Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý phenol và các dẫn xuất của chúng trong môi trường nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO QUẢN NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ PHENOL VÀ CÁC DẪN XUẤT CỦA CHÚNG TRONG M

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO QUẢN NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ PHENOL VÀ CÁC DẪN XUẤT CỦA CHÚNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGỌC THỊ MƠ

HÀ NỘI, NĂM 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME XỐP CẤU TRÚC MAO QUẢN NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ PHENOL VÀ CÁC DẪN XUẤT CỦA CHÚNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

NGỌC THỊ MƠ

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 60440301

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS MAI VĂN TIẾN

HÀ NỘI, NĂM 2018

Cán bộ hướng dẫn chính: TS Mai Văn Tiến – Giảng viên khoa Môi trường, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Đỗ Văn Công

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 02 tháng 01 năm 2018

Tôi xin cam đoan bài luận văn này là thành quả của bản thân tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài vừa qua

Những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận văn này là trung thực do tôi và các cộng sự thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Mai Văn Tiến - Giảng viên khoa Môi trường, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Các kết quả nêu trong luận văn chưa đuợc công bố trong bất kỳ công trình nào của các nhóm nghiên cứu khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đã trình bày trong bản báo cáo này

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Ngọc Thị Mơ

tới TS Mai Văn Tiến, Giảng viên khoa Môi trường, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội – người đã hướng dẫn, tận tình chỉ bảo tôi thực hiện thành công luận văn thạc sỹ này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo khoa Môi trường cùng các thầy cô phòng Phân tích khoa Môi trường - trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã hết lòng ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Xin cảm ơn phòng phân tích Viện Vật liệu, phòng phân tích khoa Hóa Đại học

Sư phạm Hà Nội, trung tâm Đo lường – Viện Công nghệ và phòng phân tích viện Địa

lý Việt Nam đã giúp đỡ tôi về thiết bị máy móc sử dụng

Xin cảm ơn các bạn học viên, sinh viên cùng thực hiện đề tài đã chia sẻ các khó khăn cùng tôi hoàn thành những phần việc của đề tài nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, nguời thân và bạn

bè luôn mong muốn tôi hoàn thành tốt bài luận văn

Trong quá trình thực hiện luận văn dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những thiết sót, vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Hội đồng, quý thầy cô và các bạn để luận văn của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội ngày 06 tháng 02 năm 2018

Học viên

Ngọc Thị Mơ

LỜI CẢM ƠN!

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1.Đặt vấn đề 1

2.Mục tiêu nghiên cứu 2

3.Nội dung luận văn 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.1.Tình hình nghiên cứu về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ứng dụng để xử lý phenol 4

1.1.1.Tình hình nghiên cứu về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên thế giới 4

1.1.2.Tình hình nghiên cứu về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ở trong nước 5

1.2.Tổng quan về vật liệu hấp phụ, vật liệu polyme xốp 5

1.2.1.Tổng quan về quá trình hấp phụ 5

1.2.2 Đặc điểm, phân loại và tính chất một số vật liệu hấp phụ 13

1.3.Phương pháp tổng hợp vật liệu polyme hấp phụ 17

1.3.1.Cơ chế tổng hợp vật liệu polyme bằng phương pháp trùng hợp gốc tự do 17

1.3.2.Các phương pháp tổng hợp polyme theo phương pháp trùng hợp gốc tự do 19

1.3.3.Tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên cơ sở copolyme divinyl benzene-styren 22

1.4.Tổng quan về phenol 23

1.4.1.Giới thiệu về phenol 23

1.4.2.Nguồn gốc phát sinh của phenol 24

1.4.3.Ảnh hưởng của phenol tới con người và môi trường 25

2.1.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 29

2.1.1.Đối tượng nghiên cứu 29

2.1.2.Phạm vi nghiên cứu 29

2.2.Hóa chất, thiết bị sử dụng 29

2.2.1.Nguyên liệu, hóa chất 29

2.2.2.Thiết bị sử dụng 30

2.3 Tổng hợp chế tạo vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano 30

2.3.1.Quy trình sơ đồ tổng hợp vật liệu polyme xốp 31

2.3.2 Hiệu suất của quá trình tổng hợp polyme xốp 32

2.4 Khảo sát và tối ưu hóa các điều kiện phản ứng tổng hợp vật liệu 33

2.5 Phân tích tính đặc trưng cấu trúc, tính chất cơ lý hóa của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano 34

2.5.1 Phân tích tính chất cơ lý của vật liệu polyme hấp phụ 34

2.6 Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ứng dụng để xử lý phenol trong môi trường nước 40

2.6.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ xử lý phenol trong nước của vật liệu polyme xốp 40

2.6.2 Mô hình động học hấp phụ 43

2.7.Xác định nồng độ phenol trong nước theo TCVN 6216:1996 44

2.7.1.Xây dựng đường chuẩn 44

2.7.2.Phân tích mẫu thử nghiệm 45

2.7.3 Phân tích mẫu môi trường 45

2.7.4.Tính kết quả 45

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng các điều kiện tổng hợp đến tính chất của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano 46

3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng tỷ lệ DVB/STđến hiệu suất tổng hợp vật liệu polyme xốp 46

3.1.4 Ảnh hưởng tỷ lệ nước/xylen trong hệ dung môi tới quá trình tổng hợp và tính

chất của vật liệu polyme xốp 50

3.1.5 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tới quá trình tổng hợp và tính chất của vật liệu polyme xốp tạo thành 52

3.1.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới quá trình tổng hợp và tính chất của vật liệu polyme xốp tạo thành 53

3.1.6 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới quá trình tổng hợp và tính chất của vật liệu polyme xốp tạo thành 55

3.2 Điều kiện công nghệ thích hợp để tổng hợp polyme xốp cấu trúc mao quản nano 58

3.3 Kết quả phân tích đặc trưng, cấu trúc và tính chất của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano 58

3.3.1 Kết quả phân tích xác định tính chất cơ lý của vật liệu 58

3.3.2 Phân tích đặc trưng cấu trúc của vật liệu polyme xốp 60

3.4 Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ứng dụng để xử lý phenol trong môi trường nước 64

3.4.1 Thử nghiệm đánh giá và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ xử lý phenol trong nước của vật liệu polymer xốp 64

3.4.2 Động học hấp phụ quá trình hấp phụ 68

3.5 Đánh giá khả năng tái sử dụng vật liệu polyme xốp trong việc hấp phụ xử lý phenol 70

3.6 Kết quả thử nghiệm đối với mẫu môi trường thực tế 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

1 Kết luận 72

2 Kiến nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 74

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

SEM : Scanning Electron Microscope

TGA : Thermal gravimetric analysis

TEM : Transmission Electron Microscope

DTA : Differential Thermal Analysis

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất nghiên cứu 29

Bảng 2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 40

Bảng 2.3 Khảo sát ảnh hưởng pH trong quá trình hấp phụ 41

Bảng 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đối với quá trình hấp phụ 41

Bảng 2.5 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại 43

Bảng 2.6 Xây dựng đường chuẩn Phenol 44

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng tỷ lệ DVB/ST đến hiệu suất tổng hợp vật liệu46 Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác benzoyl peroxit đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của vật liệu 48

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo huyền phù gelatin đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của vật liệu 49

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi nước-xylen đến hiệu suất tổng hợp và kích thước hạt trung bình của vật liệu polyme xốp 50

Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tổng hợp đến tính chất vật liệu polyme xốp 52

Bảng 3.6 Ảnh hưởng tốc độ khuấy đến tính chất vật liệu polyme xốp 56

Bảng 3.7 Điều kiện tối ưu tổng hợp vật liệu polyme xốp 58

Bảng 3.8 Kết quả phân tích độ bền nén của vật liệu 58

Bảng 3.9 Kết quả phân tích độ bền kéo của vật liệu 59

Bảng 3.10 Kết quả phân tích độ trương nở của vật liệu 59

Bảng 3.11 Kết quả phân tích xác định bề mặt riêng bằng phương pháp BET của vật liệu polyme xốp (tỷ lệ DVB/ST =2/1) 63

