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

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI
…… ….***…………
PHẠM THỊ MINH
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH KHOÁNG HÓA
MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ HỌ AZO TRONG NƯỚC THẢI
DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON ĐIỆN HÓA
Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và hóa lí
Mã số: 62 44 01 19
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội - 2013
1
Công trình được hoàn thành tại: Viện Kỹ thuật nhiệt đới -
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Lê Hiền
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Đinh Thị Mai Thanh
Phản biện 1: PGS.TS. Mai Thanh Tùng
Phản biện 2: PGS.TS. Vũ Thị Thu Hà
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Thị Cẩm Hà
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại
Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam vào hồi 9 giờ 00’, ngày 20 tháng 5 năm 2014.
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
2
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Gần đây, quá trình công nghiệp hóa - đô thị hoá diễn ra mạnh mẽ, làm
cho vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Một trong những
ngành công nghiệp gây ô nhiễm cao là ngành dệt nhuộm. Với hàng ngàn

cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống, nước thải sau sản xuất hầu như
không được xử lý mà đổ thẳng ra ao hồ, sông ngòi gây ô nhiễm môi
trường. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm là chứa nhiều hợp chất hữu cơ,
đặc biệt là chất màu azo. Đây là loại hợp chất bền, khó phân huỷ và rất độc
hại. Nghiên cứu, xử lý nước thải chứa hợp chất azo là vấn đề quan trọng
nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con
người và môi trường sinh thái.
Có nhiều phương pháp xử lý chất hữu cơ độc hại như: phương pháp vật
lý, sinh học, hoá học Tuy nhiên, các phương pháp trực tiếp này còn
nhiều hạn chế. Trong thời gian gần đây, các phương pháp oxy hóa tiên tiến
đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Bản chất của
phương pháp oxy hóa tiên tiến là quá trình hình thành gốc HO
•
với khả
năng oxi hóa rất mạnh, có thể oxi hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độc
hại tạo thành CO
2
và H
2
O. Có nhiều phương pháp oxy hóa tiên tiến khác
nhau đã và đang được áp dụng hiệu quả như: phương pháp ozôn, Fenton,
Fenton điện hóa Trong đó Fenton điện hóa được khẳng định là có nhiều
ưu điểm vượt trội và có thể kết hợp dễ dàng với các phương pháp tiên tiến
khác để xử lý triệt để các chất hữu cơ độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môi
trường. Fenton điện hoá là quá trình khử oxy tạo H
2
O
2
, sau đó H
2

O
2
oxy
hoá các ion kim loại chuyển tiếp như Fe
2+
, Cu
2+
tạo ra gốc HO
•
hoặc
HO
2
•
có tính oxy hóa rất cao. Quá trình khử oxy tạo H
2
O
2
phụ thuộc vào
bản chất vật liệu catôt. Các khảo sát gần đây cho thấy, điện cực composit
chế tạo từ oxit phức hợp của kim loại chuyển tiếp có cấu trúc spinel trên
chất mang là các polyme dẫn như polypyrol, polyanilin, polythiophen… có
khả năng xúc tác tốt cho quá trình khử oxy tạo H
2
O
2
. Tuy nhiên, việc
nghiên cứu tìm ra loại vật liệu thích hợp ứng dụng trong xử lý các chất hữu
cơ gây ô nhiễm là một hướng nghiên cứu mới, chưa được nhiều nhà khoa
học trong và ngoài nước quan tâm.
Với những lý do nêu trên, đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm của quá

trình khoáng hóa một số hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt
nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa” đã được thực hiện.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Tổng hợp được oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
.
3
- Tổng hợp được màng Ppy và Ppy(oxit)/Ppy trên điện cực nền cacbon.
- Xác định được chế độ tối ưu cho quá trình khoáng hóa một số hợp chất
azo.
- Xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế bằng hiệu ứng Fenton điện hoá.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Tổng hợp và nghiên cứu thành phần, cấu trúc, hình thái học của oxit
phức hợp cấu trúc spinel Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
.
- Tổng hợp và nghiên cứu đặc tính của màng Ppy và Ppy(oxit)/Ppy.
- Đặc tính điện hóa của anôt platin và catôt cacbon trong dung dịch chứa
hợp chất azo.
- Khoáng hóa một số hợp chất azo bằng phương pháp Fenton điện hóa.
- Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton điện hóa.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Nước thải dệt nhuộm
1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công
đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu
trong ngành công nghiệp dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nước. Xét hai yếu
tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải thì
ngành dệt nhuộm gây ô nhiễm lớn nhất trong số các ngành công nghiệp.
1.1.2. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm
Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm
làng nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất tạo
màu hữu cơ, do đó có các chỉ số pH, DO, BOD, COD… rất cao, vượt quá
tiêu chuẩn cho phép được thải ra môi trường sinh thái.
1.1.3. Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các loại
thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ,
Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc
nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay,
chiếm tới 60 - 70 % thị phần.
1.1.4. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam thường dùng các loại thuốc nhuộm như: Thuốc
nhộm trực tiếp, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm
bazơ, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc nhuộm
4
phân tán, thuốc nhuộm azo không tan, thuốc nhuộm pigment. Hầu hết các
loại thuốc nhuộm này đều có chứa liên kết azo (-N=N-) trong phân tử.
1.1.5. Khái niệm chung về hợp chất màu họ azo
Hợp chất azo là những hợp chất màu tổng hợp có chứa liên kết
-N=N-, được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp (thực
phẩm, in, nhuộm ). Đây là loại hợp chất bền, khó phân hủy và rất độc hại
đối với sức khỏe con người và môi trường sinh thái.

