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

Đại học Quốc gia Hà nội
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
o • • • •
•k-k&ýeicriciticic
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MỘT SÓ DUNG MỒI HỮU c o
TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP 0X1 HÓA
CẤP TIÉN (AOPs) KÉT HỢP SIÊU ẢM
Mã số: QT-09-63
Chủ trì đề tài : ThS. Lưu Minh Loan
Các cán bộ tham gia:
PGS.TS. Nguyễn Thị Hà
TS. Nguyễn Quang Trung
CN. Lê Huong Giang
HVCH. Phan Quang Thăng
sv. Ngô Vân Anh
OAI HOC u UOC QrtW. hA NỤI
ĨRUNG ÚM 1HCNG TIN THU VIỆN
D
T/%
ụ
Hà nội - 2009
r
Báo 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 SIÊl ÂM
Mã số: QT-09-63
Chủ trì đề tài : ThS. Lưu Minh Loan
Các cán bộ tham gia:PGS.TS. Nguyễn Thị Hà: TS. Nguyễn Ọuanti Trung; CN. Lê
Hương Giang; HVCH. Phan Quang Thăng; sv. Ngô Vân Anh
Mở đầu
Toluen và phenol là các dung môi hữu CƯ dề bay hơi (VOCs) được sư dụng phô biên

trong nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, hóa dầu. sưn. v.y. Sự có mặt cua toluene
và phenol trong môi trường do các nguồn phát thai sẽ gâv ô nhiễm tTio nguòn liếp
nhận và anh hương đến sức khóe con người khi bị phai nhiễm do độc tính va sự bên
vừng của toluen và phenol trong môi trường.
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 ca bền vừnu troim
môi trường. Các phương pháp này liên quan đen sự tạo thành các tiốc tự do đónu vai
trò như một chât ox\ hóa mạnh. Một sô phưirrm pháp ov 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.
chu\ẻn 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
Đối tượng và phương pháp 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 sát. lấ> mầu tại thực địa
- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Phònn (hí nghiệm c ỏng
nghệ 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 phương 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.
Đề xuất cho nghỉên cứu tiếp theo

Phương pháp siêu âm kết hợp với chất oxy hóa H20 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.
Tình hình kỉnh phí của đề tài:
Tổng kinh phí: 25.000.000đ (Hai lãm triệu đồng) đã chi và quyết toán đầy đu.
Khoa quản lý
(Ký và ghi rõ họ tên)
Chu trì đề tài
(Ký và ghi rõ họ tên)
i o l | W r / L o a tn
Co quan chú trì đề tài
•Hố HIỆU THUÓn*,
SUMMARY
Treatment of some organic solvents in aquatic b\ advanced oxidation
processes in combination with ultrasound.
CODE No. QT-09-63
Manager: Master. Luu Minh Loan
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
Introduction
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 of 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, of which
adsorption, absorption, incineration, condensation, have been applied. However. fucli

method showed the disadvantages such as high temperature and eneri>\ required: not
effectiveness with the low content, etc. Recenth. advanced oxidation process*
(AOPs) have been effectively used for decomposition of 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 of ultrasound H->(Mo
toluene and phenol removal from water was investigated Several factors inllucnced
such as initial concentration of solvents: pH and H?0 : content were studied. In
addition the kinetics of process also was briefl} imestiuaied in lab scale'
Research Content
1. Overview in solvent contamination in water: sources : pollution and
transformation
2. Overview in v o c treatment methods
3. Investigate the removal of toluene and phenol from water b\ ultrasound
Research scope and method
2.1. Research scope
Oruanic sohents (toluene, phenol) in water samples: XOI’s and ultrasound methods.
Research method
- Literature review
- Experimental methods in lab at Institution of Environmental Technology.
VAST - 18 Hoang Quoc Viet. The experiment SNstem with Ultrasound meter
Bandelin Sonorex - Germany. The solvents were analyzed usintz HPLC -
Shimazu - Model 2010.
Research results
The findings from studies:
■ The pH is insignificantly affects on the removal efficiency, however the pi I
optimal 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
after 120 minutes .
■ 1 he efficiency of toluene and phenol remo\al depends on the initial concentration.

The efficiency decreased as the concentration increasing.
■ The effect of H2Ot content (in the range of 0-700ppm) to toluene and phenol
deposition is remarkable. As H20 2 content increased from 34 to 170 ppm. the
removal efficiency increased from 33.8 to 45.1% and from 31.1 to 40% for
toluene and phenol respectively. When H20 2 content greater than 170ppm ihe
efficiency decreased via concentration of H:0:
■ At the beginning of process the rate is in correspondence to the r kinetic. In (he
experimental systems at [H^OiJ = 170 ppm. I'= 35 kHz. t|K„ im„ = 120 min. I he
toluene was quickly decomposed in compared to phenol.
Recommendation for further study
The mechanism and kinetics of process should be further studied. The results should
be applied in the real sample to see the effect of other factors.
Research budget
Total busget: 25.000.000d (Twenty five million Y\D). The budiiet was expenditure
and payment in full as estimated.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 4
Chương I: TỎNG QUAN 5
1.1. Nguồn gây ô nhiễm dung môi hữu cơ trong niró’c 5
1.2. Tổng quan về ô nhiễm toluen và phenol trong nư ớc 6
1.2.1. Tống quan về ô nhiễm toluen trong nưóc 6
1.2.2. Tổng quan về ô nhiễm phenol trong nưóc 8
1.3. Các phương pháp xử lý toluen và phenol trong nu ó c

9
1.3.1. Một số phưong pháp xử lý toluen 9
1.3.2 Các phương pháp xử lý phenol trong nưỏc 10
1.3.3. Xử lý toluen và phenol trong nưóc dùng sóng siêu âm kết họp vói H20 2

10

1.3.4. Một số nghiên cứu xử lý dung môi hữu c o 17
CHƯƠNG 2 - ĐÓI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỦU.19
2.1. Đối tưọng nghiên cứu 19
2.2. Phirong pháp nghiên cứ u 19
2.2.1. Hóa chất, thiết bị 19
2.2.2. Hệ thí nghiệm xử lý toluen, phenol
20
2.2.3. Phirơng pháp phân tích toluen, phenol bang HPLC
21
2.3. Nghiên cứu động học phản ứng phân húy
21
2.3.1. Phuong trình Langmuir Hinshelvvood 21
CHƯƠNG 3 - KÉT QUẢ NGHIÊN cứu VÀ THẢO LUẬN 24
3.1. Kết quả xây dựng đường chuấn xác định toluen, phenol

24
3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưỏng của pH
24
3.3. Kết quả khảo sát ảnh huòng của nồng độ toluen, phenol ban đ ầu
.
26
3.4. Ket quả khảo sát ảnh huỏng cua nồng độ H 2O2
28
KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
DANH MỤC BẢNG HÌNH
Bảng 1: Hóa chất và dung môi đặc trưng sử dụng trong son 6
Bảng 2. Thế oxy hóa của một số chất 11
Hình ì. Dai phân bổ tần số sóng âm 13
Hình 2. S ự hình thành và phát triển của lỗ hống trong lòng chầí lỏng

dưới tác (lụng của sóng siêu âm 14
Hình 3 - Hiện tượng tạo bọt chân không 15
Hình 4. Mô hình hệ th i nghiệm xử lý toluene, phenol
20
Hình 5. Biến thiên nồng độ chất hữu cơ theo thời gian phán ứng.