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ 64

Bảng 3.13 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới dung lượng hấp phụ 65

Bảng 3.14 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới dung lượng hấp phụ 66 Bảng 3.15 Kết quả khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với phenol 67

Bảng 3.16 Kết quả khảo sát khả năng tái sửa dụng của vật liệu 71

Bảng 3.17 Kết quả thử nghiệm mẫu môi trường 71

Hình 1.1 Đồ thị xác định hệ số b và Qmax 9

Hình 1.2 Đường hấp phụ Langmuir và sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 12

Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp copolyme divinyl benzene-styren 22

Hình 1.4 Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ 39

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp chế tạo vật liệu polyme xốp trên cơ sở copoly(divinylbenzen- styren) 31

Hình 2.2 Đồ thị xác định hệ số b và Qmax 42

Hình 2.3 Mô hình cột hấp phụ của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano 43

Hình 3.1 Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi nước/xylen tới đến khả năng hấp phụ phenol của vật liệu 51

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất phản ứng tổng hợp vật liệu polyme xốp 54 Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới đến dung lượng hấp phụ phenol của vật liệu 55

Hình 3.4 Ảnh hưởng tốc độ khuấy tới sự phân bố kích thước hạt trung bình của vật liệu tạo thành ở tốc độ khuấy 600 v/phút 57

Hình 3.5 Kết quả phân tích IR của vật liệu polyme xốp (DVB/ST = 2/1) 60

Hình 3.6 Kết quả phân tích IR của vật liệu polyme xốp (DVB/ST = 3/1) 61

Hình 3.7 Vật liệu polyme xốp tỷ lệ (DVB/ST=2/1) 61

Hình 3.8 Vật liệu polyme xốp tỷ lệ (DVB/ST=3/1) 61

Hình 3 9 Sự phân bố kích thước lỗ mao quản của vật liệu polyme xốp theo langmuir (tỷ lệ DVB/ST = 2/1) 62

Hình 3.10 Sự phân bố kích thước lỗ xốp của vật liệu polyme theo BJH (tỷ lệ DVB/ST = 2/1) 62

Hình 3.11 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt đối N2 của vật liệu polyme xốp xác định diện tích bề mặt 62

Hình 3.12 Kết quả phân tích nhiệt của vật liệu polyme xốp với tỉ lệ DVB/ST= 2/1 63

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH tới dung lượng hấp phụ 65

Hình 3.15 Đồ thị xác định Qmax đối với phenol 67

Hình 3.16 Đồ thị xác định nồng độ phenol thoát ra sau quá trình hấp phụ 68

Hình 3.17 Đồ thị xác định nồng độ phenol thoát ra sau quá trình hấp phụ 69

Hình 3.18 Đồ thị xác định nồng độ phenol thoát ra sau quá trình hấp phụ 70

Họ và tên học viên: Ngọc Thị Mơ

đo phổ hồng ngoại IR, kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiệt DSC-TGA, xác định diện tích bề mặt bằng phương pháp BET… Đây là loại vật liệu mới hiện tại đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu bởi độ bền, độ tách lọc cao và quan trọng hơn là

dễ tái sinh và tái sử dụng lại nhiều lần Trong thành phần cấu trúc của vật liệu polyme xốp chứa các vòng thơm nên thuận lợi cho việc xử lý và hoạt hóa bề mặt bằng các phản ứng thế vòng thơm Chính điều này làm cho vật liệu polyme xốp cấu trúc nano có khả năng ứng dụng rộng cho việc xử lý nước thải chứa các loại dung môi hữu cơ khác nhau, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ mạch vòng khó xử lý trong

môi trường Đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý phenol và các dẫn xuất của chúng trong môi trường nước” không những có ý nghĩa về mặt khoa học, tính ứng dụng thực tiễn

trong việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm, đảm bảo chất lượng nước theo yêu cầu mà còn có ý nghĩa lớn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường hiện nay

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra mạnh mẽ, làm cho nền kinh tế cũng như mọi mặt của cuộc sống xã hội thay đổi từng ngày Tuy nhiên, bên cạnh những hoạt động tích cực mà kinh tế mang lại vẫn tồn tại những ảnh hưởng không tốt đến môi trường, xã hội Sự phát triển đó gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm nguồn nước nói riêng mà trong đó ô nhiễm chất hữu cơ trong nguồn nước đang có chiều hướng gia tăng mạnh mẽ

Ô nhiễm nguồn nước là một trong những vẫn đề nghiêm trọng và cấp bách không chỉ ở một vài quốc gia mà trên toàn thế giới đang ngày càng đe dọa đến cuộc sống nhân loại Các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, dầu mỏ, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, dệt nhuộm thải ra môi trường nhiều loại các hợp chất hữu cơ có chứa vòng thơm phức tạp và độc hại, đặc biệt là phenol, anilin và các dẫn xuất của chúng tồn tại ở những dạng rất khó xử

lý làm cho nguồn nước bị ô nhiễm, có màu sắc và mùi vị khó chịu gây tác động xấu đến sức khoẻ con người Do vậy việc xử lý và loại bỏ các loại chất gây ô nhiễm này

là hết sức cần thiết và cấp bách

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phương pháp và công nghệ xử lý các hợp chất hữu cơ hiệu quả về mặt chất lượng, tuy nhiên chi phí xử lý cao nên rất khó áp dụng thực tế Các phương pháp loại bỏ hữu cơ trong nước bao gồm: quá trình hấp phụ, quá trình oxy hóa hóa học, và thẩm thấu qua màng lọc Trong đó quá trình hấp phụ, sử dụng vật liệu hấp phụ được quan tâm và sử dụng rộng rãi cho việc loại bỏ các chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy Một số phương pháp xử lý phenol đã được áp dụng: phân hủy nhiệt, sử dụng các vật liệu hấp phụ hay bùn hoạt tính có vi sinh vật để phân giải phenol

Hấp phụ là một trong những biện pháp hiệu quả nhất trong việc xử lý nước So với các phương pháp xử lý nước khác, phương pháp hấp phụ dễ thực hiện, không phát sinh chất độc hại trong suốt quá trình xử lý và ngoài ra phương pháp còn có thể loại bỏ gần như tất cả các chất ô nhiễm trong nước [2], Các loại dung môi hữu cơ

trong nước là các chất gây ô nhiễm trong nước rất khó xử lý có thể xử lý theo cơ chế hấp phụ Để xử lý các loại dung môi hữu cơ trong nước, vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano hoàn toàn có thể đáp ứng được

Vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano là loại vật liệu mới hiện tại đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu bởi độ bền, độ tách lọc cao và quan trọng hơn là

dễ tái sinh và tái sử dụng lại nhiều lần Thành phần và cấu trúc của vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano tương tự như các loại nhựa trao đổi ion Về kích thước,

sự phân bố mao quản nano và diện tích bề mặt riêng của vật liệu polyme xốp có thể

dẽ dàng điều khiển thông qua phản ứng tổng hợp, biến tính hay hoạt hóa để có được các loại vật liệu có diện tích bề mặt riêng đủ lớn (từ vài trăm cho tới hàng ngàn

m2/gam) và đường kính mao quản thay đổi từ vài đến vài chục nm để phù hợp cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau [1], Chính vì vậy, vật liệu polyme xốp cấu trúc nano có khả năng ứng dụng rộng rãi cho việc xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải có chứa các dung môi hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ mạch vòng khó

xử lý trong môi trường

Xuất phát từ các lý do trên, với mục đích tìm ra biện pháp xử lý nước hiệu quả nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ có chứa mạch vòng độc hại trong nguồn nước, tôi