1.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta
Trong những năm gần đây, mặc dù lĩnh vực bảo vệ môi trường đã và
đang được nhà nước đặc biệt quan tâm, song một số công ty, nhà máy và
hầu hết các làng nghề sản xuất dệt nhuộm thủ công vẫn xả thải trực tiếp
nguồn nước sau sản xuất chưa qua xử lý ra các con sông, hồ, kênh, rạch…
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
1.2.2. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải nhiễm các hợp chất azo
1.2.2.1. Các phương pháp truyền thống
Các phương pháp truyền thống xử lý nước thải dệt nhuộm đã và đang
được áp dụng bao gồm: phương pháp hấp phụ, phương pháp vật lý,
phương pháp oxy hóa, phương pháp vi sinh
1.2.2.2. Các phương pháp oxy hóa tiên tiến
Phương pháp oxy hóa tiên tiến là quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ
dựa vào gốc tự do hoạt động
•
OH

được tạo ra ngay trong môi trường lỏng
trong quá trình xử lý. Gốc
•
OH rất hoạt hóa, có thể oxy hóa không chọn
lọc các hợp chất hữu cơ tạo thành CO
2
, H
2
O và muối khoáng.
1.2.2.3. Một số quá trình oxy hoá tiên tiến thường gặp
Trong thời gian gần đây có nhiều phương pháp oxy hóa tiên tiến
đã và đang được áp dụng khá hiệu quả như: ozon hóa, Fenton, Fenton điện

hóa, Fenton quang hóa
1.2.3. Phương pháp điện hóa
Quá trình điện hóa cho phép loại bỏ hoặc giảm thiểu các hợp chất ô
nhiễm bằng cách oxy hóa trực tiếp các chất ô nhiễm trên điện cực nhờ
dòng điện hoặc tạo ra các tác nhân oxy hoá trong môi trường có khả năng
oxy hóa các hợp chất hữu cơ độc hại.
Có hai phương pháp tạo ra gốc hydroxyl: oxy hóa trực tiếp tại anôt
hoặc oxy hóa gián tiếp trên catôt bằng hiệu ứng Fenton điện hoá.
1.2.3.1. Oxy hóa điện hóa trực tiếp tại anôt tạo gốc hydroxyl
Phương pháp này cho phép oxy hóa nước tạo gốc hydroxyl hấp thụ
trên bề mặt anôt có quá thế oxy cao:
H
2
O →
•
OH
ads
+ H
+
+ e (1)
5
1.2.3.2. Phương pháp Fenton điện hóa
Phương pháp Fenton điện hóa là sự kết hợp giữa hiệu ứng Fenton và
dòng điện chạy qua 2 điện cực anôt và catôt. Trong phương pháp này có
thể cho H
2
O
2
và Fe
2+

vào dung dịch xử lý có pH axit và áp dòng tĩnh để
phân hủy hợp chất hữu cơ. Ngoài ra H
2
O
2
có thể được sinh ra bằng sự khử
O
2
trên catôt (phản ứng 2) sẽ tác dụng ngay với Fe
2+
có mặt trong dung
dịch để tạo ra tác nhân oxy hóa mạnh là HO
•
(phản ứng 3).
O
2
+ 2H
+
+ 2e → H
2
O
2
(2)
Fe
2+
+ H
2
O
2
→ Fe(OH)

2+
+
•
OH (3)
Mặc dù Fe
2+
nhanh chóng bị phân hủy bởi HO
•
để tạo thành Fe
2+
và
HO
-
(phản ứng 4), nhưng phản ứng 3 vẫn tiếp tục do sự tái sinh Fe
2+
theo
các phản ứng 5,6,7.
Fe
2+
+
•
OH → Fe
3+
+ HO
-
(4)
Fe
3+
+ 1e → Fe
2+

(5)
Fe
3+
+ R
•
→ Fe
2+
+ R
+
(6)
Fe
3+
+ H
2
O
2
 Fe
2+
+ HO
2
•

+ H
+
(7)
Ion Fe
2+
tái sinh chủ yếu do sự khử Fe
3+
bởi H

2
O
2
theo phản ứng 7.
Chất hữu cơ sẽ bị phá hủy bởi tác nhân HO
•
sinh ra ở phản ứng 3 và HO
2
•
sinh ra ở phản ứng 8 theo sơ đồ:
Hợp chất hữu cơ + HO
•
, HO
2
•

→ sản phẩm (8)
Phương pháp Fenton điện hóa xử lý các hợp chất hữu cơ một cách
hiệu quả bởi gốc HO
•
vừa được sinh ra trong dung dịch từ phản ứng 2 vừa
được hình thành trên điện cực anôt từ quá trình oxy hóa H
2
O (phản ứng 9).
H
2
O → HO
•

+ H

+
+ e (9)
Quá trình khử oxy hoà tan diễn ra theo cơ chế nhận 2e tạo H
2
O
2
(phản ứng
2) phụ thuộc vào bản chất vật liệu catôt. Do đó vật liệu catôt có khả năng
xúc tác điện hóa cho phản ứng khử oxy tạo H
2
O
2
là một trong các yếu tố
quan trọng nhất, quyết định hiệu suất của quá trình xử lý nước thải bằng
phương pháp Fenton điện hóa.
1.2.4. Ứng dụng hiệu ứng Fenton điện hoá để khoáng hóa hợp chất azo
trong nước thải dệt nhuộm
Trong những năm gần đây, các nghiên cứu ứng dụng phương pháp
Fenton điện hóa nhằm xử lý thuốc nhuộm azo trong nước thải dệt nhuộm đã
và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Tuy nhiên,
hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu catôt composit với khả năng xúc tác điện
hóa cho phản ứng khử oxy tạo H
2
O
2
còn rất hạn chế. Vì vậy luận án tập
trung nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu catôt composit trên cơ sở oxit
phức hợp Cu
1,5
Mn

1,5
O
4
và chất mang Ppy dẫn điện.
6
1.2. Polypyrol (Ppy) và composit Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
Những nghiên cứu gần đây cho thấy màng Ppy, đặc biệt là màng
Ppy(oxit)/Ppy có khả năng xúc tác tốt cho quá trình khử oxy tạo H
2
O
2
trên
catôt, làm tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu này trong xử lý
các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm.
CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất và thiết bị
* Hóa chất: Các hóa chất dùng trong nghiên cứu này đều có độ tinh khiết
cao, bao gồm: CuSO
4
.5H
2
O, MnSO
4
.H