22
Hình 6. Đường chuẩn toluen, phenol 24
Hình 7. Hiệu quả phân hủy toluen, phenol tại các giá trị pH klìủc nhau

25
Hình 8. So sánh ảnh hưởng cua pH dối với phân huy toỉuen và phenol 26
Hình 9. Hiệu quả plíân hủy toluen, pltenol theo sụ thay dôi nồng độ han dầu

27
Hình 10. So sánlì ảnh hưởng cua nồng độ chất ban dầu
đối với phân huỳ íoluen và phenol 28
Hình ỉ ỉ. Hiệu quá phân hủy toỉuen, phenol trên hệ siêu âm có mặt IIị()2

29
Hình 12. So sảnh ảnh hưởng của nồng độ H20 2đối với phân Ituý toluen và phenol 30
3
MỠ ĐẦU
Dung môi được sử dụng phổ biến trong cône nghệ polymer nói Chung nhu' sơn. keo dán
hay vecni trong đó dung môi đóng vai trò làm chất hoà tan và pha loãns các thai kết
dính. Khi sơn lên các vật liệu sơn. dung môi là những chat lone có áp suất hơi hão hòa lớn
nên dễ bay hơi và để lại lớp kết dích. đóng rắn trên bề mặt \ật liệu. Cho đến ITBV theo
thống kê các nhà sản xuất đã sử dụng đến trên 50 loại dune môi khác nhau cho nhữne san
phẩm sơn [33]. Trong các dung môi hữu cơ. toluen và phenol là một trang Illume imiNÒn
liệu thường được sử dụng trong các nạành côna nahiệp hóa chất như: nhựa. \ật lieu toils!

hợp. giày. xăne. than đá Nước thí i chứa toluen. phenol thậm chí ở nong độ thap co dộc
tính cao và không được thải trực tiếp vào nguồn tiêp nhận.
Khi tiếp xúc với toluen ở nồng độ từ 100-1500 ppm trong một thời sian ngán sẽ sày ra
các ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương cho rmười. Tiếp xúc với none độ trorm
khoảng từ 10.000 đến 30.000 ppm sẽ dẫn đến hậu qua hôn mê và có thể gâv tư vong
(WHO. 1985). Trone khi đó. phenol có anh hưởng khôrm tốt đến sủi khoe con P‘UI'ƠĨ
ngay cả ở nồng độ rất thấp, nó là tác nhân tiềm ân aâ\ ung thư.
Các phương pháp loại bở toluen và phenol truyền thống là dốt. hap phụ. hấp thụ Tin
nhiên nhược điểm của những phương pháp này là doi hỏi nhiệt độ cao. tiêu tốn năng
lượng, vốn đầu tư lớn và chi phí vận hành cao.
Phương pháp mới áp dụng đế xử K toluen và phenol đaim rat dược quan tâm hiện IU1V là
phương pháp sử dụns. kết hợp sóna siêu âm với một chat OXN hoa khác như ();. I !>() hoặc
với chât xúc tác kim loại là muối Fe(II). l e(III). Phưưrm pháp na\ có nhiều ưu dvm như
kha năng loại bo toluen và phenol cao không anh hii'oim đên môi trườns; và chi phi thap
Xuât phát từ những h do trên dê tài: “Nghiên cứu xu lý một số dung môi hũu CO' trong
niróe băng phương pháp oxi hóa câp tiến (AOPs) kêt họp siêu âm" dược thực hiện
vái các nội dung nghiên cứu sau:
Tông quan vê ô nhiêm dung môi hữu CO' tron ti nưức: 11211011. mức dọ ỏ nhiễm,
chuyên hỏa

Tốim quan vê phươns pháp \ử IÝ chât ô nhiễm hữu CƯ trong nước
Níihiên cứu xứ lv một sô duns môi hừu cư trona nước (toluene, phenol) băne
phươnu phun oxi hóa câp tiến (AOI’s) kêt hợp siêu âm.
4
Chưong I: TỎNG QUAN
1.2. Nguồn gây ô nhiễm dung môi hữu cơ trong nuóc
Một trong các nguồn chính gây ô nhiễm dung môi hữu cơ trons nước là I lành COI1 2
nghiệp sản xuất sơn ở Việt Nam
Hiện nay. nước ta có gần 50 doanh nghiệp sản xuất sơn. liàna chục hàne sơn nươc nuoài
với trên 60 thương hiệu sơn nước. Nauyên liệu sản xuất cho neành son Việt Nam chu

vếu nhập khấu 40 - 70%. Thị trườna sơn được đánh giá là tăne trưởna mạnh 1 1 1 2°0
năm và sán lượng tiêu thụ tăng dần 30 - 50 triệu lít/năm. cỏ ba cône nghệ san xuất sơn
phô biên hiện nay đó là: sơn nước, sơn pha trong duns môi và sơn tĩnh diện. Các loại
sơn dung dịch nói chung thường chiếm từ 40-50% duna môi. Côna niỉhệ sơn tĩnh diện ra
đời sử dụng sơn bột giúp hạn chế được rất nhiều việc sử dụna duna môi hữu cư. Tuv
nhiên, giá thành sơn tĩnh điện vẫn cao, phải gia nhiệt trona quá trình sơn nên không thẻ
thay thế hoàn toàn các loại sơn khác mà thườrm dược sứ dụng đê (Éơn lot phía bên trong
các chi tiêt hoặc các sản phấm cao cấp. Dune môi dược sư dụim rộníi rãi và không the
thiêu trong ngunh cône nehiệp sơn. Với ưu điêm hòa tan được các chất, ba' hơi nhanh
trong điều kiện không khí bình thườne làm cho các chất kết dính con lại tron . sơn bám
dính trên bề mặt các vật liệu.
Qua tham khảo dừ liệu an toàn vê hóa chất (MSDS) trên một so san phàm bon cua cac
hãne sản xuât sơn lớn ở trona nước cho thây lượng, đung mỏi sư dụnu tony các san phàm
sơn như trong bane 1 dưới dSy.
Giới hạn phơi nhiềm được quy định trên thòi gian tiểp xúc 8h nsà\ hoặc 40h tuần do co
quan vê sức khỏe và an toàn nghê nehiệp (OSHA) cua Bộ lao động Mv qu\ dinh. Dấu (-)
chưa có quy định.
Dung môi thường sử dụng trong sơn như toluen. xvlen. eụl axctat. but\ I axetat. axeton.
mctanol. n-butanol. formaldehyde, etvl benzen ironu sô đo cỏ benzen dirọc cho là
nguyên nhân aâ> unẹ thư nèn ít được sư dụna. một so khác thì do >ia thanh cao nên cùn«
ít dược sử dụns trong công r.íihiệp.
Bảng 1: Hóa chắt và dung môl đặc trung sử dụng trong son
TT
Tên chất
Hàm lượng
(%)
Mức phoi nhiễm
cho phép
1
Bột nhôm