đề xuất chọn hướng đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc

mao quản nano, thử nghiệm khả năng xử lý phenol và các dẫn xuất của chúng trong môi trường nước” Đây là một vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa lớn trong việc xử

lý nguồn nước bị ô nhiễm, đảm bảo chất lượng nước theo yêu cầu và an toàn cho sức khoẻ con người

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng được quy trình tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên cơ sở copoly (divinyl benzen-styren) có diện tích bề mặt riêng lớn Thử nghiệm

và đánh giá được hiệu quả xử lý phenol và các dẫn xuất của phenol trong nước của vật liệu tổng hợp được

3 Nội dung luận văn

Nội dung luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Tổng quan tài liệu về vật liệu polyme, polyme xốp cấu trúc mao quản nano, thử nghiệm xử lý phenol và các dẫn xuất của phenol trong môi trường nước

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên cơ sở copoly (P.divinyl benzen-styren) để thu được vật liệu

có diện tích bề mặt riêng lớn (>350m2/g)

Tổng hợp vật liệu, nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp để tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano (tỷ lệ thành phần monome tham gia phản ứng, chất khơi mào, chất xúc tác, chất tạo huyền phù, nhiệt độ, thời gian, áp suất )

Phân tích đặc trưng cấu trúc, xác định tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu tạo ra (khối lượng riêng, nhiệt độ chảy mềm, độ xốp, diện tích bề mặt, thể tích mao quản, kích thước và sự phân bố mao quản )

Nghiên cứu quá trình lọc, hấp phụ và giải hấp của vật liệu đối với các loại dung môi hữu cơ có chứa phenol và các dẫn xuất của phenol

Nghiên cứu thử nghiệm đánh giá khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu polyme xốp để xử lý phenol và các dẫn xuất của phenol trong nước thải

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Trình bày các kết quả nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp, khảo sát và tối

ưu các điều kiện tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên cơ sở copoly (divinylbenzen-styren) Phân tích đánh giá, đặc trưng cấu trúc tính chất của vật liệu Từ đó, rút ra các kết luận phân tích và đánh giá tổng hợp chế tạo vật liệu polyme xốp cũng như thử nghiệm đánh giá khả năng thử nghiệm ứng dụng của vật liệu để xử lý phenol và dẫn xuất phenol trong môi trường nước

Cuối cùng là phần kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phần phụ lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ứng dụng để xử lý phenol

1.1.1 Tình hình nghiên cứu về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên

thế giới

Vật liệu polyme xốp, cấu trúc mao quản nano là loại vật liệu mới hiện tại đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu bởi khả năng ứng dụng rộng rãi cho việc xử lý nước thải, xử lý và thu hồi kim loại nặng, ứng dụng để tách chiết các sản phẩm tự nhiên, hay sử dụng trong lĩnh vực Y dược để tổng hợp, tinh chế thuốc hoặc thu hồi thuốc kháng sinh

Trên thế giới vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano đã được nghiên cứu

và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ như: Aniela leistner và cộng sự đã sử dụng polyme xốp cấu trúc mao quản trong việc lọc máu, [17]; Ziwei Tang, Shaofeng Li

và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp copoly (styren-divinylbenzen) xốp, cấu trúc mao quản nano ứng dụng để hấp thụ thu giữ hydro [18]; Hãng Polymerics của CHLB Đức đã nghiên cứu tổng hợp một số chủng loại polyme hấp phụ có khả năng tách Bilirubin trong máu cao và hứa hẹn sẽ được sử dụng trong y học; Hossein Eisazadeh và cộng sự đã nghiên cứu quá trình tổng hợp vật liệu compozit của polyanilin với chất mang là các oxit Fe2O3 và CoO kích cỡ nano có sử dụng propylxenlulozo làm chất bề mặt [19] Hai nhà khoa học Lijuan Zhang và Meixiang Wan cũng đã nghiên cứu tổng hợp ống nano compozit từ Polyaniline và TiO2 [20]; R.K.Gupta và cộng sự (Ấn Độ) đã nghiên cứu hấp phụ ion thủy ngân trong nước thải của vật liệu compozit chế tạo từ polyanilin và polystyrene [21] Cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu dùng polyme hấp phụ để lọc máu thay thế chức năng của gan (polymerics - CHLB Đức), tách Albumin (Thổ Nhĩ Kỳ) Việc ứng dụng vật liệu này trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm và các loại nước thải chứa các dung môi hữu cơ độc hại cũng rất phổ biến

1.1.2 Tình hình nghiên cứu về vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ở trong nước

Về nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu polyme xốp, cấu trúc mao quản nano trong nước hiện nay còn khá mới mẻ, ít được quan tâm Tuy vậy cũng đã có một số công trình nghiên cứu thăm dò và đã đạt được một số kết quả nhất định là đã tổng hợp được vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano và định hướng ứng dụng

để tách các hoạt chất có giá trị kinh tế cao, điển hình như: Nghiên cứu tổng hợp Polyme hấp phụ ứng dụng để tách các loại hoạt chất có giá trị cao của viện hóa học công nghiệp do TS Mai Văn Tiến là chủ nghiệm [1]; Tổng hợp, nghiên cứu vật liệu hấp phụ compozit từ polyaniline và các phụ phẩm nông nghiệp hướng đến ứng dụng

xử lý môi trường của trường Đại học Thái Nguyên do TS Bùi Minh Quý làm chủ nhiệm [2]; Nhóm tác giả Viện công nghệ môi trường với hướng nghiên cứu

“Nghiên cứu chế tạo bộ dụng cụ lọc ceramic xốp cố định nano bạc dùng cho mục đích làm sạch nước quy mô gia đình” [3]; Nhóm các tác giả tại Trường Đại học KHTN- ĐHQGHN với định hướng nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu nano của một số kim loại và nano oxít kim loại như (Ag, Fe, TiO2, CeO2, MnO ) trong việc

xử lý môi trường nước Cũng có một số Trường và Viện nghiên cứu trong nước hiện nay đã tiến hành nghiên cứu sử dụng cacbon nanotube trong việc sử xử nước thải chứa các dung môi hữu cơ chứa vòng thơm độc hại [1]

Do đó, việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme xốp, cấu trúc nano ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt hiện nay là cần thiết, có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tế ứng dụng

1.2 Tổng quan về vật liệu hấp phụ, vật liệu polyme xốp

1.2.1 Tổng quan về quá trình hấp phụ

a) Quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ là quá trình chứa vật chất các phân tử khí, hơi hoặc các phân

tử, ion chất tan lên bề mặt phân cách pha Bề mặt phân cách pha có thể là pha rắn - lỏng, pha rắn - khí Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ

Tùy theo bản chất lực tương tác mà nguời ta có thể chia hấp phụ thành 2 loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [8]

 Hấp phụ vật lý

Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực Van der Walls yếu Ðó là tổng hợp của nhiều loại lực khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định huớng Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hoá học (không tạo thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ Do vậy, trong quá trình hấp phụ vật lý không có sự biến dổi dáng kể cấu trúc diện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn, nang luợng tuong tác thuờng ít khi vuợt quá 10 kcal/mol, phần nhiều từ 3 ÷ 5 kcal/mol và nang luợng hoạt hóa không vuợt quá 1 kcal/mol

Hấp phụ vật lý có thể dễ dàng tái sinh vật liệu sau quá trình hấp phụ mà bản chất vật liệu không thay đổi, tốc độ hấp phụ diễn ra nhanh Tuy nhiên quá trình diễn

ra chậm hơn hấp phụ hóa học, không có tính chọn lọc cao và tốn chi phí cho việc hoàn nguyên vật liệu, thường được ứng dụng thực tế để hấp phụ hơi nước bằng silicagen, than hoạt tính hấp phụ SO2, CO…[11]

