Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol bằng tro lục bình

-i -
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
oOo
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ĐỨC TRUNG
Cán bộ chấm nhận xét 1:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
Ngày Tháng Năm
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
-ii -
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
oOo
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC
Họ và tên : ĐẶNG MINH ANH Phái : Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 04-07-1985 Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường
Khóa : K2009
TÊN ĐỀ TÀI : “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL BẰNG
TRO LỤC BÌNH”
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
− Khảo sát vật liệu hấp phụ tro lục bình.
− Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phenol bằng tro lục
bình.
− Đánh giá hiệu quả hấp phụ của vật liệu tro lục bình
− Thử nghiệm xử lý nước thải có chứa phenol.
Ngày giao nhiệm vụ: 20/4/2013

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 01/8/2013
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÊ ĐỨC TRUNG
Chữ ký cán bộ hướng dẫn
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT: (ghi họ tên và chữ ký)
Cán bộ phản biện 1 Cán bộ phản biện 2
Nội dung và Đề cương luận văn cao học đã được thông qua Hội Đồng Chuyên ngành
Ngày tháng năm 2013
PHÒNG ĐÀO TẠO PHÒNG CHUYÊN MÔN CHỦ NHIỆM NGÀNH
-iii -
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, gia
đình và bạn bè đồng nghiệp của tôi, qua đây tôi muốn trân trọng gửi lời cám ơn chân
thành và sâu sắc đến:
- Tiến Sĩ Lê Đức Trung – Viện Tài Nguyên Môi Trường, thuộc Đại Học Quốc
Gia TPHCM – đã gợi ý đề tài và hướng dẫn từ những bước cơ bản nhất để tôi có thể
đi đến kết quả cuối cùng.
- Thạc sỹ Nguyễn Hữu Danh - một người anh, người đồng nghiệp - đã tận tình
giúp đỡ tôi những kiến thức chuyên môn để giải quyết được các vấn đề trong luận
văn.
- Bạn Nguyễn Tiến Bách, cán bộ quản lý phòng thí nghiệm Trung tâm kỹ thuật
và Công nghệ môi trường, thuộc trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, cùng
toàn thể anh chị em của phòng thí nghiệm đã giúp đỡ cơ sở vật chất để tôi tiến hành
thí nghiệm.
- Anh Nguyễn Văn Sơn, cán bộ quản lý kỹ thuật công ty ROBERT BOSCH và
bạn Nguyễn Thị Ngọc Lam, nhân viên phòng thí nghiệm Nhà máy xử lý nước thải
KCN Tân Tạo đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian khảo sát tại đây.
- Đặc biệt là gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên để tôi có thêm niềm
tin hoàn thành luận văn.
Đặng Minh Anh
-iv -

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol bằng tro lục bình ở dạng than hoạt tính,
nguyên liệu rễ lục bình được than hóa và nghiền nhỏ đến kích thước 180 – 300 μm
để làm vật liệu hấp phụ. Tiến hành các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình hấp phụ bằng tro lục bình, ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau về pH,
thời gian phản ứng, nồng độ phenol, liều lượng chất hấp phụ. Kết quả thu được: pH
tối ưu cho quá trình hấp phụ phenol là ở pH 7; trong khoảng pH 2 đến 6, dung lượng
hấp phụ không thay đổi đáng kể; ở pH > 9 dung lượng hấp phụ giảm mạnh. Thời
gian để quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng là 120 phút, và tốc độ hấp phụ
nhanh đột biến trong khoảng 30 phút đầu, đạt 87 – 91% trên tổng số phenol bị hấp
phụ. Quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình Langmuir và Freundlich, hệ số xác định
(R
2
) tương ứng là 0,96 và 0,95; dung lượng hấp phụ cực đại đạt 21,247 mg/g. Khảo
sát động học hấp phụ cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo phương trình động học
hấp phụ biểu kiến bậc 2 (R
2
= 0,99). Hiệu quả xử lý phenol trên 2 mẫu nước thải đạt
lần lượt 39,39 % và 52%. Ngoài ra chúng tôi cũng tiến hành chụp ảnh SEM và phổ
hồng ngoại FTIR để xác định đặc điểm hình thái và cấu trúc của vật liệu hấp phụ.
-v -
ABSTRACT
Researching the potential of water hyacinth ash in the form of charcoal for
phenol adsorption. The dried roots of water hyacinth were carbonized at the
appropriate temperature and then sieved to the particle size of 180 – 300 μm. Studies
were carried out to examine the factors affecting the adsorption process by water
hyacinth ash under varying experimental conditions of pH, contact time, phenol
concentration and adsorbent dosage. The optimum pH for adsorption was found to be
7; the uptake of phenol was almost constant in the pH range of 2,5 – 9; at pH over 9,
the extent of adsorption dropped suddenly. The equilibrium time required for the