1-5
15 me m
2
Chất mang màu
1-5
-
3
Axít acrylic
20-25
_
4
Toiuen 10-15 200 ppm
5
Xyien
20-25
100 ppm
6 n-Butanol
5-10
100 ppm
7 Butyl carbitol axetate
1-5
.
8
Methanol
1-5
200 ppm
9
n-Butvl axetate
5-10
150 ppin

10 Et\ l benzen
1-5
100 ppm
11 Formaldehyde
<0.2 0.75 ppm
(Nguôn: Côn% ty son Nippon l ĩtih p/ì ÌC OOS)
1.2. Tống quan về ô nhiễm toluen và phenol trong nuóc
1.2.1. Tổng quan về ô nhiễm toluen trong nuóc
Toluen (C6H5CH;,; CAS No. 108-88-3). còn eọi là metli} lben/cn hoặc phenvlmethan
C H 3
X
c ấ u trúc hóa học cứa íoluen
Toluen là chất lỏns khône màu có mùi hãne. tan ít trong nước. Dộ tan la 0.47 g I. Khỏi
lượnii phàn tử là 92.15 aAnol. khối lượng riẻnu là 1.497 s ml ơ 20°c\ ap suất lnri ld 28.4
mm He ữ 25°c (I idc. 1991: Mabc\ Và nnk. 1982).
Toluen phan ứna như mọt lĩ. đrocacbon thõin thôn” thưònsi thvti hướng thẽ \òng thom ira
điện t.r. Nhóm methv 1 lam cho hoạt tính cua nó tanu 2 đp 25 lân so với bcn/.en trong các
phan ứns Ị13].
6
ưng dụng của toluen trong đời sống
Toluen là một dung môi phổ biến, có thể hòa tan sơn. các chất pha loâri'_ ->ơn. tàc chat
chông thâm silicon, nhiêu hóa chất, cao su. mực in. chát kết dính (keo dán). Sơn dã pha
chê. thuộc da. và các chất diệt khuẩn. Nó cũng có thê dược sư đụnu như chút chi ihị
fulleren, và là nguyên liệu thô để sán xuất bọt pohuretan. INI. lolncn CŨIIU duực sư
dụng như keo dán dụng cụ cách nhiệt poKstyren (bàng cách hòa tan sau dó han bề mặt).
Trong công nghiệp toluen dược dùna đê sản xuat benzen. hồn hợp cua ben/cn và toluen
trong quá trình BTX (Benzen. Toluen. Xylen). Khi bị o\Ỵ hoa nỏ sẽ lạo thành
benzandeh}d và axít benzoic, hai chất trune 2 Ían quan trọrm trono hoa học. I oluen có the
được sử dụng đế mở các tế bào hồng cầu tách hemoglobin trone các thí nahiệiTi hoa sinh
[15]. ^ “

Toluen cũng dược sư dụng như là chất làm mát trone chu kỷ hệ thốna phan ínm hạt nhãn,
và được sử dụna tron a các quá trình loại bỏ cocain từ lá coca khi san xiiât nước imọt
Coca-Cola. Ngoài ra, toluen cũns. dược sư dụng tronu khí \ãne dô làm khuếch dại octan
của các dộng cơ đốt trong.
Nguồn phái sinh toluen vào môi trường
Toluen di vào môi trưởne khi sử dụnu các chât chứa nỏ. như các loại sơn. chài pha loàny
|ơn. chât kèt dính, son móng ta\ và khí dôt. T0 I11B 1 có trong nước mặt sá imước imâm
(các íiiếns). đất qua quá trình tràn dune môi va các sản phàm dâu mo khi các h chứa
ngâm ở các trạm xănti dâu và các nhà máy khác bị rò rí.
Khi các sản phâm chứa toluen ở trone các bãi chôn lâp hoặc hài XII l\ chat thái, loluen cỏ
thê xâm nhập vào nauôn đât và nước sân khu vực nàv. ['olucn \ hôiiíi ihườnu xuyên cỏ
mặt troníì môi trườna: nó nhanh chóntì bị phân lun thành các hợp chát hỏa học khảc nhờ
các vi sinh vật trong dàt và ba\ hơi khói nước mặt và đát mặt. Khi di chinfii đen nước
mặt. toluen sề bay hơi vào trorm khỏrm khí.
Tolucn có thế bị hấp thu bưi cá. tôm. cua. sò hên. các loại thực \àt. và các loại dụns \ật
sons trorm nước bị nhiễm toluen. nhưne nó khône tập trung hoặc tích lìi\ den nồng độ cao
vì hầu hêl các loài độns vật có thê phân huv toluen thành các hợp cliìt khác. Bác hợp chât
nà\ sau dó được bài tiêt ra ngoài [16J.
Anh hướng cùa tơỉuen đen sức klíóe
Khi hít thở không khí chứa tolncn. toluen sè di trục tiẻp \ùt) tnầu từ phôi. San khi Vdo co
thê. hơn 75% toluen dược loại b- tron a 12 giở [18]. Nhìn chung, cơ the sẽ dnụèn toluen
thanh các chất ít dộc hại như a\ít huppuric.
Mòt trom’ nhũng ành hướiiỊi nghiêm trọníi của toluen là nó anh hircrng đền nào hộ. Toluen
cỏ thê °à\ ra chứng dan dìu và buồn ngu. \a co thẻ làm MI\ giam kha nang S(.|\ imhĩ. Mức
độ nhiễm toluen phụ th-uộc vào lượng tiêp nhận, thiri Siian tiôp MIC. >cu tô ỊLiôi tác vá di
truyền Nhicm tolucn ơ nón Ị độ tháp \à trim ti binh. SỊiu mội ima\ tiép \uc (V IKTÍ him \ lộc
" 7
có thê gây ra mệt mỏi. nhầm lẫn. thế trạne yếu ớt. hành độn« siốne neười daim sa\. eiam
trí nhớ, buôn nôn, và mât sự ngon miệne khi ăn. Nhừne triệu chứnu nà\ thirờnii hiên mãt
khi không còn tiêp xúc với toluen. Sau một thời eian dài tiẽp xúc hàng ngà} \ới toluen ơ