 Hấp phụ hóa học

Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học khi dó là lực liên kết hóa học thông thuờng (liên kết ion, cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học tương đương với nhiệt phản ứng hóa học và có thể đạt tới giá trị 100 kcal/mol Cấu trúc điện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ dều có sự biến dổi sâu sắc, tạo thành liên kết hóa học

Hấp phụ hóa học có tốc độ hấp phụ nhanh và có tính chọn lọc với chất bị hấp phụ, tuy nhiên chi phí vật liệu hấp phụ hóa học cao và không có khả năng hoàn nguyên, được ứng dụng thực tế để hấp phụ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi bằng

Al2O3-zeolit [11]

Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tuong dối

vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra dồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

b) Hấp phụ trong môi trường nước

Trong môi trường nước, sự tương tác giữa một chất hấp phụ và một chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra ở cặp đó Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước [8]

Khả năng hấp phụ của chất tan lên chất hấp phụ còn phụ thuộc vào tính tương đồng giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ về độ phân cực: chất không phân cực (chất hữu cơ) hấp phụ tốt trên các chất hấp phụ không phân cực và ngược lại So với quá trình hấp phụ trong pha khí thì quá trình hấp phụ trong pha lỏng xảy ra chậm hơn do quá trình chuyển khổi khuyếch tán chậm [8]

c) Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là quá trình tách chất hấp phụ trên bề mặt chất rắn ra ngoài dung dịch Ðây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi dối với quá trình hấp phụ [8]:

- Giảm hàm lượng chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ đối với hấp phụ vật lý

- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của môi trường

- Tăng nhiệt độ làm lệch hệ số cân bằng: làm yếu tương tác giữa chất hấp phụ

và chất bị hấp phụ

- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ cũ

- Sử dụng tác nhân vi sinh vật để phục vụ quá trình giải hấp phụ

d) Dung luợng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ

C0, C: nồng dộ ban dầu và nồng dộ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l)

V: thể tích dung dịch (l) m: khối luợng chất hấp phụ (g)

m: khối luợng chất hấp phụ (g)

 Dung lượng hấp phụ cực đại

Dung lượng hấp phụ là lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng

Dung lượng hấp phụ cực đại là lượng chất bị hấp phụ tối đa trên một đơn vị chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng Phương trình tính toán dung lượng hấp phụ cực đại:

Q = Qmax

Trong đó:

- Q, Qmax: Dung lượng hấp phụ và dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

- Ct: Nồng độ dung dịch tại thời điểm cân bằng (mg/l)

- b: Hệ số phương trình hấp phụ (xác định từ thực nghiệm)

Xác định hằng số b Phương trình trên được chuyển về dạng

Đường biểu diễn phụ thuộc vào C Đường biểu diễn tọa độ và C cắt trục tung tại A ta có:

Hiệu suất hấp phụ (H) là tỉ số giữa nồng dộ dung dịch bị hấp phụ (C) và nồng

dộ dung dịch ban dầu C0:

H = * 100 (%) [8]

e) Ðộng học hấp phụ

Ðối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau: giai đoạn khuếch tán trong dung dịch, giai đoạn khuếch tán màng, giai đoạn khuếch tán trong mao quản, giai đoạn hấp phụ thực sự

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi truờng nuớc, quá trình khuếch tán thuờng chậm và đóng vai trò quyết dịnh Tốc độ của một quá trình hấp phụ duợc xác định bởi sự thay đổi nồng độ của chất bị hấp phụ theo thời gian [11]

 Phương trình động học hấp phụ

Các tham số động học hấp phụ rất quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng chất hấp phụ Tuy nhiên, các tham số động học thực rất khó xác định vì quá trình hấp phụ khá phức tạp, bị ảnh hưởng nhiều yếu tố như khuếch tán, bản chất cấu trúc xốp, thành phần hóa học của chất hấp phụ… Do đó hiện nay người ta thường ứng dụng phương trình động học hình thức để xác định các hằng số tốc độ biểu kiến

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren:

Dạng tích phân của phương trình trên là:

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:

Dạng tích phân của phương trình này là:

Trong đó:

qe: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g), qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g),

k1: hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất biểu kiến (phút-1),

k2: hằng số tốc độ hấp phụ bậc hai biểu kiến (g.mg-1.phút-1)

Từ các phương trình trên, có thể xác định được giá trị thực nghiệm của q theo

t và tính được hằng số tốc độ hấp phụ biểu kiến k1, k2 Giá trị của hằng số tốc độ biểu kiến là một trong các thông số để so sánh giữa các chất hấp phụ đối với cùng một chất bị hấp phụ

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir [1]

Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc giữa dung lượng hấp phụ tại thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch (hay áp

suất riêng phần trong pha khí) tại thời điểm đó Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào dung dịch chất bị hấp phụ có nồng độ đã biết Sau một thời gian xác định nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch Tuỳ theo bản chất của quá trình hấp phụ mà người ta đưa ra các dạng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau để mô tả quá trình hấp phụ đó Để mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân

tử trên bề mặt vật rắn, người ta thiết lập phương trình Langmuir trên các giả thiết sau:

- Các phần tử được hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ

- Sự hấp phụ là chọn lọc

- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau

- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng, nghĩa là sự hấp phụ xảy ra trên bất kì chỗ nào, nhiệt hấp phụ là một giá trị không đổi

- Giữa các phần tử trên lớp bề mặt và bên trong lớp thể tích có cân bằng động học nghĩa là ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng:

Trong đó:

qhp: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g),

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g),

b: hằng số, Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm t (mg/l) Khi b.Cf << 1 thì q = qmax.b.Cf mô tả vùng hấp phụ tuyến tính, khi b.Cf >> 1 thì q = qmax mô tả vùng bão hòa hấp phụ

Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình trên

về phương trình đường thẳng:

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc Cf/q vào Cf sẽ xác định được các hằng số (b, qmax) trong phương trình: tgα = 1/qmax; ON = 1/b.qmax

Hình 1.2 Đường hấp phụ Langmuir và sự phụ thuộc C f /q vào C f

Một thiết bị chứa chất bị hấp phụ gọi là cột hấp phụ Một dòng chất (lỏng, khí) chứa chất bị hấp phụ duợc dua liên tục vào cột Chất bị hấp phụ duợc giữ lại trong cột và chỉ xuất hiện ở phía dầu ra khỏi cột khi chất hấp phụ dã bão hòa dung luợng Mục tiêu thực tiễn của nghiên cứu dộng lực hấp phụ là xác dịnh (thiết kế) duợc thời gian hoạt dộng của một cột hấp phụ từ các số liệu thực nghiệm, dánh giá sự hao hụt dung luợng hấp phụ khi sử dụng phuong pháp dòng chảy

Dựa vào mối quan hệ giữa nồng dộ của chất bị hấp phụ tại thời diểm ban dầu (C0) và tại thời điểm t (C) vào thời gian, nguời ta dã đưa ra một số mô hình hấp phụ cho hệ hấp phụ động, như: Mô hình Clack, Thomas, Bohart – Adams; Yoon – Nelson, Wang, Wolborska [9]

1.2.2 Đặc điểm, phân loại và tính chất một số vật liệu hấp phụ

Khoa học công nghệ phát triển, ngày nay các loại vật liệu hấp phụ ngày càng được nghiên cứu và sử dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội Một

số loại vật liệu hấp phụ ứng dụng phổ biết nhất là: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, tro, oxit nhôm, zeolite [1.2,16]…

a) Phân loại vật liệu hấp phụ

Vật liệu hấp phụ được chia ra làm hai loại: vật liệu hấp phụ có cực và vật liệu hấp phụ không cực

Vật liệu hấp phụ có cực: trên bề mặt vật liệu xảy ra quá trình hấp phụ hóa học nhưng không làm thay đổi cấu trúc phân tử chất bị hấp phụ cũng như cấu trúc bề mặt vật liệu hấp phụ Ví dụ: silicagel và zeolites