2
O, KOH, Pyrol, KCl, H
2
SO
4
,
NaOH, Na
2
SO
4
, metyl đỏ, metyl da cam, công gô đỏ, FeSO
4
.6H
2
O,
điphenyl amin, K
2
Cr
2
O
7
, Ag
2
SO
4
, HgSO
4
, NaOH, cacbon graphit, nước
thải được lấy từ 2 cơ sở: Làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc và Dương Nội.
* Thiết bị:

- Thiết bị đo điện hóa AUTOLAB 30 (Eco., Co., Hà Lan).
- Thiết bị LEICA STEREOSCAN 440 ghép nối với phần mềm LEO.
- Thiết bị UV-Vis (UV- spectrometer, CINTRA 40 - Mỹ).
- Máy đo pH hiệu PHM 210 Standard pH Meter (Pháp).
- Máy ủ nhiệt hiệu DRB 200 HACH - Nhật - Mỹ.
- Máy khuấy từ gia nhiệt.
- Cân phân tích điện tử Mettler hãng Toledo (Thụy Sĩ).
2.2. Điều kiện và phương pháp thực nghiệm
2.2.1. Tổng hợp oxit phức hợp của Cu và Mn:
Oxit phức hợp của Cu và Mn được tổng hợp bằng phương pháp đồng
kết tủa từ dung dịch CuSO
4
, MnSO
4
và dung dịch KOH.
2.3.2. Phương pháp điện hóa
- Phương pháp dòng tĩnh: Tổng hợp màng Ppy và composit
Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy tại 2 mA/cm
2
trong 1000 giây.
- Phương pháp thế tĩnh: Xác định hiệu quả xúc tác và độ ổn định của
màng Ppy và Ppy(Cu
1,5
Mn

1,5
O
4
)/Ppy tại E = -0,5 V/SCE, trong 2000 giây,
tương ứng với điện thế khử oxy tạo H
2
O
2
.
- Phương pháp thế dừng: Xác định giá trị dòng phản hồi ở trạng thái dừng,
đặc trưng cho tốc độ phản ứng điện hoá tại điện thế nghiên cứu.
2.3.3. Các phương pháp phân tích:
- Các phương pháp SEM, TEM, EDX, X-Ray: Phân tích hình thái bề mặt,
thành phần và cấu trúc của oxit và màng Ppy(oxit)/Ppy.
- Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis): Đánh giá hiệu suất phân
hủy hợp chất màu azo qua cường độ hấp thụ theo công thức:
7

Trong đó: η là hiệu suất phân hủy (%), A
0
là cường độ hấp thụ tại thời
điểm ban đầu, A
t
là cường độ hấp thụ tại thời điểm t.
- Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD):
+ Đánh giá hiệu suất suy giảm COD trong quá trình khoáng hóa theo
công thức: %COD = ∆COD*100%/COD
o
+ Đánh giá hiệu suất dòng khoáng hóa theo công thức:
H (%) =

. .
100%
8. . .
CODV F
i S t
∆
×
(11)
- Phương pháp đo độ màu: Đánh giá độ suy giảm màu sắc của dung dịch
nước thải trước và sau xử lý.
- Phương pháp khảo sát, điều tra: Xác định các loại thuốc nhuộm thường
dùng tại một số cơ sở dệt nhuộm truyền thống.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc tính của oxit phức hợp Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
Hình thái bề mặt, cấu trúc và thành phần phân tử của oxit phức hợp
của Cu và Mn được phân tích nhờ các phương pháp kính hiển vi điện tử quét
(SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ tán xạ năng lượng tia X
(EDX) và phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray). Kết quả được biểu diễn trên các hình
3.1, 3.2, 3.3 và 3.4.
Các kết quả đo SEM, TEM, EDX và X-Ray cho thấy, oxit phức hợp
của Cu và Mn tổng hợp được có kích thước hạt nhỏ mịn, cấu trúc spinel và
có công thức phân tử Cu
1,5
Mn
1,5

O
4
.
TEM Nhiễu xạ điện tử
8
(10)
Hình 3.1. Ảnh SEM
Hình 3.2. Ảnh TEM
Hình 3.3. Phổ EDX của oxit
phức hợp Cu và Mn

Hình 3.4. Phổ X-Ray của oxit phức
hợp Cu và Mn
3.2. Tổng hợp và khả năng xúc tác điện hoá của màng Ppy và
Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
3.2.1. Tổng hợp màng Ppy và Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy trên điện cực nền
cacbon
Sự biến đổi điện thế trong quá trình tổng hợp màng Ppy và

Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy được biểu diễn trên hình 3.5. Tại thời điểm bắt đầu
quá trình tổng hợp, điện thế tăng vọt tới một giá trị ổn định, tương đương
với quá trình polyme hoá pyrol thành polypyrol lắng đọng trên bề mặt điện
cực anôt. Khi có mặt của các oxit điện thế tổng hợp giảm đáng kể do diện
tích hoạt hóa của điện cực tăng làm giảm mật độ dòng điện tổng hợp dẫn
đến điện thế giảm.
9
Hình 3.5. Đường cong tổng hợp
màng Ppy và Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
Hình 3.6. Phổ EDX của màng
Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
3.2.2. Đặc tính của màng Ppy và Ppy(Cu

1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
3.2.2.1. Thành phần của màng Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy: Thành phần của
màng Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy sau khi tổng hợp được phân tích nhờ phổ
EDX (hình 3.6). Kết quả cho thấy, oxit phức hợp của Cu và Mn có mặt
trong thành phần của màng Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy sau tổng hợp.
3.2.2.2. Khả năng xúc tác điện hoá cho phản ứng khử oxy tạo hydro peoxit
của màng Ppy và Ppy(Cu