nơi làm việc có thể dẫn đến mất khả nãng nehe \à nhìn màu [18].
Nếu tiểp xúc với một lượng lớn toluen trong một thời gian neẳn. đâu tiên sè cam tha\ bị
mê sáng. Nêu tiếp tục tiếp xúc, sẽ bị hoa mat. chóng mặt, buồn nmi. bị ngất, hoặc ihậm
chí có thề tứ vong.
1.2.2. Tông quan về ô nhiễm phenol trong nưóc
Phenol là một loại hợp chất hừu cơ mà trong phản lư có chứa nhóm h\dro\yl COM) liC*n
kết trực tiếp vào nhân benzen (nhân thơm) [14].
Phenol đơn chức, chứa một nhân thơm, 2 ốc hydrocacbon liên kết vào nhân thom khỏna
có hay nếu cỏ là gốc no mạch hở CnH2n - 2 -8- |0H — Cn H2n -OH
Phenol đơn giản nhất là CftHs“OH. Phenol đơn liiản nhất còn có các ten: hidroxy- ben/en.
axít phenvlic. axít cacholic. Chất này là chất ran. tinh thê khône màu. có mùi dặc trưng,
nóng chay ỡ 43°c. sỏi ở 182°c. Mặc dù có kha nâng tạo liên két h\dro \ới nước. nhưnu
phenol tan ít trong nước lạnh (9.5g/ỉ00iì nước ơ 25°C). do nồc hyđmcacbon 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 khối 1.072 (khối lượng riêna 1.072 Ịỉ/ml.). Phenol cỏ lính axít veil.
Phenol cỏ tính sát trùna. rất độc. tìây phỏne nặntỉ khi rơi vào del (làm phòiiii da) 114Ị
Cấu íụo phũn tứ phenol
Một số úng dụng cùa phenol
Phenol dược dùna dc điều chế nhiều dược phâm như aspirin làm giam dau. hạ nhiệt,
phòns và chừa huyết khối: axít salicilic là thuốc giam đau. hạ nhiột. chông \iOm). mcụl
salicilat (dầu norm, làm íiiãm dau trong các chứng \ iêm thấp khớp, dau cơ).
Phenol cũna được sư dụn£ đê điòu chế phấm nhuộm, chái deo {nhựa bakclíl la một hỗn
hợp cua phenol-focmandehyd ). tơ tông hợp (n\lon-6.6 ). thnỏc iliệi co \á cùng là
chất kích thích tố tlụrc vặt (2.4-1). là muôi natri cua axỉt 2.4- didophenoxkixctie. 2.4-
(n > 6).
Ci2C6H30 -CH2C0 0 Na ). thuốc nổ (axít picric), thuốc diệt nấm môc (octho- và para-
nitrophenol, o- và p-OiN-CftHjOH ). Neoài ra. phenol cỏ thế dims irụs tiếp làm cliat sát
trùng tẩy uế [14],
Nguồn gốc ô nhiễm pltenol trong nước
Các nhà máy sản xuât dược phấm có các mặt hàna thuốc eiảm đau aspirin, axít salixilic

trong nước thải vệ sinh thiết bị. dụng cụ sẽ thai ra phenol. Tại các cơ sa san xuất hạt điều,
trong nước thải ngâm ủ hạt và vệ sinh nhà xưởrm có chứa nhiều dẫn xuất cùa phenol.
Phenol được sử dụng trong 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 trong canh tác norm nuhiộp do nmrỡi nône
dân thiêu ý thức, vứt bừa bãi chai lọ đựng thuốc diệt cở có chửa phenol ra dóne. mọn® [ 21.
Ngoài ra, phenol còn được sử dụng làm chất sát trùno. gâ\ tè (ChlorascpticK spray), làm
bong tróc lớp tế bào chết (trong chiền tranh thế '.lới II). tấy Iiẽ (hồn hợp phenol và
clorofom là một hồn hợp thường dùng đế ta\ DNA tronu neành sinh học phân tư) và
lượng dư phenol trong quá trình sử dụng sẽ phát tán \ào moi trường 'lù- ra tinh trạ nu ỏ
nhiễm
Độc tính cùa phenol
Đối với con người, khi tiếp xúc với phenol trong khôna khí có the bị kích ứnụ dường hò
hâp. đau dâu. cay mũt. Neu tiêp xúc trực tkp với phenol ơ nôn ti độ cao có thv tzãv hon ti da.
tim dập loạn nhịp \ à cỏ thê dần đen tứ vong.
Phenol cũnu gâv tác độne mạnh theo đườne tiêu hóa. Khi ăn. uông phai một lượn ti phenol
cỏ thể gây kích ứng. bởng phía bên trone cơ th- và <ia\ tứ voniì O' liàni 1ượiiíz cao. I ình
trạng bị kích ứng và ảnh hưởna cũne xả\ ra tưưna tự đôi výri cac loài dọng vật khi tiẻp
xúc Với phenol [21].
1.3. Các p huong pháp xử lý toluen và phenol trong nuóc
1.3.1. Một số phưong pháp xử lý toluen
Toluen thườntì được xư lỵ theo 5 phương pháp chính sau [201:
■ p.hưứng pháp hap tiụt hơi bơnv iliiny môi hòa tan: Sir dụns 1 dung mõi hữu CO' co kha
năne hấp thụ toluen. Sau đó tolucn được thu hôi hang cach nung nóng \à hút ra từng phân
hoặc imưns tụ ỏ nhiệt độ tháp
■ Phitw inphái2 dổi: I olucn dược dốt a khoánu 800 c . I '11 diêm cua phương phap nà\ là
quá trình dốt sinh ra 11 ước \à C()i. Tuy nhicn ư nhiệt dộ na\ sẽ tạo thành các khí như niur
oxit và Ciiebon monoxit lam íiicíin hiệu suat cua quá trình chá} vu tạo ra một lìguòn thai
NOx. Vì \ậ\ phuơnư pháp nà} luôn phai di kèm \ới các phương phup thu hôi pũiiLL như
\ư lỵ NC)\ đirơc sinh ra.

9
■ Phương pháp hấp thụ cacbon tải sinh hay đốt chav hoàn toàn: Sự hút bám caebon tái
sinh xảy ra khi luông khí đi qua môt lớp đệm cacbon đã được họat hóa. Cac hợp chất hữu
cơ dê bay hơi đuợc hâp thụ vào cacbon. Nước và toluen được thu hồi thônc qua quá trình
nuưng tụ.
■ Các tủm lọc sinh học: Hệ thône lọc sinh học sư dụng vi khuân để làm íiiam hàm lượne
toluen. Nói một cách đơn gián, hệ thống lọc sinh học hoạt độiiií bãim cách hút khỏnu khí
ô nhiêm, làm âm dòng không khí và sau đó định lurơns dona không khí đi qua một mitng
đệm lọc có chứa một lượng lớn nhiều lọai vi khuãn khác nhau. Các \i khuân sú' dụng
toluen như một nguôn thức ăn và biên dôi chúne thành hơi nước và C(K
■ Hap phụ: Sử dụng một chất hấp phụ (thường là than hoạt tình) để hấp phụ toluen.
1.3.2 Các phuong pháp xử lý phenol trong nuóc
• Hâp ph ụ hãng than hoạt lính: Nước thải có clúra phenol dưọc dio cha\ trục
tiếp qua bè lọc với vật liệu than hoạt tính, tại đa\ than hoạt tính sẽ tiiừ lại phenol và các
hợp chât hữu cơ khác. Sau một thời gian hoạt độníì. than hoạt tinh SC SUY giám \à mát kha
năng hâp phụ; tiến hành tái sinh đê khôi phục hoạt tính cùâ than 12 ].
* Xii lý bàng các tác nhân OXY hỏa mụn/i: Sư điinu các tác nhân o\\ hỏa mạnh
như H2O2, o/on. clorin. hệ Fenton đê oxv hóa phenol trong nước thai tạo thành nhừne
hợp chât hữu cơ ít ô nhiễm hoặc chuyên hỏa triệt dê thanh c ộ i và 11?().
1.3.3. Xử lý toluen và phenol trong nuóc dùng són« siêu âm kê! họp vói HịOỉ
Giới thiện về H 2O2
Hị02 là một chất lonn màu xanh nhạt, thườnn xuât hiện dưới clạne chat Ions hòa tan
khône màu. nhớt hơn nước. Là một axít vêu và có tính DJV hóa mạnh vi ihê I IiGỉ la chai
tẩv trẩne mạnh và được sử dụng rộna rãi tronố quá trình tây trăng giu>. niioai ra nỏ ŨH12
đươc sử dụne như là chất diệt khuẩn, chất OXỴ hỏa. chàt khử trùng 120j.
Hydrqgen peroxide (Hjơ2.) thè phân hu\ tự nhiên thành nước \ à o.\\. 1 hông thưòiiii nỏ
phan ứne như là một chất OXV lỏa, Illume. có nhièu phan ứng trong đó nó phan ứng như là
chất khư. íiiai phóne ra 0 \' nlur la san pliám phụ. Nỏ cũng ràt nhanh chóng tạo ra caĩ
peroxide \ ỏ cơ \à hữu cơ [ 13],
a. Pnan ứnz phân huv