Vật liệu không cực: trên bề mặt chủ yếu xảy ra hiện tượng hấp phụ vật lý Ví

dụ các loại than hoạt tính và graphite Vật liệu mà trên bề mặt chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học và quá trình đó làm thay đổi cấu trúc của phân tử khí

b) Đặc điểm của các chất hấp phụ

Các chất hấp phụ thường là vật liệu có dạng hạt kích thước từ 0,1-10mm có độ rỗng lớn hình thành do nhưng mao mạch quản li ti nằm bên trong vật liệu Số lượng mao quản lớn nên bề mặt tiếp xúc của vật liệu rất lớn

Tùy thuộc vào thành phần hóa học mà vật liệu hấp phụ có một số tính chất riêng của chúng

c) Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của vật liệu

Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của vật liệu gồm có: bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, thời gian, áp suất

Thời gian tiếp xúc giữa chất rắn và chất hòa tan khi cân bằng có sự trao đổi động lực giữa các phân tử của pha hấp phụ và các phân tử ở lại trong dung dịch

Áp suất của chất khí (nếu chất lỏng là áp suất thủy tĩnh): áp suất tăng hấp phụ tăng

Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự linh động của các phân tử, phân tử càng linh động càng khó để thực hiện hấp phụ chúng (giữ vào bề mặt hấp phụ) Nhiệt độ tăng thì bề mặt chất hấp phụ cũng tăng (chắc chắn là không nhiều) điều này có lợi cho cả hấp phụ và nhả hấp phụ

Bản chất chất hấp phụ và bị hấp phụ: với chất hấp phụ chính là bề mặt hấp phụ, được đặc trưng bằng đại lượng bề mặt riêng (m2/g) Bề mặt riêng càng lớn hấp phụ càng tốt Còn với chất bị hấp phụ chính là việc sự tương thích với chất hấp phụ

d) Một số loại vật liệu hấp phụ đang sử dụng hiện nay

Hiện nay có một số loại vật liệu hấp phụ đang được ứng dụng để xử lý chất ô nhiễm: than hoạt tính, Silica gel, Zeolit, Bentonit và vật liệu polyme xốp

 Than hoạt tính

Than hoạt tính là chất chủ yếu gồm nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình Than hoạt tính thường thu được từ than củi và thỉnh thoảng là than sinh học Những loại than có nguồn gốc từ than đá hay cốc thì được gọi là than đá hoạt tính hoặc cốc hoạt tính Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng từ 500 đến 2.000m2/g

Than hoạt tính được sử dụng trong tinh chế khí, thức uống không chứa caffein, tinh chế quặng vàng, thu hồi kim loại, làm tinh khiết nước, sử dụng trong y tế, xử lý chất thải trong môi trường nước và khí, lọc không khí trong mặt nạ phòng độc và

khẩu trang

 Silica gel

Silica gel là một chất rất sẵn có trong tự nhiên Silica gel thực chất là đioxit

silic, ở dạng hạt cứng và xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt) Công thức hóa học đơn giản của nó là SiO2.nH2O (n<2) Đó là chất rắn có lỗ xốp nhỏ, dạng cục hoặc viên hình cầu tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt khi điều chế, có loại trong suốt như thuỷ tinh, có loại đục Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20 - 60%, đường kính lỗ xốp khoảng 3 - 10 nm, bề mặt riêng 200 - 800 m2/g thường là khoảng 800 m2/g

Hạt Silicagel có khả năng hút nước mạnh nên được sử dụng làm chất chống

ẩm, ngoài ra với đặc tính xốp còn được dùng làm chất mang xúc tác hay chất hấp

phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc ký Loại hạt silicagel dùng để hút ẩm khác loại dùng làm chất nhồi trong cột sắc ký

 Zeolit

Zeolit là khoáng chất silicat nhôm (aluminosilicat) của một số kim loại có cấu trúc vi xốp với công thức chung: Me2xO.Al2O3.nSiO2.mH2O Zeolit tự nhiên được hình thành từ sự kết hợp giữa đá và tro của núi lửa với các kim loại kiềm có trong nước ngầm Zeolit nhân tạo được tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên, biến tính các aluminosilicat là các khoáng phi kim loại như cao lanh, bentonit hoặc tổng hợp trực tiếp từ các silicat và aluminat

Zeolit được ứng dụng để hấp phụ các khí độc, tách các kim loại nặng và amoni, các hợp chất hữu cơ trong nước thải và nước sinh hoạt Zeolit còn có khả năng lọc các chất huyền phù, hạt keo có nguồn gốc vô cơ hữu cơ Ngoài ra còn có khả năng lọc vi

khuẩn

 Bentonit

Bentonit là một loại khoáng sét tự nhiên có thành phần chính là montmorillonit

có công thức là Al2O3.4SiO2.nH2O và thêm một số khoáng sét khác Bentonit có tính trương nở, trao đổi ion và hấp phụ nên được ứng dụng để khử trùng nước, nhất

là nước có độ đục cao, xử lý hiệu quả các chất hữu cơ, hợp chất cao phân tử trong

nước thải và nước sinh hoạt

 Vật liệu hấp phụ polyme xốp

Vật liệu hấp phụ polyme xốp là một vật liệu mới, có độ bền độ tách lọc cao, và

dễ dàng tái sử dụng lại nhiều lần.Về kích thước, sự phân bố mao quản nano và diện tích bề mặt riêng của vật liệu polyme xốp có thể dễ dàng điều khiển thông qua phản ứng tổng hợp, biến tính hay hoạt hóa để có được các loại vật liệu có diện tích bề mặt riêng đủ lớn (từ vài trăm cho tới hàng ngàn m2/gam) và đường kính mao quản thay đổi từ vài đến vài chục nm phù hợp cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau [1,22]

Để tổng hợp vật liệu copolyme xốp từ mono divinylbenzen và styrene có thể áp dụng công nghệ đồng trùng hợp mạch gốc là: trùng hợp khối, trùng hợp trong dung

dịch, trùng hợp huyền phù và trùng hợp nhũ tương Polyme cấu trúc lỗ xốp của copoly(divinylbenzen- styren) (DVB-ST) đã được Erol Erbay và Okay.O.U nghiên cứu tổng hợp Nghiên cứu cho thấy cấu trúc xốp mao quản của copoly (DVB-ST) với hàm lượng tỷ lệ DVB khác nhau được điều chế trong sự có mặt của hỗn hợp dung môi cyclohexanol – toluene, các lỗ xốp có bán kính khoảng 100 nm, tương ứng với các khe

hở giữa các vi cấu trúc Độ lớn của cấu trúc lỗ xốp tăng khi có sự tương tác giữa polyme- với dung môi pha loãng trong quá trình hình thành gel tăng lên cùng với mật

độ tạo liên kết ngang [1,22]

Bản chất vật liệu polyme xốp là nhựa nhiệt dẻo do đó cũng có thể sử dụng công nghệ gia công chế biến nhựa nhiệt dẻo hiện nay để biến tính Theo công nghệ này người ta sử dụng các tác nhân biến tính dưới dạng phân tán các chất phụ gia là các loại bột nano như: (cacbon nanotube, graphen, graphen oxit, nano TiO2, CeO2, MnO ) để làm tăng khả năng ứng dụng của vật liệu đặc biệt là vấn đề xử lý nước thải chứa các loại dung môi hữu cơ độc hại [22]

Cơ chế hình thành các cấu trúc polyme xốp của vật liệu được xác định bởi sự thay đổi trong trạng thái tổng hợp của môi trường phân tán và sự xuất hiện của danh bạ giai đoạn giữa các hạt polymer Vật liệu polyme xốp tổng hợp hình thành các lớp của các chất hấp phụ, có thể thay đổi cấu trúc lỗ chân lông trong phạm vi rộng Trong vật liệu polyme xốp có chứa các tạp chất hòa tan trong nước, tạo ra chất điện với nhiệt độ cao dẫn Các độ xốp của vật liệu polime cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất điện môi theo hướng xấu đi do độ ẩm sorption nhựa từ không khí tích lũy vào trong thiêu kết bột [22]