1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
Khả năng xúc tác điện hóa của điện cực catôt C/Ppy và
C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy tại các pH khác nhau được biểu diễn bằng các
đường cong: dòng - thế dừng, cho phép xác định tốc độ của phản ứng khử
các chất oxy hoá trên điện cực nghiên cứu (hình 3.7). Trong trường hợp có
sục khí oxy, hàm lượng oxy tăng, kéo theo dòng catôt tăng mạnh bắt đầu
từ điện thế + 0,2 V/SCE, tương ứng với phản ứng khử oxy tạo H
2
O
2
, xác
nhận sự có mặt của H
2
O
2
nhờ sự nhận biết định tính bằng thuốc thử KI +
hồ tinh bột. Ngoài ra, khi có sục oxy, mật độ dòng catôt của màng Ppy
chứa oxit luôn lớn hơn dòng catôt của màng Ppy không chứa oxit. Chứng
tỏ, màng composit Ppy(Cu

1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy có khả năng xúc tác cho quá
trình khử oxy hòa tan tốt hơn màng Ppy.
10
Hình 3.7. Sự biến đổi mật độ dòng catôt tại các điện thế áp đặt trong dung
dịch Na
2
SO
4
0,05 M, pH2,3,4,6
Quan sát đồ thị biểu diễn mật độ dòng catôt phản hồi của điện cực
C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy tại các giá trị pH khác nhau ở điện thế -0,5
V/SCE (hình 3.8) cho thấy, mật độ dòng catôt phản hồi cao nhất tại pH3.
Chứng tỏ, điện cực catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy có khả năng xúc tác

điện hóa đối với phản ứng khử oxy hòa tan tạo H
2
O
2
tốt nhất tại pH3.
Hình 3.8. Mật độ dòng catôt tại các pH khác nhau
3.3. Đặc tính điện hóa của điện cực anôt platin và điện cực catôt
cacbon trong dung dịch nền Na
2
SO
4
, pH3
3.3.1. Các phản ứng trên anôt platin
Các đường cong phân cực anôt trong dung dịch pH3 có và không
có metyl đỏ, Fe
2+
và O
2
được biểu diễn trên hình 3.9. Trên anôt xảy ra các
quá trình oxy hóa nước giải phóng oxy (bắt đầu ở điện thế +1,1 V/SCE),
oxy hóa Fe
2+
tạo Fe
3+
(bắt đầu ở điện thế +0,4 V/SCE) và oxy hóa trực tiếp
metyl đỏ (bắt đầu ở điện thế +0,7 V/SCE).
pH = 2 pH = 3
pH = 4 pH = 6
11
Hình 3.9. Đường cong phân cực anôt

Hình 3.10. Đường cong phân
cực catôt
3.3.2. Phản ứng trên catôt nền cacbon
Quan sát các đường cong phân cực catôt thu được trên điện cực nền
cacbon trong 3 dung dịch (hình 3.10) cho thấy, dòng điện catôt bắt đầu
tăng ở điện thế tương đối dương (0 ÷ -0,5 V/SCE), đặc trưng cho phản ứng
khử H
+
tạo H
2
hoặc quá trình khử oxy tạo H
2
O
2
. Ngoài ra, dòng catôt tăng
đáng kể trong dung dịch có sục oxy chứng tỏ dòng catôt quan sát được trên
hình 3.10 tương ứng với phần đóng góp của phản ứng khử oxy tạo H
2
O
2
.
3.4. Quá trình khoáng hóa metyl đỏ
3.4.1. Khoáng hoá metyl đỏ bằng phương pháp điện hóa
Quá trình oxy hóa điện hóa metyl đỏ 0,35 mM trên điện cực anôt
platin được thực hiện trong dung dịch Na
2
SO
4
0,05 M, pH3, cường độ
dòng 25mA. Sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD (%COD) và hiệu suất

dòng (H) oxy hóa theo thời gian được biểu diễn trên hình 3.11. Kết quả
cho thấy, %COD tăng liên tục theo thời gian oxy hóa, chứng tỏ metyl đỏ
đã bị oxy hóa trực tiếp trên anôt Pt. Bên cạnh đó, H giảm dần do nồng độ
metyl đỏ giảm làm giảm tốc độ phản ứng oxy hóa metyl đỏ trên anôt Pt.
Sau 180 phút xử lý, chỉ số COD đã giảm từ 250 mg/l xuống 145 mg/l,
tương ứng với hiệu suất suy giảm COD đạt 41 %.
Hình 3.11. Biến thiên %COD và H
theo thời gian oxy hóa metyl đỏ
bằng phương pháp điện hóa
Hình 3.12. Biến thiên %COD và H
theo thời gian oxy hóa metyl đỏ
bằng hiệu ứng Fenton điện hóa
3.4.2. Khoáng hoá metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa
12
0 50 100 150 200
10
20
30
40
H%
Thêi gian (phót)
20
30
40
50
60
%COD
0 40 80 120 160 200
0
15

30
45
60
Thêi gian (phót)
%COD
0
20
40
60
80
100
H%
Hình 3.12 giới thiệu kết quả xử lý metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton
điện hóa trong dung dịch Na
2
SO
4
0,05 M, pH3, metyl đỏ 0,35 mM, Fe
2+
1
mM có sục oxy với tốc độ 0,5 lít/phút, catôt C tại mật độ dòng 5 mA/cm
2
.
Kết quả cho thấy, sự biến thiên %COD và H theo thời gian oxy hóa bằng
hiệu ứng Fenton điện hóa có xu hướng giống như trường hợp oxy hóa
metyl đỏ bằng phương pháp điện hóa trực tiếp. Tuy nhiên, %COD và H
theo thời gian oxy hóa metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa đều đạt giá
trị cao hơn. Điều này chứng tỏ rằng, trong quá trình xử lý metyl đỏ bằng
hiệu ứng Fenton điện hóa, bên cạnh quá trình oxy hóa trực tiếp metyl đỏ
trên điện cực anôt, còn có quá trình oxy hóa gián tiếp metyl đỏ nhờ hiệu

ứng Fenton điện hóa tại khu vực catôt, do đó hiệu suất khoáng hóa cao hơn.
Sau 180 phút khoáng hóa, chỉ số COD giảm từ 250mg/l xuống còn 115
mg/l, tương ứng với hiệu suất suy giảm COD đạt 54 %.
3.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khoáng hóa metyl đỏ
bằng hiệu ứng Fenton điện hóa
Để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình khoáng hóa metyl đỏ bằng
phương pháp Fenton điện hóa, luận án đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng
của một số yếu tố như [Fe
2+
], vật liệu catôt, mật độ dòng áp đặt và tốc độ
sục oxy.
3.4.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ ion sắt(II)
Ảnh hưởng của nồng độ Fe
2+
đến quá trình khoáng hóa metyl đỏ bằng
hiệu ứng Fenton điện hóa được thực hiện trong điều kiện: dung dịch nền
Na
2
SO
4
0,05 M, pH3, catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy, mật độ dòng áp đặt 5
mA/cm
2
, tốc độ sục oxy 1 lít/phút.