adsorption of phenol on water hyacinth ash was 120 minutes, 87 – 91% of the total
amount of phenol uptake was found to occur in the first rapid phase (30 min). The
adsorption process was found to obey Langmuir adsorption isotherm and Freundlich
adsorption isotherm, with the determination coefficient (R
2
) is 0,96 and 0,95,
respectively; maximum adsorption capacity of the adsorbent was found to be 21,247
mg/g. The result of the adsorption kinetics experiments showed that kinetic data
closely followed the pseudo-second-order model (R
2
= 0,99). The phenol removal on
2 wastewater samples is 39,39 % and 52%. The scanning electron microscopy (SEM)
analysis and the Fourier transform infra red (FTIR) spectral analysis were used to
study the structural and morphological characteristics of adsorbent.
-vi -
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN iv
MỤC LỤC vi
KÝ HIỆU VIẾT TẮT viii
DANH MỤC BẢNG ix
DANH MỤC HÌNH x
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Tính mới của đề tài 2
3. Mục tiêu nghiên cứu 2
4. Phạm vi nghiên cứu 2
5. Phương pháp nghiên cứu 2
6. Ý nghĩa của đề tài 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Giới thiệu chung về phenol và các hợp chất phenol 4
1.1.1. Cấu tạo, tính chất, sản xuất và ứng dụng của phenol 4
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm phenol trong nước thải và ảnh hưởng của phenol đến
môi trường và con người 5
1.1.3. Các phương pháp để xác định phenol 7
1.1.4. Một số phương pháp xử lý phenol trong nước thải 10
1.2. Cơ sở lý thuyết của hấp phụ 15
1.2.1. Khái niệm. 15
1.2.2. Cân bằng hấp phụ 19
1.2.3. Các mô hình cơ bản của hấp phụ 20
1.2.4. Động học hấp phụ 23
1.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 24
1.2.6. Phương pháp hấp phụ đa phân tử BET 25
-vii -
1.2.7. Giới thiệu một số nghiên cứu về chất hấp phụ phenol trong nước thải 27
1.3. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu lục bình 32
1.3.1. Giới thiệu chung về cây lục bình 32
1.3.2. Các ứng dụng từ lục bình 34
1.3.3. Một số nghiên cứu về ứng dụng của lục bình trong xử lý nước thải 35
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
2.1. Đối tượng nghiên cứu 38
2.2. Hóa chất 38
2.3 Dụng cụ và thiết bị 39
2.4. Phương pháp nghiên cứu 39
2.4.1. Tạo vật liệu hấp phụ từ rễ lục bình 39
2.4.2. Phương pháp thí nghiệm, lấy mẫu và xử lý số liệu 39
2.4.2.1. Phương pháp thí nghiệm và lấy mẫu 39
2.4.2.2. Phương pháp xử lý số liệu 40
2.4.3. Nội dung thí nghiệm 41