Vật liệu hấp phụ polyme xốp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: hấp phụ các chất ô nhiễm kim loại nặng, chất hữu cơ trong nước thải, nước cấp sinh hoạt; hấp phụ tách các hoạt chất có giá trị như: kim loại quý, các chất kháng sinh hiếm

1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu polyme hấp phụ

1.3.1 Cơ chế tổng hợp vật liệu polyme bằng phương pháp trùng hợp gốc tự do

Phương pháp tổng hợp polyme thường dùng nhất là trùng hợp sử dụng các chất khơi mào tạo gốc tự do bao gồm 3 giai đoạn: khơi mào, ngắt mạch và phát triển mạch [1,9,22]

a) Giai đoạn khơi mào

Mục đích của giai đoạn khơi mào là tạo thành các gốc tự do ban đầu cần thiết, làm trung tâm cho các phản ứng để phát triển mạch phân tử Tuỳ theo bản chất của từng phương pháp dùng để tạo gốc tự do ban đầu mà chúng ta phân biệt 4 trường hợp sau:

 Khơi mào nhiệt

Sử dụng nhiệt để tạo gốc tự do Sự tạo gốc tự do xem như là quá trình mở liên kết đôi tạo nên 1 lưỡng gốc:

là 0,12% Vì thế phương pháp này không có ý nghĩa trong thực tế

 Khơi mào quang hóa

Dưới tác dụng của tia tử ngoại, monome sẽ chuyển sang trạng thái kích thích,

va chạm với một phân tử monome khác tạo thành lưỡng gốc và do sự đứt không cân đối tạo thành 2 gốc tự do

Sự tạo thành gốc tự do bằng phương pháp khơi mào quang hoá xảy ra do sự hấp thụ trực tiếp lượng tử năng lượng, nên có thể tiến hành trùng hợp ở nhiệt độ thấp, mà ở nhiệt độ này các phương pháp khác không tiến hành trùng hợp được Trùng hợp quang hoá có tính chọn lọc cao Tuỳ theo bản chất của monome mà chúng ta phải chọn ánh sáng có bước sóng thích hợp Ví dụ khi trùng hợp quang hoá MMA nếu ánh sáng có bước sóng ≥ 2000Ao thì mới xảy ra sự trùng hợp

 Khơi mào bức xạ

Ở mức độ chuyển hoá thấp thì trùng hợp bức xạ tuân theo những quy luật của trùng hợp quang hoá nhưng ở những giai đoạn chuyển hoá sâu hơn thì cơ chế trở nên phức tạp Khi người ta dùng các tia bức xạ như tia α, β, tia Rơnghen, dòng điện

tử gia tốc tác dụng lên monome thì sẽ tạo thành các gốc tự do hoạt động khơi mào cho quá trình trùng hợp

Một ưu điểm của phương pháp này là người ta có thể điều chế các polyme từ những monome ít có khả năng trùng hợp như allialcol: CH2=CH−CH2−OH, các monome hữu cơ nguyên tố và các hợp chất nitril, izôxianat Các sản phẩm thu được từ phương pháp này không có chất khơi mào nên được ứng dụng trong y học

và kỹ thuật điện tử

 Khơi mào hóa chất

Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu và sản xuất Người ta sử dụng các hợp chất có chứa các liên kết kém bền như peoxyt (−O−O−), các hợp chất azô (− N=N−) dễ bị phân huỷ tạo thành các gốc tự do ở nhiệt độ không cao lắm và được gọi là chất khơi mào Chất khơi mào thường sử dụng nhất đó là benzoin peroxit

H5C6 CHO

C6H5 CO2

2 -+

Chất khơi mào này được dùng nhiều trong nghiên cứu vì có thể đánh giá được hoạt tính của monome tham gia phản ứng Nếu monome có hoạt tính rất mạnh thì

nó sẽ tham gia phản ứng ngay với gốc (A) vừa được sinh ra, nếu có hoạt tính trung bình thì nó sẽ phản ứng với cả hai gốc (A) và (B) nhưng nếu monome có hoạt tính yếu thì nó chỉ phản ứng với gốc (B) Như vậy bằng cách định lượng CO2 sinh ra trong quá trình phản ứng mà ta có thể đánh giá được hoạt tính của monome

b) Giai đoạn phát triển mạch

Ở giai đoạn này xảy ra một loạt những bước cộng hợp liên tục các monome vào gốc đang phát triển Mỗi bước cộng hợp như vậy tạo thành một gốc mới có kích thước lớn hơn gốc cũ một nhóm monome

Kết quả là giai đoạn phát triển mạch sẽ tạo thành các gốc có kích thước rất lớn, hay được gọi là các đại gốc Tốc độ của phản ứng phát triển mạch rất lớn, quá trình sẽ dừng lại bằng những phản ứng ngắt mạch làm mất đi các đại gốc đang phát triển

c) Giai đoạn ngắt mạch

Sự ngắt mạch là quá trình bão hoà các điện tử tự do của gốc đang phát triển (đại gốc) làm mất đi các gốc tự do trong hệ Tuỳ thuộc vào bản chất và điều kiện của phản ứng mà cơ chế của sự ngắt mạch có thể là kết quả của một hay nhiều quá trình sau: các đại gốc tương tác với nhau theo hai hướng (tái kết hợp hoặc tái phân bố), gốc tự do từ chất khơi mào kết hợp với đại gốc, các chất ức chế kết hợp với đại gốc

1.3.2 Các phương pháp tổng hợp polyme theo phương pháp trùng hợp gốc tự do

Để tổng hợp vật liệu polyme xốp từ styren và divinylbenzen có thể áp dụng công nghệ đồng trùng hợp mạch gốc là đồng trùng hợp khối, trùng hợp trong dung dịch, trùng hợp huyền phù và trùng hợp nhũ tương Sự phân bố mao quản và diện tích

bề mặt riêng của vật liệu polyme xốp có thể kiểm soát thông qua phản ứng tổng hợp hay hoạt hóa bằng nhiều tác nhân khác nhau để có được các loại vật liệu có diện tích bề mặt riêng đủ lớn (từ vài trăm cho tới hàng ngàn m2/gam) và đường kính mao quản thay

đổi từ vài chục đến vài trăm nm để phù hợp cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau [1,18]

a) Trùng hợp khối

Là phương pháp tiến hành trùng hợp monome ở pha ngưng tụ không dùng dung môi Sản phẩm là một khối polyme rắn có hình dạng của bình phản ứng Chất khơi mào thường sử dụng là peoxyt hữu cơ

Ưu điểm: Phương pháp đơn giản, polyme sạch Ứng dụng để sản xuất thủy tinh hữu cơ, các sản phẩm đơn giản

Nhược điểm: Độ nhớt cao gây ảnh hưởng cho quá trình thoát nhiệt, do đó ở những vị trí khác nhau hệ có nhiệt độ khác nhau điều này làm cho polyme không đồng nhất về khối lượng phân tử và sản phẩm có độ đa phân tán cao Biện pháp khắc phục ngược điểm này người ta thường tiến hành trùng hợp khối với tốc độ nhỏ và một thể tích không lớn lắm

b) Trùng hợp dung dịch

Là phương pháp tiến hành trùng hợp các monome trong dung môi còn các polyme có thể tan hoặc không tan Trường hợp nếu polyme tạo thành tan trong dung môi thì thuận lợi nhất là người ta sử dụng luôn dung dịch polyme thu được đó làm dung môi ví như: quá trình chế tạo vecni và keo dán Nếu tách polyme trong dung dịch có thể dùng một trong 2 cách đó là phương pháp kết tủa bằng các dung môi khác không hòa tan polyme tạo thành hoặc phương pháp chưng cất để loại bỏ dung môi