H\droeen peroxide thôn° thườne phân huy theo phan ứng toa nhiêt thanh nước \a khí
OXV một cách tự nliien:
2 11'(): — 2 11^0 (>: - Nhiệt luọng (I)
Sự phàn húy diễn ra nhanh hon trong chât kiem. \i iliL J\it thuừng dirọc ihcm vào như lề
chàt ôn định.
10
Khi có mặt một chât xúc tác nào đó. như Fe1 ha\ Tị . sụ phân hu\ có thê diễn ra theo
cách khác, với các gôc tự do như HO* và HOO* được tạo ra. Tô hop cua 11-0- và Fe
được biết đến như là thuốc thử Fenton.
b. Phản tfflg oxy hóa - khử
Trong dung dịch nươc. hydrogen peroxide có thê oxv hóa hít\ khư nhieu loại ion \ô cơ.
Khi nó như là một chât khư thì khí oxv được tạo ra. I rons dunạ dịch ax.it ion sít Ftf bị
oxy hóa thành ion sắt Fe’
2 Fe2 dd - n 20 2 + 2 Ị r dd- 2 F c'\1(1 1 HjO (2)
Ngược lại. trong môi trường kiềm Fe'* bị khử thành Yc2'
2 1 - HjO: 1 2 OH — 2 Fc ’■ ■+ 2 1120 Q: (3)
Hydrogen peroxide thường xuyên dược sư dụna làm chất khư tron tí hoa hữu cơ. Một ứim
dụng là đê oxy hóa các thioete thành các SLinfoxil f 13|.
c. Phán ứng íao thành các hơp chat pero xide
Hydrogen peroxide là một axít yếu (pll 4.5). và nó có thè tạo ra (.ác muối Inđrọaen
peroxide, peroxide hay các dẫn xuất cùa nhiêu kim loại.
s Um> dụng của H đôi với môi Ị m àng
H2O2 là một trong những chât o\v hóa mạnh nhất, mạnh hon clo. do dioxit. \à KMnOị.
Qua sự xúc tác. H2O2 CÓ thê được chuyên thảnh các í>oc *0 1 1 vủ hoại dộn£ mạnh ihứ 2 ch 1
sau flo (bane 2) [19].
Bảng 2. Thế oxy hỏa của niột số cliất
Chất oxv hóa
Thế oxy hỏa, V
Flo (F; )
3.0

Gốc *OH
2.8
Ozon (Oj)
2.1
HiOi
1.8
KMNO,
1.7
Clo đioxit
1.5
Clo(CI)
1.4
HiOi đirơc SU' duna irons’ không khi. nước, nirớc thai, dãt \à hùn. Phụ thuộc \a o tìrnu doi
tươtV’ I1->Oị có thê dược SU' ilụnu ricìiíi lẻ hoặc kết hợp \ới các qua trình khác f1ê làm tănu
hoạt tính.
a. Các ứng du ns cua H ị Oị
- Khử mùi: Oxy hóa hydro sunphua. các mecaptan. amin và andehyd. HịO: cỏ thẻ được
dùng trực tiêp trong nước chứa các chât thơm, hoặc dùng trons má\ lọc khí do loại bộ
chúng khỏi dòng không khí. Nêu mùi được sinh ra từ cac hoạn dộng sinh học. 11 () ’ co thể
được thêm vào để khư mùi sinh ra trong câc điều kiện kị khi
- Chông ăn mòn: loại bo clo và khử lưu huỲnh cố trong các hựp chat thiosunlat. Ịiinllt. \a
sun la những chât tạo ra axít ăn mòn khi naưna lụ trên các thièt bị và bị ow hóa hoi
không khí.
- Loại bỏ BOD/COD: oxy hóa ca chất ô nhiễm hữu cơ và \ò cơ những chất ụốp phàn làm
tăng BOD và COD - xúc tác. H20 2 có thế dược sư dụno dò o\\ hỏa các chai hỏn \ửnu
H20 2 cũng có thế ảnh hưởng đến việc loại bo BOD/COI) bẳtìg cách tăim cườim dặc lính
cua các quá trình khác
- Sự oxy hóa chấl vô cơ: Oxv hóa cyanua. NOn SOv. nitrit. hidra/in. cachon sun lua. và
khứ lưu huỳnh khoi các hợp chất dã dược dề cập ư trên (khu mùi chang ăn mòn)
- Sự oxy hóa kim loại: Oxy hóa Fe (II). Mn. As. và Se đổ làm tãrm kha năn.y, hấp phụ. lọc.