2.4.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ 41
2.4.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và nồng độ phenol 42
2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 42
2.4.3.4. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 42
2.4.3.5. Nghiên cứu động học hấp phụ 43
2.4.3.6. Thử nghiệm xử lý nước thải chứa phenol 43
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 44
3.1 Vật liệu hấp phụ 44
3.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ phenol 48
3.3. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và nồng độ phenol ban đầu 49
3.4. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 51
3.5. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 53
3.6. Động học hấp phụ 58
3.7. Thử nghiệm xử lý phenol trong nước thải bằng tro lục bình 63
CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65
4.1. Kết luận 65
4.2. Kiến nghị 66
-viii -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
-ix -
KÝ HIỆU VIẾT TẮT
- EPA : United State Environmenyal Protection Agency
- LC-MS : Liquid chromatography mass spectrometry
- SIM : Secondary ion mass
- UV : Ultra violet
- p-CBDA : p-Chlorobenzen Diazonium Fluoroborat
- DIPE : Diisopropyl Ether
- MIBK : Methyl Isopropyl Ketone
- WAO : Wet air oxidation

- CWAO : Catalyst wet air oxidation
- IUPAC : International Union of Pure and Applied Chemistry
- BET : Brunauer-Emmett-Teller
- FTIR : Fourier transform infra red
- SEM : Scanning electron microscopy
- q
e
: dung lượng hấp phụ cân bằng
- q
max
: dung lượng hấp phụ cực đại
- K
L
: hằng số Langmuir
- K
F
: hằng số Freundlich
- R
L
: tham số cân bằng
- r : hệ số tương quan
- R
2
: hệ số xác định
-x -
DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
bảng
Tên bảng Trang
Bảng 1.1

Giá trị giới hạn nồng độ cho phép của tổng nồng độ phenol và
dẫn xuất
7
Bảng 1.2
Tóm tắt một số phương pháp xử lý hợp chất phenol trong nước
thải
11
Bảng 1.3 Thành phần cây lục bình 33
Bảng 1.4 Một số thông số của lục bình đã xử lý ở 400
o
C 33
Bảng 1.5 Thành phần hóa học trong tro lục bình 33
Bảng 3.1 Độ ẩm của nguyên liệu rễ lục bình 44
Bảng 3.2 Tính chất vật lý của vật liệu 44
Bảng 3.3 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH 48
Bảng 3.4
Dung lượng hấp phụ của vật liệu theo thời gian với các nồng độ
phenol khác nhau
50
Bảng 3.5
Dung lượng và hiệu suất hấp phụ phenol ở các liều lượng chất
hấp phụ khác nhau
51
Bảng 3.6 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đối với phenol 53
Bảng 3.7
Dung lượng hấp phụ cực đại của 1 số vật liệu hấp phụ đối với
phenol
54
Bảng 3.8 Phân loại sự phù hợp của mô hình đẳng nhiệt bằng tham số R
L

55
Bảng 3.9
Giá trị tham số cân bằng R
L
của quá trình hấp phụ bằng tro lục
bình
56
Bảng 3.10 Sự phụ thuộc lnq
e
vào lnC
e
đối với mô hình Freundlich 57
Bảng 3.11
So sánh hai mô hình hấp phụ Langmuir và Freundlich đối với vật
liệu hấp phụ tro lục bình
58
Bảng 3.12 Giá trị ln(qe-q) theo thời gian ở các nồng độ phenol khác nhau 59
Bảng 3.13 Giá trị các tham số của phương trình động học hấp phụ bậc 1 59
Bảng 3.14
Phương trình động học bậc 1 của quá trình hấp phụ ở các nồng độ
phenol khác nhau
59
Bảng 3.15 Giá trị t/q theo thời gian ở các nồng độ phenol khác nhau 61
Bảng 3.16 Giá trị các tham số của phương trình động học hấp phụ bậc 2 61
Bảng 3.17
Phương trình động học bậc 2 của quá trình hấp phụ ở các nồng độ
phenol khác nhau
62
Bảng 3.18 Khả năng hấp phụ phenol trong nước thải bằng tro lục bình 63
-xi -

