỉ 25% với nông độ

h y d ro g e n p e r o x i d e là 1 00 m M và n ồ n e độ ban đầu cua o - c l o r o p h e n o l là 0 3 6 2 m M I UJ

nhiên, khi tă ng n ồ n g đ ộ chất ô nh iề m sự tăng c ườn g ph ân huv tôi da giam [ 1()|

T r o n e một níỉhiên c ứ u gầ n đâv Te o và link (2001) dà chi ra răníí tôc dọ ban ddLi cua sự' phân h ủ \ 0.4 m M d u n g dịch p-clorophenul trõíia thiêt bị siêu âm cò tân sô la 850 kl I/

c õ n g suat tiêu h a o n h i ệ t l ư ự n g là 140 W' \ ới d u n u lích là 100 ml d ư ợ c l ă n ” t(Vi l()()'\> khi

tàng n ông độ h v d r o c e n peroxide từ ơ dến 20 mM : tu\ nhiển nên tiêp tục tanu nong ctộ hydrogen p er ox ide tới 40 niM sẽ anh h ư ớ n e den toe dộ phàn IniM p -dor opticnol \ à khi vượt quá n o n e độ 4 0 m M tốc độ phân hiiv sẽ eiam Vì thê nông dộ tòi ưu cua Inclrouen peroxide là 20 m M với tỉ lệ mol tối ưu là 50:1 [ 1 í) ]

IX

CH Ư Ơ N G 2 ĐỐI T Ư Ợ N G VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ử u

2 1 Đ ố i t ư ợ n g n g h i ê n c ứ u

D ung dịch toluen 9 9 , 9 % ( Me rck ); chất chuẩn phenol 9 8 % ( MertA)

Mầu n ướ c n ghiê n c ứu là d u n a dịch tự tạo D u n g dịch tolucn (C'o = 41 ppm) duim dịch phenol (C() = 60 p p m ) đ ư ợ c hoà tan t ro na nước ở điều kiện pH t r un a tính

2 2 P h ư o n g p h á p n g h i ê n c ứ u

2.2.1 Hóa chất, thiết bị

Các hóa ch ấí sử dụng tron g nghiên cứu

♦ D u n g dịch toluen: Mer ck 99.9%: d — 1.497 g/inl; dộ tan là 0.47 ậ/1

♦ Phenol d ạ ng bột: Mer ck 9 8%: d = 1.072 g/ml: độ tan là 9.5 ạ lOOunước ở 2 5 ° c

♦ M á \ siêu âm Randelin Sonor cx - Đức

♦ M á y cất n ước Millipore Waters milli - ọ ( 1 8Q m) Anh

♦ C â n điện tư A E A - 160 DG (e mg) - Anh

♦ M a v k h u v í í ỵ t ừ J e n \ v a \ - M o d e l 1 0 0 0 - I r u n g Q u ố c

l y

2.2.2 Hệ thí ngh iệm x ử lý toluen, phenol

+ M ô hình th i nghiệm

N ồn g đ ộ b an đầu c ủ a d u n g dị ch to luen đ ư ợ c p ha là 41 p pm Nằn li độ ban dầu cua (.lu nu

dịch phenol đ ượ c p ha là 60 ppm C h o thêm 1 ml H 2( K Sau đó durm dị ch dược dưa vào máy siêu â m ở tần số 35 kHz c ư ờ n g độ sóng là 750 w ill2 Thể tích dunti dịch là 20(1 ml Thời gian thí n g h i ệ m k é o dài 120 phút

Dưới đây là m ô hình p hả n ứng thí nghiệ m với máy siêu ăm Bandelin Sonorex

Bình phan ínm

\ 1 á \ s iè u â m

Hình 4 Mô hình hê th ỉ nghiêm m n #

x ử ỉý toluene, p h e no Ị

+ Khảo sái ánh h ư ởng Cíía p ỉ ỉ

Các thí n g h i ệ m đ ượ c tiến hành với d u n e dịch toluen phenol tự pha \ ớ i n t W độ ban đầu lần lượt là C()= 4] p p m và C(, = 60 ppm N ồ n g độ H 2C>2 thêm vào là 170 ppm Các pl 1

khảo sát là: 3: 6: 10 đôi với hệ xử lý toluen và 2: 1: 10 đôi với hệ xử K phenol, pll dược

điều chính b ằ n a durm dịch axít HCIO^ VÌ1 dung dịch kiềm KOH Thơi gian thí nghiệm kéo

dài 120 plnìt T hòi sian lẩv mầu: liồ n e độ cua toluen phenol được phân tích theo thoi

£Ìan dê xác dịnh hiệu q u a phan ửn£ Thòi 2Ìan lã) mẫu hăl dâu lu nga\ khi phan U'11” \ a \

ra (lúc bẩl dầu bật máy siêu ủm) \ à sau 15 phút lây mau (trong M) pluìt dâu) \ à sau 30 phút ( cho đán ket thúc q uá trình) Các mẫu Sựng trong các \ ial thê tích la> mầu là xoo pl bảo quàn trong diều kiện lạnh và sau đó phân tích băng m á \ 11PLC

+ Khảo sát ánh hirớng cùa nồng độ Ỉoỉuưn, p h en o l ban dấu

Các thí nnhiẹm dược tiến hành với dunu dịch toluen phenol tụ- phii NÔHL! tỉ ộ tolucn khao

sát lù; 1 1 : 2 1 : 2 7 : 4 1 ; 54 \ à ^4 ppm Nồng độ phenol kh ao sái hi: 2<J: 40: 60 \ ã luu ppm