Ưu điểm: Phương pháp này dễ tiến hành

Nhược điểm: Công đoạn tách polyme khỏi dung dịch khá khó khăn

c) Trùng hợp nhũ tương

Phương pháp này sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp Trong quá trình trùng hợp nhũ tương thường sử dụng nước làm môi trường phân tán, tạo nhũ tương Hàm lượng monome vào khoảng 30-60%, được phân bố đều trong hệ Hệ nhũ tương thường không bền nên người ta thường thêm vào chất nhũ hóa để tăng cường

sự tạo nhũ và tính bền vững của nhũ tương Các chất nhũ hóa thường dùng là xà

phòng oleat, palmitat, laurat của kim loại kiềm Phân tử chất nhũ hóa có cấu tạo mạch hydrocacbon dài không phân cực, trong dung dịch chúng tạo thành những mixen

Ưu điểm: Trùng hợp nhũ tương xảy ra với tốc độ lớn ở nhiệt độ tương đối thấp, điều này cho phép thu được các polyme có phân tử lượng cao và ít đa phân tán

Nhược điểm: Cần sử dụng thêm chất nhũ hóa

d) Trùng hợp huyền phù

Là sự phân tán của monome dưới dạng hạt rất nhỏ (vài mm đến 0,1mm) trong một trường liên tục, thường là nước trưng cất, bằng phương pháp cơ học có chất ổn định Chất khơi mào được sử dụng là các peoxyt hữu cơ hoặc là các hợp chất azo và diazo tan trong monome Do diện tích tiếp xúc của hạt momome với môi trường lớn, vấn đề nhiệt không đặt ra dù với nồng độ monome lớn, đến khoảng 50% Các chất ổn định được sử dụng như genletin, tinh bột, rượu polyvinylic Kích thước các khối có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ khuấy và hàm lượng chất ổn định Các hạt tạo ra trong trùng hợp huyền phù thì lớn hơn trong trùng hợp nhũ tương

Phương pháp trùng hợp huyền phù có ưu điểm là cho sản phẩm khá tinh

khiết, có thể tách polyme ra khỏi môi trường phân tán bằng áp xuất thấp Tuy nhiên

cần sử dụng thêm chất ổn định huyền phù

Cách tổng hợp phổ biến vật liệu polyme xốp từ styren và divinylbenzen đó là trùng hợp huyền phù Ban đầu cho chất styren và divinylbenzen vào hệ phản ứng có chứa nước Chất hoạt động bề mặt giữ cho hệ được phân tán ổn định Khuấy trộn styren và divinylbenzen thành từng khối lớn, tăng tốc độ khuấy lớn hơn để hạt nhỏ hơn hình thành tăng tốc độ khuấy đến khi hạt hình thành có kích thước 1mm Thêm benzoin peroxit vào để quá trình polyme hóa diễn ra và hình thành các hạt nhỏ Divinylbenzen là tác nhân nối ngang làm cho hạt có độ cứng không có stiren hạt nhựa có thể hòa tan trong nước

Cấu trúc xốp mao quản của copolyme styren và divinylbenzen với hàm lượng tỷ

lệ divinylbenzen khác nhau được điều chế trong sự có mặt của hỗn hợp dung môi toluen hoặc xilen, các lỗ xốp có bán kính khoảng 100 nm, tương ứng với các khe hở giữa các vi cấu trúc Độ lớn của cấu trúc lỗ xốp tăng khi có sự tương tác giữa polyme với dung môi pha loãng trong quá trình hình thành gel tăng lên cùng với mật độ tạo liên kết ngang

1.3.3 Tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano trên cơ sở copolyme divinyl benzene-styren

Copolyme của divinyl benzene-styren được biết đến với nhiều liên kết ngang tạo ra polyme mạng lưới xốp cấu trúc mao quan và có diện tích bề riêng lớn Sản phẩm được tạo thành khi tiến hành phản ứng đồng trùng hợp giữa DVB với styrene

Độ xốp và cấu trúc của copolyme (S-DVB) với hàm lượng DVB khác nhau được điều chế với sự có mặt của hỗn hợp dung môi cyclohexanol - toluene Độ lớn của trúc lỗ xốp tăng khi sự tương tác polyme với dung môi pha loãng trong quá trình hình thành gel do sự tăng lên đồng thời cùng với mật độ tạo liên kết ngang

Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp copolyme divinyl benzene-styren

Để tăng khả năng hấp phụ của vật liệu trong quá trình tổng hợp người ta thường tiến hành đồng trùng hợp giữa divinyl benzen với các monome phân cực chọn lọc khác, bởi ngoài tính chất cấu trúc xốp trong mạng lưới của vật liệu tạo ra còn có các nhóm chức hoạt động làm tăng khả năng hấp phụ chọn lọc, ngoài ra dễ hoạt hóa

và biến tính bề mặt cũng như tăng khả năng ứng dụng hấp phụ của vật liệu Việc đưa các nhóm chức hoạt động vào cấu trúc của polyme có thể thực hiện bằng hai con đường trực tiếp và gián tiếp

1.4 Tổng quan về phenol

1.4.1 Giới thiệu về phenol

Phenol và các dẫn xuất của nó chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp hóa học Hàng năm thế giới sản xuất hơn 3,5 triệu tấn phenol Phenol và các axit cresylic và cresol được sử dụng để sản xuất nhựa phenol - focmaldehyt và photphat

- tricresyl phenol, alkyl-phenol và poly- phenol là các vật liệu quan trọng để sản xuất các hợp chất hữu cơ, chất màu, dược phẩm, chất hóa dẻo, chất chống oxi hóa,… Đi đôi với quá trình sản xuất đó, hàng năm trên thế giới đã thải ra một lượng đáng kể rác thải chứa phenol cũng như dẫn xuất của phenol

Phenol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C vòng benzen Công thức phân tử: C6H6O

Phenol (C6H5OH) là chất rắn không màu có mùi riêng biệt, có thể cảm nhận thấy mùi phenol khi nồng độ trong không khí khoảng 40ppp và trong nước khoảng 8ppm Phenol tan ít trong nước lạnh, tan vô hạn ở 660C, tan tốt trong etanol, ete và axeton, nóng chảy ở 430C và nhiệt độ sôi cao 1820C, dễ bắt lửa Trong quá trình bảo quản, phenol thường bị chảy rữa và thẫm màu dần do hút ẩm và bị oxi hóa bởi oxi không khí Đây là một hợp chất rất bền và độc, khi tiếp xúc với da sẽ gây bỏng Tính chất hóa học đặc trưng của phenol đó là: tác dụng với kim loại kiềm, dung dịch kiềm, phản ứng thế vào vòng benzen và phản ứng tạo nhựa phenolfomanđehit (gồm novolac, rezol và rezit)

1.4.2 Nguồn gốc phát sinh của phenol

Phenol có thể sinh ra qua 2 con đường tự nhiên và nhân tạo, được tìm thấy cả trong đất nước và không khí

Trong tự nhiên, phenol có trong một số loại thực phẩm như hải sản biển (tôm, cua, ốc cá) và nấm Phenol còn có trong các chất thải của con người và động vật hàm lượng phenol trong nước tiểu của con người có thể lên đến 40 mg/l Tuy nhiên nguồn phát sinh chủ yếu của phenol là nhân tạo Phenol được ứng dụng rất phổ biến

trong các lĩnh vực, nguồn thải phenol rất đa dạng

Trong nông nghiệp: phenol được dùng để điều chế dược phẩm, phẩm nhuộm, thuốc nổ (2,4,6 - trinitrophenol), chất kích thích sinh trưởng thực vật, chất diệt cỏ 2,4−D (axit 2,4-điclophenoxiaxetic), chất diệt nấm mốc (nitrophenol), chất trừ sâu

bọ, rất khó phân hủy và gây độc hại khi thải ra môi trường

Trong công nghiệp phenol được dùng để sản xuất poliphenolfomanđehit (dùng làm chất dẻo, chất kết dính), tổng hợp tơ polyamide, trong sản xuất khí đốt, trong ngành khai thác than, ngành công nghiệp hóa dầu, sản xuất thép, phát sinh khi sản xuất benzen…Phenol cũng là nguyên liệu để điều chế một số phẩm nhuộm, thuốc

nổ (axit picric)