Quan sát đồ thị biểu diễn %COD và H theo thời gian khoáng hóa
metyl đỏ (hình 3.13) trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của [Fe
2+
] cho
thấy: Khi nồng độ [Fe
2+
] < 1 mM, không đủ phản ứng hết với lượng H
2
O
2
sinh ra, do đó nồng độ gốc HO
•
thấp dẫn đến hiệu suất khoáng hóa thấp.
Khi tăng nồng độ Fe
2+
lên 1 mM, hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất
dòng oxy hóa metyl đỏ đạt giá trị cao nhất tại mọi thời điểm khoáng hóa.
Chứng tỏ, hàm lượng Fe
2+
1 mM đủ để phản ứng hết với H
2
O
2
sinh ra trên
catôt tạo gốc HO
•
. Khi nồng độ [Fe
2+
] > 1 mM, không phản ứng hết với
lượng H

2
O
2
sinh ra. Khi lượng Fe
2+
dư sẽ xảy ra quá trình oxy hóa Fe
2+
trên
anôt tạo thành Fe
3+
. Cặp oxy hóa-khử Fe
3+
/Fe
2+
dư sẽ xảy ra chu trình oxy
hóa khử liên tục làm giảm hiệu suất dòng điện.
13
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ Fe
2+
đến sự biến thiên %COD và H
theo thời gian
3.4.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu catôt
Ảnh hưởng của catôt C, C/Ppy và C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy đến hiệu
suất khoáng hóa metyl đỏ đã được khảo sát trong dung dịch Na

2
SO
4
0,05 M
có ion Fe
2+
1 mM, ở pH3, tại mật độ dòng áp đặt 5 mA/cm
2
.
Biến thiên %COD, H và hiệu suất phân hủy (η) trong quá trình
khoáng hóa metyl đỏ theo thời gian được đánh giá bằng phương pháp xác
định COD và phân tích phổ UV-Vis. Kết quả biểu diễn trên các hình 3.14,
3.15 và 3.16 cho thấy, cả 3 điện cực đều có khả năng xúc tác cho phản ứng
khử oxy tạo H
2
O
2
trên catôt, thể hiện bởi hiệu suất suy giảm COD trong quá
trình khoáng hóa metyl đỏ đối với cả 3 trường hợp đều tăng dần theo thời
gian khoáng hóa. Tuy nhiên, trong trường hợp sử dụng điện cực catôt
C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy, tại mọi thời điểm khoáng hóa, hiệu suất suy giảm
COD và hiệu suất dòng oxy hóa đều đạt giá trị cao hơn cả. Kết quả thu được
chứng tỏ, vật liệu điện cực catôt C/Ppy(Cu
1,5

Mn
1,5
O
4
)/Ppy có khả năng xúc
tác tốt đối với quá trình khử oxy hòa tan tạo H
2
O
2
áp dụng trong khoáng
hóa metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hoá.
14
0 1 2 3 4 5
0
20
40
60
80
100
H%
C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
C/Ppy
C
%COD

0
50
100
150
200
250
t (giê)
0 1 2 3 4 5
0
20
40
60
80
H%
0 mM
0,5 mM
2 mM
1,5 mM
1 mM
%COD
0
40
80
120
160
200
t (giê)
Hình 3.14. Biến thiên %COD và H theo thời gian
Hình 3.15. Phổ UV-Vis của metyl
đỏ theo thời gian

Hình 3.16. Biến thiên η metyl đỏ
theo thời gian
3.4.3.3. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt
Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến hiệu suất khoáng hóa metyl
đỏ 0,35 mM bằng hiệu ứng Fenton điện hóa được thực hiện trong dung
dịch Na
2
SO
4
0,05M, tại pH3, Fe
2+
1 mM, catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy,
tốc độ sục oxy 1 l/phút. Biến thiên %COD, H và hiệu suất phân hủy (η)
trong quá trình khoáng hóa metyl đỏ theo thời gian được đánh giá bằng
phương pháp xác định COD và phân tích phổ UV-Vis. Kết quả được biểu
diễn trên các hình 3.17, 3.18 và 3.19.
Hình 3.17. Biến thiên %COD và H theo điện lượng Q
15
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
0
20
40
60
80

100
H%
1 mA/cm
2
5 mA/cm
2
10 mA/cm
2
0,5 mA/cm
2
%COD
Q(A.h/l)
0
70
140
210
280
350
Hình 3.18. Phổ UV-Vis của metyl
đỏ theo thời gian
Hình 3.19. Biến thiên η metyl đỏ
theo điện lượng Q
Kết quả xác định COD (hình 3.17) cho thấy, tại các giá trị điện lượng
như nhau, trường hợp áp đặt mật độ dòng 1 mA/cm
2
, %COD và H khoáng
hóa metyl đỏ đều đạt giá trị cao hơn cả so với trường hợp áp đặt các mật
độ dòng khác. Kết quả được giải thích như sau: khi mật độ dòng áp đặt đủ
lớn sẽ thuận lợi cho quá trình khử O
2

hoà tan tạo H
2
O
2
trên điện cực catôt,
làm tăng hiệu suất khoáng hóa metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hoá.
Tuy nhiên, khi mật độ dòng cao hơn sẽ xảy ra quá trình oxy hoá H
2
O giải
phóng O
2
trên anôt làm tiêu tốn điện lượng của quá trình khoáng hóa, đồng
thời trên catôt xảy ra phản ứng khử H
+