N ô n g độ H2O2 t h ê m v à o là 170 ppm Thời gian thí n s h i ệ m kéo dài 120 phút ĩ r i n h tụ lã\

m ẫ u giố ng n h ư k h ả o s át ảnh h ư ở n g của pH đã trình bà> ơ trẽn

+ Khuo sát ảnh hướng của nồng độ H 20 2

Các thí n g h iệ m đư ợ c tiên hành với d u n e dịch toluen phenol tự pha với n ồn g dộ ban dầu lần lượt là C(, = 41 p p m và Co = 60 ppm Nồng độ H 20 : khao sát la: 0: 34: 85: 170; 2.11:

3 4 0 và 5 1 0 p p m đối v ớ i hệ x ử lý toluen và 0: 34 170: 2 38; 340: 5 0 0 \ a 7 0 0 ppm dổi với

hệ xử lý phenol Thời gian thí nghiệm kéo dài 120 phút I rình tự lả\ mall íiiổnủ nlur khaosát ảnh h ư ở n g của pH đ ã trình b à \ ơ trên

2.2.3 P h ư ơ n g p h áp phân tích toluen, phenol bang HPLC

Toluen, phenol đ ượ c phâ n tích bàng m á \ sắc k\ I0 112 hiệu Iilna Ccio s h i m a đ / i i - 1 OAI )\ p (model 2 0 10 ) với một De tec tor SPD - M l O Av p (Detector hấp thụ quaiiíi phân tù' YÙim UV-Vis)

- Nhiệt độ làm lạnh trong hệ bơm mầu: 4 C:

- Thời eian lưu: 1 1 phút đôi vứi toluen và 4 phút dôi với phenol

2 3 N g h i ê n c ủ u đ ộ n g h ọ c p h ả n ứ n g p h â n hủy

2.3.1 P h u o n g trình L a n g m u ir Hinshelvvood

T í n h chất d ộ n g h ọ c c u a s ự p h â n h u \ các hợp chât ÍUÌLI c ơ trong d u n g dịch h ã ng các uóc

HO* dược biêu diễn b ă n g plnrưne trình l a nemuir-l linshelwootl đon uicin -úm:

T ro n g do \ là tốc đ ộ phàn huy cua chai phan ứng (m o l 5)

c la Iiẳtiỉi dộ cua chat phan ứng (mill I s)

k là h ầ n e s ố tốc dọ phan ứng {mol I ,£)

K là h ẩ ng số f a n bănu b i a i kiên "apparent (I mol)

t là thòi u.ian phan ửnu (s)

Phương trình (21) đ ư ợ c biếu diễn dạng đồ thị bicn thiên Ln(C,i c ,) theo thời iìỉnn t là một

đ ườ n a t hă n e và độ dốc của nó là k' harm số tốc dộ clộn« học bậc I

Thòi «ian pha 11 úng (s)

Hình 5 Biến tltiên nồng (lộ chất hữu cơ theo thời gian phán íniỊỊ

Co ( m o l / L ) là nồnti <JỘ han dầu (.lược xác (.lịnli một c;ich dồ d;mu nho ill ực iiLĩhiệm \ „ la

tốc độ plian ửim ban dầu dược xác d ịn li bẳHLi phép chia (■„ cho thoi Ịiiun t II la diem cũt

cùa đ ư ờ i m tiếp luyến tại C(| vái trục tliởi gian)

CHƯƠNG 3 KÉT QUẢ NGHIÊN c ử u VÀ THẢO LUẬN

Các kết quả ng hiê n c ứ u t hực hiện thí nghiệm sư đụ ng d u n e dịch H : 0 : 3 0% dê xư K toluen, phenol tr on g d u n g dịch Các thí nghiệ m được tiến hành tronti diều kiện phone lủ\ mẫu theo cảc k h o ả ng thời gian, mẫ u đ ựn g trong các vial phân tích bano má> HIM C' Kẻi quả khảo sát đ ượ c m ô tả ở các đồ thị SUY aiàin n ồ n e độ toluen phenol theo iliời gian dirợc trình bày dưới đây

CL

-C 250000 a

c 200000 Cv'

Ỏ

150000 100000 50000 0

20 40 50 N?ng đ? { ppm )

80

Hình ố Đường chuẩn tưluen, p h en o l

3 2 K ế t qu ii k h ả o s á t ả n h h u ỏ n g củ a pH

pH là một t rong các y ế u tổ ánh h ưởng đến quá Irinli phân huy các cliấi hữu ccr dặc hiệt lá

tr on s phân hủv chât liữ u CO' b(in& phươnií phíip o x \ Ihki Clip IICI1 su đụng I | ( ) ’ SICU iinihay o z ò n C á c p h ư ơ n g p h á p n ày dỏu d ự a v à o kha nãni! o \ > hỏ a m ạ n h CLiii uôc o il* pi I

là một t r o n s các tác n h â n làm tántỉ hoặc giam gôc OI r trong qua trình phan lun Vì \ ậ y véu tố p l ỉ đã đ ư ợ c rât n hi êu cô nu trinh khơíi liọc khíio Silt \Í1 Iighicn CƯU |_6 l ' '|