Bảng 1.1 Nồng độ phenol trong nước thải của một số ngành công nghiệp

1.4.3 Ảnh hưởng của phenol tới con người và môi trường

a) Ảnh hưởng của phenol tới con người

Phenol có thể hấp thụ vào con người và động vật qua 3 con đường cơ bản là: hấp thụ qua con đường hô hấp, qua đường tiêu hóa và hấp thụ trực tiếp qua da Năm 1971, tại viện nghiên cứu Hà Lan Piostrowki đã tiến hành thí nghiện nghiên cứu sự hấp thụ của phenol trên cơ thể con người Các tình nguyện viên sẽ được tiếp xúc với phenol ở nồng độ từ 6-20 mg/m3 không khí trong 8h và kết quả cho thấy là phenol được hấp thụ qua con đường hô hấp từ 60-88% còn lại là tiếp xúc qua da Sau khi phenol vào cơ thể con người sẽ theo máu xâm nhập khắp cơ thể phân bố chủ yếu trong máu và các bộ phận như gan phổi thận Phenol là chất hữu

cơ có tác hại xấu tới sức khỏe con người, khi xâm nhập vào con người gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên

hệ thần kinh, hệ thống tim mạnh và máu

Nếu bị nhiễm phenol với liều lượng lớn, con người có thể bị nhiễm độc toàn thân gây co giật, hôn mê… Nếu nhiễm độc đường tiêu hóa từ 50 đến 500mg ở trẻ sơ sinh, và 1-5g ở người lớn sẽ gây tử vong Phenol được hấp thụ nhanh chóng từ phổi vào máu, có thể gây tử vong ở người lớn sau khi nuốt chửng từ 1 đến 32g Phenol còn là một chất độc cho bào thai (fetotoxic), nhưng không gây quái thai Các nhà khoa học đã chứng minh phenol có thể gây ra tổn thương cấu trúc não bộ Vì vậy, khi bị nhiễm độc phenol con người có các biểu hiện tăng động, tăng hung hãn, suy giảm khả năng học tập, dậy thì sớm, kích thích sự phát triển tuyến vú, rối loạn chu

kỳ sinh sản, bất thường buồng trứng, vô sinh

Mùi phenol khó chịu dễ phát hiện nên chúng ta tránh được ngay khi ngửi Nhiễm độc phenol hay gặp nhất là tiếp xúc trực tiếp lên da, mắt Ngay cả dung dịch phenol loãng từ 1% đến 2% cũng có thể gây bỏng nặng nếu tiếp xúc là kéo dài Độc tính do tiếp xúc ở da, mắt tương đương như khi hít phải Thường tử vong sau 30 phút tiếp xúc với da

Khi tiếp xúc với phenol bằng bất cứ đường nào cũng có thể bị nhiễm độc toàn thân Nhiễm độc toàn thân ảnh hưởng hệ thần kinh trung ương gây co giật, hôn mê

Đây là nguyên nhân chính gây chết trong nhiễm độc phenol Các triệu chứng khác gồm: buồn nôn, đau bụng, ói mửa, tiêu chảy, tăng methemoglobin máu, tan huyết,

vả mồ hôi, tụt huyết áp, loạn nhịp tim, phù phổi… Nếu nhiễm độc phenol lâu dài có thể gây suy thận

b) Ảnh hưởng của phenol tới môi trường

Phenol và dẫn xuất của nó có độc tính cao, khả năng phân hủy sinh học thấp (khó phân hủy sinh học), gây thiệt hại cho môi trường sống dưới nước Phenol tác động đến nước và mùi vị của nước, ngay cả với một lượng cực kỳ nhỏ Nói chung, việc xử lý nước chứa một hàm lượng phenol > 200 mg/l bằng kỹ thuật sinh học là rất khó Người ta thấy rằng xử lí ô nhiễm bằng sinh học có thể thực hiện hiệu quả khi nồng độ cực đại của phenol trong nước chỉ khoảng 50 - 70 mg/l Hiện nay, hầu hết các nguồn nước đều chứa lượng phenol cao hơn nhiều so với giới hạn nói trên (2000 - 3000 mg/l) Do đó, người ta phải tiến hành xử lý hóa học phenol đến mức

đủ thấp để xử lí sinh học hoặc hấp phụ…

Phenol gây độc đối với động vật thủy khi sinh khi nồng độ phenol lớn hơn 50 ppp Phenol và dẫn xuất của phenol có thể gây cho các loài cá mất phương hướng chuyển động, làm mất phản xạ trong điều chỉnh cân bằng cơ thể cuối cùng mất tính

năng bơi trong nước cá ngừng hô hấp và chết

Tháng 4 năm 2016 sự cố Formosa, đã gây ra thiệt hại nặng nề cho nền kinh tế của các tỉnh miền chung nói riêng và nước ta nói chung Theo thống kê của chính phủ số lượng hải sản chết khoảng 100 tấn, ảnh hưởng đến sinh thái biển 4 tỉnh miền trung nghiêm trọng Chính phủ xác định có tới trên 17.600 tàu cá và gần 41.000 ngư dân đã bị ảnh hưởng trực tiếp, trên 176.000 người phụ thuộc bị ảnh hưởng theo Trên 100 chuyên gia, nhà khoa học đầu ngành từ 30 cơ quan trong và ngoài nước đã

tổ chức thu thập, phân tích dữ liệu và xác định trong nguồn nước thải của Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà tĩnh có chứa các độc tố Phenol, Cyanua, Hydroxit sắt vượt quá mức cho phép Đây là những chất độc gây ra tình trạng cá chết hàng loạt tại 4 tỉnh miền Trung, Việt Nam

1.4.4 Các phương pháp xử lý phenol trong môi trường nước

Phương pháp sử dụng than hoạt tính để sử lý các hợp chất hữu cơ khá phổ biết tuy nhiên nó vẫn tồn tại một số ngược điểm như chịu ảnh hưởng của các yếu tố như

pH, sự có mặt của các ion Ca, Mg Quá trình giải hấp phụ cũng tương đối phức tạp

và tốn kém, tuổi thọ than hoạt tính bị giới hạn…

b) Phương pháp xử lý bằng các tác nhân oxy hóa mạnh

Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như H2O2, Cl-, hệ Fenton quang hóa… để oxy hóa phenol trong nước tạo ra nhưng sản phẩm hữu cơ ít ô nhiễm hoặc chuyển hóa triệt để thành CO2 và H2O Phương pháp này mới chỉ được tiến hành trong phòng thí nghiệm chưa được tiến hành trong thực tế

Phương pháp này tồn tại khá nhiều ngược điểm: tốn kém hóa chất, chi phí cao

và có thể tạo ra các chất gây ung thư, không hiệu quả khi nồng độ phenol lớn

c) Phương pháp xử lý bằng vật liệu xúc tác quang

Trong nhưng năm gần đây việc nghiên cứu vật liệu xúc tác quang ngày càng phổ biến Chất xúc tác quang hóa là những chất có khả năng biến thành chất oxi hóa cực mạnh khi có sự chiếu sáng của ánh sáng có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm của chất đó Những chất xúc tác quang đa số là các oxit của các kim loại chuyển tiếp như: TiO2, ZnO, WO3, FeTiO3, SrTiO3 Trong đó TiO2 là chất có khả năng xúc tác quang hóa mạnh nhất và được quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất.Vật liệu xúc tác quang có thể phân hủy các hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O