hoặc lănR của chúnu khỏi nước sản xuất và nước thai.
- Khư độc/ tăng cườrm kha năna phân hu\ sinh học: Vói SỊI' xúc tác. Cck chát hii'11 cơ phức
tạp sè bị phàn huy lliành các chat nho hcrn. ít dộc hcrn vá dễ phân lui\ sinh học.
b. Các ứ ns clung íãiìQ cường /H -iQ' ké! hop với ! qua trình khai ị
+ Keo tụ/ kêt tủa: Oxv hóa các phức kim loại vã tăng c ườn li đặc tính cua các chât keo tụ
vô cơ.
+ Xử lý sinh học như một phương pháp tiên xứ 1Ý: phàn hu\ chát dộc. chât khó chav hoặc
các chat hữu cơ ngăn can phàn hu\ sinh học thanh các chat cỏ kha năụg pliân huy sinh
học. Khi kết hợp \ói H5O2 sc cune cấp một nsnon bô suno cua o.\\ hoa tan tại chỗ. Như
là một bước khư sạch phá lun mức dộ vet cua các chát hữu én qua \ư K sinh học. cuiiíì
cấp lợi ích thứ cấp là khư trùng.
+ Hấp phụ cacbon: Tăng cườno sự hấp phụ cua nhiều chai ô nhiễm tronu khi cung cấp
oxy hòa tan để hồ trợ lơp cacbon hoạt tính (tăng cường hiệu qua loại ho)
+- I hiểl bị lọc khí: Thay thế elo rrony việc khư mùi khí \à klur cac v ọ c. I u\ thuộc tuns’
đối tirợna ô nhiềm. các phuoriìí pháp xúc lác hoặc 0 \\ hoa tiên liên có the can tliiêt.
Giới thiệu về siêu âm
Són« siêu âm là sónu dọc. là quá trinh truyền sự co lại vá gian no cua chãi long, làn sổ
Ihườne sir dụ nu Ironã cac más sicii âm la 20 kH/ Cíto hon 11Ị ườn g nhận biêi cua tai iiLurưi
(từ vài ỉ\z đến 16 kH/).
Trong thực nghiệm, có ba phạm vi tần số tươna ứne với ba vùns sư tlụns cua SÓI12 SÌCLI
âm []]:
1) rân sô cao (2000-10000 kHz), dùnu trone y học đê chuân doán.
2) lân sô trung hình (300-1000 kHz), thườne được sử dạne trona các thict bị làm sạch
băng siêu âm trong phòng thí nghiệm.
3) Tần số thấp (20-100 kHz).
Vừng không nghe được

-
► <4—
0

10
V ù n g nghe đirợc
10-
]()
► +
V ù n u sièu àm
□
Coil ngưòi
có thê Iighc dưọc
í 16 H z- 16 k H z )
N ă ng lượng SỎI1ÍZ siêu âm Vùiiíi mo rộn li
(20 kll/ 100 k llz ) sóng sicu ânì
L à ỉìì s ụ t ỉ ì ( l O O k l l / 2 M I I / I
H ù n n h ự a ỉ l ó it citn
H ó a ũ ỉìì
□
Tàn sô cao
(2 M I I / I 0 M M / )
) h ọ c
P h a n líc h ỉió d ho e
Hình /. Dái phân bô tân sô sóng ăm
Khi sỏna siêu âm lan truvên nó làm biên dạrm nén iiiàn mỏi trườnii. do dó cỏ nơi mật cỉộ
môi trườna 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
trốna vi mõ. Nếu 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 phân huy các hợp chất hùu cơ (HCHC).
Phươns pháp siẻu âm cùne 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 ứne dụna từ làu trona các lĩnh vực V học. hoá học. cỏng nghiệp, mạ diện I L1\

nhiên ẹần đây nsười ta đà thấ\ phươns pháp nà\ con co thừ loại bo một sô liựp chái hữu
CO' trona môi trườn2.
Sguyên 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 phân tứ chất long ra xa nhau. Nêu cường dộ sièu âm du mạnh thi ->ự
oiàn nở nả\ sè tao ra nhừna lồ hổng trong chât long. Khi dược hình thành. các bọt khi nho
bị chiếu siêu âm sẽ hấp thụ năng lượng từ sóng siêu âm \a plìát triền lên. Sự phát triền
cua các lỗ hồng phụ thuộc vào cuờim độ siêu âm. khi aroỉiL! độ siêu ÍÌ
111
cao. các lồ hônu
13
nhỏ có thê phát triên rất nhanh. Khi cường độ siêu âm thấp hơn. các lồ hone \Udt hiọn
theo một quá trình chậm hơn.
Sau nhiêu chu kì siêu âm, lồ hổn° sẽ phát triển. Lỗ hôns có thè phát triển đén một kích
thước tới hạn mà tại kích thước đó lồ hona có thê hấp thụ hiệu qua nanụ lượim cua song
siêu âm. Khi lô hông đã phát triên quá mức. neav cả trone trường hợp cườne dọ siêu am
thâp hay cao. nó sẽ không thê hâp thụ năna lượne siêu âm một cách có hiệu qua diiực nữa.
Và khi không có năng lượng tiếp ứng, lỗ hổng khôna thê tồn tại lâu được. Chat lons ớ
xung quanh sẽ đô vào và lô hông bị suy sụp. Sự SUN sụp cua lồ hône tạo ra niỏt mòi
trường đặc biệt cho các phan ứns hoá học - các điểm nóns (hưt >pot). Tại các điềm nóng
nhiệt độ vào khoảng 5000°c. áp suất khoáne 1000 at. thời gian sõnu nho hơn một nil \à
tôc độ tăng giám nhiệt trên 1010 (mười tỉ) K/s. Do đó. siêu âm hoa học được tạt) ra do tòc
độ làm nóng bọt trona thời 2Ìan ngẳn tưưng tự như sự quang phân tia tTồụg nuoại nhiều
photon.
Ap SUỐI
ảm
Sóny nỏn I
Thay đỏi
Kich th jc c
lò hòng .

ĩhoi Ọiar
Hình 2. Sự hình thành và phát triên cua lỗ hông trong lòng tha t long
dưới túc (lụng cua song siêu âm
Hơn thế nữa. có thê quan sát thấy neay trước khi \ỡ các bọt khi ironã nmrc. áỉc họt tạt)
một tia sána aọi là "sự phút quang du siêu âm", khi quét pho phai \ạ. dà quan sát thâ\ pic
ở 310 11111. Từ sự phân chia các khí nén. tạo ra sụ hình thanh cac gôc cỏ năng lượng cao
như các sốc *OH. H*. 0*- 110?
Khi chất lóng bị nén lại thì những bọt khí trong chớp măt 5ẽ \ỡ tan ra. Quá trinh YỠ bọt
sinh ra nhữn luồne sỏnu xunii kích nho rất mạntì. được gọi là "hiện tượng íạo bọt chân
khôna" Ị 17].
ị
• -*
điõm
nónq
1 ị
Bước sóng cố định
áp suất thấp
Sự mở
rộng bọt
Sự vờ
bọt
Sự phát
sáng
Hình 3 - Hiện tượng tạo bọ ỉ chân không
Cơ chế siêu âm trong phân húy họp chất hữu cơ
Quá trình phán huv các hợp chất hừu cơ XÍIV ra qua hai cơ chê chu \ếu 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 trone suốt quá trình sicLI âm dune dịch được khơi dằu bơi
phan ứng nhiệt phân phân chia các phân tứ nước xay ra như sau [91.