giải phóng H
2
, làm giảm tốc độ của
phản ứng tạo H
2
O
2
. Vì vậy tốc độ hình thành gốc HO
•
(phản ứng 2) giảm,
làm giảm %COD và H trong quá trình khoáng hóa.
Kết quả phân tích phổ UV-Vis cho thấy, khi áp đặt mật độ dòng 1
mA/cm
2
, cường độ hấp thụ cực đại metyl đỏ tại bước sóng 523 nm giảm

nhanh theo thời gian khoáng hóa (hình 3.18), tương ứng với η đạt giá trị
cao nhất 88 % so với trường hợp áp đặt các mật độ dòng khác (hình 3.19).
3.4.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ sục oxy
Ảnh hưởng của tốc độ sục oxy đến sự biến thiên hiệu suất suy giảm
COD và hiệu suất dòng điện theo thời gian khoáng hóa metyl đỏ 0,35 mM
trong dung dịch Na
2
SO
4
0,05 M, pH3, Fe
2+
1 mM, tại mật độ dòng áp đặt 1
mA/cm
2
sử dụng catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy được biểu diễn trên hình
3.20. Với tốc độ sục oxy ≥ 1 l/phút, hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất
dòng tại mọi thời điểm khoáng hóa đều đạt giá trị cao hơn so với khi sục
khí oxy với tốc độ 0,5 l/phút. Điều này khẳng định, tốc độ sục khí oxy 1
l/phút là tốc độ tối ưu cho lượng oxy trong dung dịch sát bề mặt điện cực
catôt đạt nồng độ bão hòa.
16
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
0
20

40
60
80
100
1 mA/cm
2
5 mA/cm
2
10 mA/cm
2
0,5 mA/cm
2
η%
Q(A.h/l)

Hình 3.20. Biến thiên %COD và H theo thời gian khoáng hóa
Quan sát bằng mắt thường (hình 3.21) cho thấy, sự suy giảm màu sắc
của dung dịch metyl đỏ thay đổi rõ rệt từ hồng đậm sang hồng nhạt theo
thời gian khoáng hóa, sau 5 giờ khoáng hóa ở mật độ dòng 1 mA/cm
2
,
dung dịch gần như mất màu hoàn toàn. Màu sắc của dung dịch thay đổi rất
nhanh trong khoảng thời gian ngắn của quá trình khoáng hóa là do nồng độ
của hợp chất metyl đỏ đã suy giảm gần như hoàn toàn tạo thành các hợp
chất trung gian trước khi bị khoáng hóa hoàn toàn tạo thành CO
2
, H
2
O và
các chất khoáng.

Trước xử lý Sau 1 giờ xử lý Sau 2 giờ xử lý Sau 5 giờ xử lý
Hình 3.21. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch metyl đỏ theo thời gian
khoáng hóa
3.5. Quá trình khoáng hóa công gô đỏ
3.5.1. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực catôt
Ảnh hưởng của vật liệu catôt đến quá trình khoáng hóa công gô đỏ
0,25 mM được thực hiện trong điều kiện: dung dịch
Na
2
SO
4
0,05 M,

pH3,
Fe
2+
1mM,
tốc độ sục oxy 1 l/phút, tại mật độ dòng 5 mA/cm
2
, catôt C,
17
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
H%
0,5 l/phút
1,5 l/phút

1 l/phút
2 l/phút
%COD
0
70
140
210
280
350
t (
giê
)
C/Ppy và C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy. Kết quả xác định COD và phân tích
phổ UV-Vis được biểu diễn trên hình 3.22, 3.23 và 3.24.
Quan sát đồ thị hình 3.22 cho thấy, đối với cả 3 trường hợp sử dụng
điện cực catôt C; C/Ppy; C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy, hiệu suất suy giảm
COD đều tăng dần theo thời gian khoáng hóa. Tuy nhiên, khi sử dụng điện
cực catôt C/Ppy(Cu

1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy, hiệu suất suy giảm COD tại mọi thời
điểm đều đạt giá trị cao hơn so với 2 trường hợp sử dụng catôt C và C/Ppy.
Hình 3.22. Biến thiên %COD và H theo thời gian
Đối với cả 3 loại điện cực, cường độ hấp thụ công gô đỏ tại bước
sóng 560 nm đều giảm nhanh (hình 2.23), tương ứng với sự phân hủy cấu
trúc – N = N – dẫn tới sự mất màu dần của dung dịch công gô đỏ. Ngoài ra
còn có một dải phổ khác trong vùng tử ngoại ở bước sóng khoảng 320 nm
ngày càng tăng được dự đoán là có sự xuất hiện của sản phẩm trung gian
có chứa vòng thơm benzen. Kết quả này cho phép khẳng định, trong quá
trình điện phân, nhóm mang màu azo – N = N – đã bị phá v• tạo ra các
dẫn xuất hydrocacbon. Theo thời gian, gốc hydroxyl sinh ra sẽ tấn công
phá hủy vòng benzen, dẫn tới công gô đỏ bị khoáng hóa hoàn toàn tạo
thành CO
2
, H
2
O

và các khoáng chất khác.
Kết quả phân tích phổ UV-Vis
(hình 3.24) cho hiệu suất phân hủy công gô đỏ 0,25 mM đạt giá trị cao
nhất khi sử dụng điện cực catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5

O
4
)/Ppy, một lần nữa
khẳng định, điện cực catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy có khả năng xúc tác
tốt đối với quá trình khử oxy tạo H
2
O
2
, làm tăng tốc độ phản ứng tạo gốc
HO
•
(phản ứng 1.6), do đó hiệu suất phân hủy công gô đỏ tăng.
18
0 1 2 3 4 5
0
20
40
60
80
100
H%
C/Ppy(Cu
1,5
Mn

1,5
O
4
)/Ppy
C/Ppy
C
%COD
0
30
60
90
120
150
180
t (giê)
Hình 3.23. Phổ UV-Vis của công
gô đỏ theo thời gian
Hình 3.24. Biến thiên η công gô
đỏ theo thời gian
3.5.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của mật độ dòng đến quá trình khoáng
hóa công gô đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa trong
dung dịch Na
2
SO
4
0,05 M, Fe
2+
1 mM,

pH3, catôt
C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy theo điện lượng Q
được xác định bằng phương pháp xác định COD và phân tích phổ UV-Vis,
biểu diễn trên các hình 3.25 và 3.26. Khi áp đặt mật độ dòng 1mA/cm
2
, tại
các thời điểm khác nhau, khi có cùng một giá trị điện lượng Q chuyển qua
bình, %COD, H và η công gô đỏ luôn đạt giá trị cao hơn so với trường
hợp áp đặt các mật độ dòng 0,5; 5 và 10 mA/cm
2
. Kết quả này hoàn toàn
phù hợp với kết quả khoáng hóa metyl đỏ, một lần nữa khẳng định mật độ
dòng 1 mA/cm
2
là giá trị tối ưu trong phạm vi khảo sát của luận án.
Hình 3.25. Biến thiên %COD và H
theo điện lượng Q
Hình 3.26. Biến thiên η công gô
đỏ theo điện lượng Q
3.6. Quá trình khoáng hóa metyl da cam
Quá trình khoáng hóa metyl da cam được thực hiện trong điều kiện:
dung dịch Na
2
SO

4
0,05 M, pH3, metyl da cam 1,0 mM, Fe
2+
1 mM, catôt
C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy
ở các mật độ dòng áp đặt khác nhau.
Kết quả xác định
COD và phân tích phổ UV-
Vis trong quá trình khoáng
hóa được biểu diễn trên các
hình 3.27, 3.28 và 3.29.
19
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
0
20
40
60
80
100
H %
%COD
1 mA/cm
2
5 mA/cm

2
10 mA/cm
2
0,5 mA/cm
2
Q(A.h/l)
0
90
180
270
360
450
Hình 3.27. Biến thiên %COD và H theo điện lượng Q
Hình 3.28. Phổ UV-Vis của metyl
da cam theo thời gian
Hình 3.29. Biến thiên η metyl da
cam theo điện lượng Q
Kết quả cho thấy, tại các điện lượng Q như nhau, với mật độ dòng áp
đặt 1 mA/cm
2
,

%COD, H và η metyl da cam đều đạt giá trị cao hơn khá
nhiều so với trường hợp áp đặt mật độ dòng 0,5; 5 và 10 mA/cm
2
. Các kết
quả thu được chứng tỏ metyl da cam có thể bị khoáng hóa hoàn toàn bằng
phương pháp Fenton điện hóa tạo CO
2
, H

2
O và chất khoáng.
Ngoài ra, kết quả khoáng hóa metyl da cam trong điều kiện: dung
dịch có Fe
2+
1 mM, mật độ dòng áp đặt 1 mA/cm
2
, catôt C/Ppy(oxit), tốc
độ sục oxi 1 l/phút còn được nhận biết bằng sự thay đổi màu sắc của dung
dịch (hình 3.30).
20
Hình 3.30. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch metyl da cam theo
thời gian khoáng hóa
Trên cơ sở các công trình nghiên cứu về cơ chế khoáng hóa các hợp
chất hữu cơ họ azo đã công bố, cơ chế dự đoán của quá trình khoáng hóa
metyl da cam được biểu diễn trên hình 3.31.
Hình 3.31. Dự đoán cơ chế khoáng hóa metyl da cam
3.7. Điều kiện thích hợp khoáng hóa

hợp chất azo bằng hiệu ứng
Fenton điện hoá
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khoáng
hóa một số hợp chất màu azo điển hình (metyl đỏ, công gô đỏ và metyl da
cam) bằng hiệu ứng Fenton điện hóa cho thấy, quá trình khoáng hóa

đạt
hiệu suất cao nhất trong dung dịch Na
2
SO
4

, pH3, Fe
2+
1 mM, sục oxy với
tốc độ 1 lít/phút, catôt C/Ppy(Cu
1,5
Mn
1,5
O
4
)/Ppy, tại mật độ dòng áp đặt 1
mA/cm
2
.
Kết quả nghiên cứu này mở ra ứng dụng hiệu ứng Fenton điện hóa
vào xử lý nước thải có chứa các hợp chất màu azo, đặc biệt là nước thải
dệt nhuộm.
3.8. Động học của quá trình khoáng hóa các hợp chất azo bằng
phương pháp Fenton điện hóa
Phản ứng oxy hóa thuốc nhuộm bằng gốc hydroxyl xảy ra theo phương
trình tổng quát sau:
21
Dye +
•
OH → nCO
2
+ mH
2
O + các chất khoáng (11)
(Dye: Phân tử thuốc nhuộm)
Tốc độ của phản ứng 11 có thể được biểu diễn bằng phương trình

động học như sau:
v = k.[Dye]
x
.[
•
OH]
y
(12)
Do phản ứng Fenton phân hủy các hợp chất hữu cơ theo cơ chế gốc,
gốc hydroxyl
•
OH hình thành trong quá trình phản ứng có khả năng oxi
hóa rất mạnh nhưng không bền (thời gian sống ngắn) nên nồng độ sẽ đạt
đến trạng thái ổn định ([
•
OH] = const), khi đó phương trình 12 chuyển
thành phương trình 13:
v = k’.[Dye]
x
(13)
Nếu tốc độ phản ứng tuân theo quy luật của phản ứng bậc 1, ta có: v
= k’.[Dye] (với k’ = k.[HO
•
]) (14)
Biến đổi và giải phương trình 14 ta có:

Tuy nhiên, theo nghiên cứu của tác giả V.Kavitha và cộng sự cho
thấy, trong phản ứng oxi hóa các hợp chất azo bằng gốc
•
OH, với tính chất