Siêu àm
2 OM 4 2 H « » H20 : - H: (4)
IU ) <-> ‘O l l- H ’ (5)
2#OI I -> \ ụ h (6)
(): f 11' H íV ( 7)
20: -> 2 0 (K)
()^ỉl:() >2 ’Oil (9)
2110/ -> I1:0 : - (): (10)
*011 +- HC11C —» San phãm phụ cua quá irinh 1>\\ hoá (11)
15
Khi tiên hành phân hủy các HCHC. 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 2 ốc *OH và H■<()->. Ọuá trình siẻtt âm tạo
ra hàng nghìn bọt trong nước, nhiệt độ trong bọt cao lèn tới 10.()(K)-3().0()()V làm cae hợp
chât hữu cơ bị phân huy và hoá hơi trone duna dịch. Nhiệt dộ vùng xuna quanh bọt vần
rât cao khoảng ÌOOOV. lạo ra các eốc *OH có kha nãng oxy hoá các hợp chãi liĩru cư [ồ].
ứng dụng của siêu âm trong môi trường
Siêu âm được coi như là một trong nhữns phương pháp o\\ lioá cấp tiến bơi vì nó dần
đên sự phân hu\ nhanh chóng các chất ô nhiễm trong moi trường nươc. Quá trình siêu àm
có thê được sử dụng trong trườna hợp như là một hum- ticn 0 1 \ hỏa trước khi xư 1\ sinh
học. Tương tự, xử lý siêu âm hoá học có thể được kết hợp với các kĩ thuật khác đê tăng
hiệu quả quá trình phân húy. Các kỹ thuật siêu âm có thể là phá huv harm siêu âm quang
hóa học và phưưng pháp siêu âm điện húa [ 51.
Phương pháp siêu âm kết hợp với H2()2
Cơ che chính trong sự phân huy các chất ô nhiễm sứ dụno quá trình tạo hot ki sụ phát sinh
và tân công của các 2ÔC tự do qua một vài phản ứna đã dược giai thích phu hợp với thuỵêt
điêm nóng (hoì-spoí theory) (các điều kiện tại vùng dicni nóne dược tạo thanh là nhiệt độ
và áp suât rât cao). Trong qua trình na\ lây ra hiện tượn 'sựphát (ỊIKIIHỉ do siêu âm
Đây là quá trình chuyên hóa sóne âm thanh thành chớp ánh sáng, tập trung nănu lượim
âm thanh thành các diêm nóng nhâp nháy rât nho hèn tron1' mot boii'i bọ nu 1221.
Anh sáng phát ra sẽ dỏne vai trò như bức \ạ u v quar I phân mộl phần lứ IM). tạo lei 2

phân từ gốc *OH [ 1 ]
Siêu âm
H_ì02 +/?!.' -» 2 *0H
(12)
H:Q2 + HO;* <-> *()H * 1I;() • ()|
(13)
H:0 : > I'C • H02'
(14)
H2ơ 2 + H* -> H:0 + *0H
(15)
H2O2 -> JH 2O - 0:
(16)
Dỡ đó. quá trình siêu âm kết hợp với 11:0: co ché điẻu khiên cũng lồ sự tân còng cua các
oẪ- tư do. sư dune hvdrosen peroxide dô tăng cirừạo tôc dọ phản hu\. Phan ứng phàn huv
thuận nahịch của hydrogen peroxide sè giai phóng ra các gôc tụ do. Khi kêt hợp II:0. xới
sự tạo thành hot cua quá trình siêu âm sè tạo ra nhiều gôc tụ do hon. I ll) nhiên nong độ
của hvdrojgpn peroxide lại don ti vai trồ chu \ôu tTQnu \iộc lăng CƯƠI1U hiệu LỊiiá cua C]ua
trình két hợp này. Một mạt H:0 : hoạt dộim như một nguồn cung cắp các gôc lự do hãnu
phan ứno phân huy. mặt khác nó CŨI1 2 hoạt động như một chat giữ các uóc tu do qua phan
ứn« tái kòt hợp với gốc *0 1 1. lam giam toc dộ ham lượng gôc * 0 1 1 tronc dung dịch \a
giảm phàn hu> tống cộnụ. lUrực gíái thích ihầữ phương trình I 14) 11 I |:
16
OH + H20 2 —* H20 + h o
(17)
Vì thê hiệu quả của quá trình kết hợp sê phụ thuộc nhiều vào kha năn2 sứ dụnii các £ổc tự
do đê oxy hóa các phân tử ô nhiễm trong một khoang thời eian cụ thẻ. Các thỏns sổ như
pH, mật độ dòng chảy rối tồn tại trons thiết bị phản ứne. trạnu thái tồn tại (phân tử hoặc
ion), đặc tính (ưa nước hoặc kỵ nước) của các chất ô nhiềm naoài ra nồna dộ ỉ 1:0:. none
độ của chât ô nhiêm và thành phần của dòng nước thải là nhừna yếu tố chu \èu cằn dược
phân tích trước khi chọn phương pháp xử lý là phươne pháp ox\ hóa kết hợp siêu âm và

h 20 2 [10].
1.3.4. Một số nghiên cứu xủ' lý dung môi hữu CO'
Trên thẽ giới đã có nhiều phươntỉ pháp loại bo durm môi trong nước thài được nghiên cứu.
trong đó phải kê đến các CÔĨ12 trình như:
N. Wibowo, và L. Setyadhi (2006) trưởne đại học Suraba\a cua Indonesia, dà nuhicn cửu
khả năng hâp phụ toluen và benzen trong nước thải bãng than hoạt tính sau dó tái sư dụna
than bằng nhiệt dưới dòng khí Nt và a\ít HNO> Kết quà ntihiên cửu bề mặt hóa học than
và kha năng háp phụ cho thấy tái sư dụns 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 trong nước thai băne cách sử dụnt> bùn hoạt tính nhưníi nâne cao hiệu quà bãiiỉi
cách tạo phức toluen với RM-p-cyclodextrin đe neãn chặn quá trình hay hơi cua tolucn.
tạo thuận lợi cho quá trình phân húy sinh học.
Dorota Paneka và Krvstvna Koniec/ny (2007) trirờrm dại học Silesian IMiiìn I an dà
nshiẻn cứu loại bỏ toluen trong nước thai bãna phương pháp mànìi PoKđimetx losiloxmic
(PDMS). Nghiên cứu nà\ so sánh hiệu qua xư lv màrm PDMS có trộn them lỉìan và
khôns trộn thêm, hiệu quả xử lý đạt từ 90-93%.
Kwang Joone Oh cùne các cộne sự (2006) tại trườnu đại học Busan l-ỉàn Quỏc dà rmhiên
cứu loại bỏ benzen và toluen trong nước thai bàns vi sinh nhờ phương pháp phan ửrm
sinh học trone môi trườrm đệm lone. Nehiẻn cứu cho thâ\ vi sinh dược sir dụnii lâ\ tử
quá trình xứ lý bùn hoạt tính, trone mô hình phòne thí nghiệm ơ diêu kiện nhiệt dộ 30"(’
và pll = 7 kha nãna phân huy benzen là 45.2 mg/Ksiờ. đôi với toluen ơ nhiệt độ 3(í“C' và
pi 1 = 8 là 44.4 ms/I/siờ.
Tại Việt Nam đà có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về kha năng hàp phụ cua than hoạt
tính, tronti đó phai kể đến Viện hóa học. Viện Công nghệ Mỏi trường. Viện khoa học VÌ1
Cônm rmhệ Việt Nam. Dại học Bách Khoa ỉlà Nội. Dại học Bách Khoa IP lỉ('\1. Dại
Học Khoa học Tự Nhiên I là Nội Các nghiên cừu nà> tập trung vào ừng dụng \ư K môi
trườne như xử IV khí thai, nước thai dệt nhuộm, chât hữu cơ va ca nước dmiLỉ cho sinh
hoạt. Lẽ Văn Cát củna cộnii sự (2001) nehiên cửu với công trinh "danh gia kha năng hap
phụ chát hữu co- cua than hoạt tính trong công nghệ xu K mrớc" dược dưa ra tại háo cáo
khoa học. hội nghị xúc tác và hấp phụ loàn quốc lân thứ hai

PAI HỌC QUOC G ia ha noi
TRUNG Tâm thòng tin thự viện
17
Lin và nnk (1996) là một trong những người đầu tiên nghiên cứu về sự ang cường tóc đq
phân hủy băng hóa siêu âm của 2-clorophenol sử dụng hydrqgen peroxide. Anh lurơiìg
của các thông số hoạt động khác nhau bao gồm nồng độ cua h\dro°en peroxide dã dime
nghiên cứu trong thiết bị siêu âm ở tần số 20 KHz. Sự phân huv tủa 2-domphv.Miol dược
kêt luận là hiệu quả hơn ở pH nho hơn và khi tăng biẻn de siêu âm \à nônii dộ cua 11-0 .
Hiệu qua phân hủv được tăng cưừng tôi đa đén 57% với tai lirựTig IndroLicMi peroxide Li
500 mg/1 cho nồng độ ban đẩu của 2-clorophenol là 100 me 1. Tu\ nhiên, kiếi qua cua
nghiên cứu này không chỉ ra nồng độ tối ưu cua hydrogen peroxide f7jj.
Visscher và Langenhove (1998) đã nghiên cứu sự phân huv cua o-clorophtMiol sir đụng
siêu âm và siêu âm có bố sung hydroeen peroxide tron2 thiết bị siêu âm ơ tàn sô i 18 kl I/
và cône suàt tiêu hao nhiệt lượm’ là IX.2 w. Nuhièn cứu dã chi ra ránu hint số tốc độ
động học cho sự phân huy cua o-clorophenol trong sụ cỏ mặt cua hydrogen peroxide tàng
khi tăng nồng độ cua hvdrogen peroxide và dạt toi da ồ khoaníỉ 25% với nông độ
hydrogen peroxide là 100 mM và nồne độ ban đầu cua o-clorophenol là 0.362 mM. I UJ
nhiên, khi tăng nồng độ chất ô nhiềm sự tăng cường phân huv tôi da giam [ 1()|.
Trone một níỉhiên cứu gần đâv. Teo và link (2001) dà chi ra răníí tôc dọ ban ddLi cua sự'
phân hủ\ 0.4 mM dung dịch p-clorophenul trõíia thiêt bị siêu âm cò tân sô la 850 kl I/
cõng suat tiêu hao nhiệt lưựng là 140 W' \ ới dunu lích là 100 ml dược lăn” t(Vi l()()'\> khi
tàng nông độ hvdrocen peroxide từ ơ dến 20 mM: tu\ nhiển nên tiêp tục tanu nong ctộ
hydrogen peroxide tới 40 niM. sẽ anh hướne den toe dộ phàn IniM p-doropticnol \à khi
vượt quá none độ 40 mM tốc độ phân hiiv sẽ eiam. Vì thê nông dộ tòi ưu cua Inclrouen
peroxide là 20 mM. với tỉ lệ mol tối ưu là 50:1 [ 1 í) ] .
IX
CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cử u
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Dung dịch toluen 99,9% (Merck); chất chuẩn phenol 98% (MertA)

Mầu nước nghiên cứu là duna dịch tự tạo. Dung dịch tolucn (C'o = 41 ppm). duim dịch
phenol (C() = 60 ppm) được hoà tan trona nước ở điều kiện pH truna tính.
2.2. Phưong pháp nghiên cứu
2.2.1. Hóa chất, thiết bị
Các hóa chấí sử dụng trong nghiên cứu
♦ Dung dịch toluen: Merck 99.9%: d — 1.497 g/inl; dộ tan là 0.47 ậ/1
♦ Phenol dạng bột: Merck 98%: d = 1.072 g/ml: độ tan là 9.5. ạ lOOu
nước ở25°c
♦ Duns dịch H?0? 30%: d “ 1.11 S' ml
♦ Axetonitril: Merck 99.9% de chạ\ pha tlọnu mav 1 IPI.C
♦ Metanol (MeOH): Merck 99.9 % dê chạ_\ pha dộnu ITK I IPI.Í
♦ Axít photphoric H-iPO^; HCIO| đê chinh pi I \i\ tạo môi trươnu axit
cho pha động ma> HPLC
♦ Dung dịch KOH 20% đê chinh pH
Các thiết bị su (lụng trong nghiên cứu
♦ Máv HPLC - Shiniazu - Model 2010
♦ Má\ siêu âm Randelin Sonorcx - Đức
♦ Máy cất nước Millipore Waters milli - ọ (18Qm) Anh
♦ Cân điện tư AEA - 160 DG (e mg) - Anh
♦ M av khuvííỵ từ Jen\va\ - Model 1000 - I rung Quốc
ly
2.2.2. Hệ thí nghiệm xử lý toluen, phenol
+ Mô hình thi nghiệm
Nồng độ ban đầu của dung dịch toluen được pha là 41 ppm. Nằn li độ ban dầu cua (.lu nu
dịch phenol được pha là 60 ppm. Cho thêm 1 ml H2(K Sau đó durm dịch dược dưa vào
máy siêu âm ở tần số 35 kHz. cường độ sóng là 750 w ill2. Thể tích dunti dịch là 20(1 ml.
Thời gian thí nghiệm kéo dài 120 phút.
Dưới đây là mô hình phản ứng thí nghiệm với máy siêu ăm Bandelin Sonorex
Bình phan ínm
\1á \ sièu âm

Hình 4. Mô hình hê thỉ nghiêm
m n #
xử ỉý toluene, phe no Ị
+ Khảo sái ánh hưởng Cíía p ỉỉ
Các thí nghiệm được tiến hành với dune dịch toluen. phenol tự pha \ới ntW độ ban đầu
lần lượt là C()= 4] ppm và C(, = 60 ppm. Nồng độ H2C>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 bằna durm dịch axít HCIO^ VÌ1 dung dịch kiềm KOH. Thơi gian thí nghiệm kéo
dài 120 plnìt. T hòi sian lẩv mầu: liồn e độ cua toluen. phenol được phân tích theo thoi
£Ìan dê xác dịnh hiệu qua 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 quá 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 má\ 11PLC .
+ Khảo sát ánh hirớng cùa nồng độ Ỉoỉuưn, phenol ban dấu
Các thí nnhiẹm dược tiến hành với dunu dịch toluen. phenol tụ- phii. NÔHL! tỉ ộ tolucn khao
sát lù; 11:21:27:41; 54 \ à ^4 ppm. Nồng độ phenol khao sái hi: 2<J: 40: 60 \ ã luu ppm.