đặc biệt của hợp chất azo là rất nhanh bị phân hủy trong dung dịch để hình
thành các chất béo trung gian và các chất trung gian có nhân thơm, do đó
tính hằng số tốc độ phản ứng giả bậc nhất trên cơ sở đo chỉ số COD (mô
hình k’
COD
) sẽ thích hợp hơn mô hình k’
C
(tính hằng số tốc độ phản ứng giả
bậc nhất trên cơ sở đo chỉ số nồng độ của hợp chất azo). Do đó phương
trình 15 được biểu diễn bằng phương trình 16.
Trên cơ sở số
liệu thực nghiệm,
vẽ đồ thị biểu
diễn các đường
cong phụ thuộc
22
(15)
(16)
-ln[COD
t
/COD
o
) - t đối với 3 hợp chất azo metyl đỏ, công gô đỏ và metyl
da cam (hình 3.32).
Hình 3.32. Đồ thị sự phụ thuộc -ln(COD
t
/COD
o
) vào thời gian khoáng hóa
các hợp chất azo ở điều kiện tối ưu đã khảo sát

Quan sát đồ thị hình 3.32 cho thấy, trong cả 3 trường hợp, đồ thị đều
có dạng đường thẳng, chứng tỏ sự biến đổi chỉ số COD theo thời gian
khoáng hóa tuân theo quy luật của phản ứng bậc 1.
3.9. Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng hiệu ứng Fenton điện hóa
Trong khuôn khổ luận án, một số mẫu nước thải trực tiếp được lấy từ
các cơ sở dệt nhuộm tại 2 làng nghề Vạn Phúc và Dương Nội. Các thông
số của nước thải trước và sau xử lý được phân tích tại Viện Công nghệ môi
trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Kết quả khảo sát tại một số hộ gia đình và cơ sở sản xuất dệt nhuộm
tại 2 làng nghề Vạn Phúc và Dương Nội cho thấy, hầu hết các cơ sở này
đều sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm axit,
thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính, với thành phần chủ yếu là
hợp chất azo, thuộc loại hợp chất bền, khó phân hủy và độc hại đối với sức
khỏe con người và môi trường sinh thái. Vì vậy điều kiện khoáng hóa tối
ưu trong quá trình khảo sát đối với 3 loại hợp chất azo (metyl đỏ, công gô
đỏ và metyl da cam) được áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế
bằng phương pháp Fenton điện hóa.
Để giảm thời gian xử lý, các mẫu nước thải được pha loãng 2 lần
bằng nước cất và bổ sung Na
2
SO
4
0,05 M, điều chỉnh pH3 trước khi tiến
hành xử lý.
3.9.1. Xử lý nước thải Dương Nội
23
Kết quả phân tích mẫu nước thải Dương Nội trước khi xử lý được
biểu diễn trên bảng 1 cho thấy, các chỉ số COD và độ màu của nước thải
trước khi xử lý rất cao; COD cao gấp trên 2 lần so với ngư•ng giới hạn của
tiêu chuẩn nước thải loại C (mức độ ô nhiễm cao nhất).

Bảng 1. Kết quả phân tích mẫu nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội
trước và sau 10 giờ xử lý
TT
Các thông số
phân tích
Kết quả phân tích
QCVN
24:2009/BTNMT
(cột B)
Trước xử lý
(đã pha
loãng 2 lần)
Sau 10 giờ
xử lý
1 COD (mg/l) 450 70 150
2 Độ màu (Co-Pt) 1360 85 150
Hiệu quả xử lý được xác định bằng phương pháp xác định COD kết
hợp đo độ màu của nước thải theo thời gian xử lý. Sự biến thiên %COD và
H theo thời gian sau 3 lần xử lý trong cùng điều kiện được biểu diễn trên
hình 3.33.
Hình 3.33. Sự biến thiên %COD và H theo thời gian xử lý nước thải làng
nghề Dương Nội
Kết quả thu được sau 3 lần xử lý cho thấy, chỉ số COD giảm từ 450
xuống 70 mg/l (tương ứng với %COD đạt 84%), độ màu suy giảm từ 1360
xuống 85 Pt-Co sau 10 giờ xử lý. Kết quả này chứng tỏ các hợp chất hữu
cơ độc hại trong nước thải đã bị khoáng hóa, nước thải sau 10 giờ xử lý có
chỉ số COD chỉ còn 70 mg/l, đạt tiêu chuẩn nước thải loại B có thể thải ra
môi trường với các mục đích tưới tiêu, trồng trọt
3.9.2. Xử lý nước thải Vạn Phúc
Nước thải làng nghề Vạn Phúc được lấy ngay sau công đoạn nhuộm

màu vải, có nồng độ các chất màu rất cao thể hiện qua chỉ số COD và độ
màu trong bảng 2, nước thải có màu đen sẫm với mùi rất khó chịu.
24
Bảng 2. Kết quả phân tích nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc trước
và sau 14 giờ xử lý.
TT
Các thông số
phân tích
Kết quả phân tích
QCVN
24:2009/BTNMT
(cột B)
Trước xử lý (đã
pha loãng 2 lần)
Sau 14 giờ
xử lý
1 COD (mg/l) 1000 80 150
2 Độ màu (Co-Pt) 1750 95 150
Sự biến thiên %COD và H theo thời gian đối với cả 3 lần xử lý nước
thải làng nghề Vạn Phúc trong cùng điều kiện được mô tả trên hình 3.34.
Từ đồ thị 3.34 cho thấy, chỉ số COD của nước thải trong cả 3 lần xử
lý đều giảm nhanh từ 1000 mg/l xuống còn khoảng 80 mg/l và sau đó gần
như ít thay đổi theo thời gian xử lý, tương ứng với %COD đạt 92 % sau 14
giờ xử lý.
Hình 3.34. Sự biến thiên %COD và H theo thời gian xử lý nước thải
làng nghề Vạn Phúc
Các kết quả thu được trong quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm làng
nghề Vạn Phúc có cùng xu hướng và hoàn toàn phù hợp với kết quả phân
tích COD đối với nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội.
25