DANH MỤC HÌNH
Số hiệu
hình
Tên hình Trang
Hình 1.1 Một số hình ảnh về Phenol 4
Hình 1.2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 22
Hình 1.3 Sự phụ thuộc của C
e
/q
e
vào C
e
22
Hình 1.4
Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ theo phân loại của
IUPAC
25
Hình 1.5 Đồ thị xác định các thông số của phương trình BET 26
Hình 1.6 Cấu tạo cây lục bình 32
Hình 2.1 Sơ đồ phương pháp xử lý nguyên liệu 38
Hình 3.1 Rễ lục bình thu được sau khi đốt 44
Hình 3.2 Tro lục bình làm vật liệu hấp phụ 44
Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của vật liệu 45
Hình 3.4 Phổ hồng ngoại của một số vật liệu hấp phụ dạng than hoạt tính 46
Hình 3.5 Ảnh SEM của vật liệu sau khi đốt 47
Hình 3.6 Ảnh chụp SEM vật liệu hấp phụ tro lục bình 47
Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ 48
Hình 3.8
Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và nồng độ ban đầu đến quá
trình hấp phụ phenol

51
Hình 3.9
Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đối với dung lượng hấp
phụ và hiệu suất hấp phụ phenol
52
Hình 3.10 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đối với phenol 54
Hình 3.11 Sự phụ thuộc Ce/qe vào Ce đối với mô hình Langmuir 55
Hình 3.12
Tham số cân bằng R
L
đối với quá trình hấp phụ phenol bằng tro
lục bình
56
Hình 3.13 Sự phụ thuộc lnqe vào lnCe đối với mô hình Freundlich 57
Hình 3.14 Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 của phenol lên tro lục bình 60
Hình 3.15 Động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 của phenol lên tro lục bình 62
Hình 3.16 Khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình đối với mẫu A 63
Hình 3.17 Khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình đối với mẫu B 64
- 1 -
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay đã và đang gây ra những hậu quả vô
cùng to lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của con người trên toàn cầu. Việc
giải quyết vấn đề ô nhiễm luôn được đặt ra trong mọi khía cạnh trong cuộc sống, từ
các việc nhỏ nhất diễn ra hàng ngày tại mỗi gia đình cho đến các quy trình sản xuất
tại nhà máy, xí nghiệp, các điểm dịch vụ, giải trí….tất cả đều quan tâm chú trọng
đến việc làm thế nào để giảm thiểu việc phát sinh ra các chất gây ô nhiễm môi
trường.
Các nhà sản xuất luôn mong muốn kết tinh trong mỗi sản phẩm của mình
không chỉ có công nghệ sản xuất hiện đại, quy trình quản lý tiên tiến mà còn phải có

phần trách nhiệm với môi trường. Tuy nhiên để đạt được điều này đòi hỏi phải có
sự đầu tư quy trình sản xuất hiện đại, ít gây ô nhiễm môi trường, ít phát sinh các
chất độc hại hoặc có phương pháp xử lý chất thải hiệu quả, chi phí hợp lý để đảm
bảo giá thành sản phẩm có khả năng cạnh tranh trên thị trường. Trong tình hình
kinh tế hiện nay, đây là vấn đề hết sức khó khăn đối với mỗi doanh nghiệp, đặc biệt
là các doanh nghiệp mà trong quy trình sản xuất thường xuyên phải thải ra các chất
hữu cơ độc hại, khó phân hủy như phenol, các dẫn xuất phenol hay các hợp chất
hữu cơ khác….Phenol là loại chất hữu cơ có độc tính cao và có khả năng ảnh hưởng
đến sức khỏe con người khi nhiễm loại chất này.
Vấn đề đặt ra là cần phải có những công nghệ xử lý nước thải chứa phenol đạt
hiệu quả, đáp ứng được các tiêu chuẩn xả thải theo quy định hiện hành mà chi phí
đầu tư cũng như chi phí vận hành phải ở mức chấp nhận được. Đã có nhiều nghiên
cứu xử lý phenol bằng phương pháp hóa lý như phân hủy nhiệt, oxi hóa hóa học, xử
lý bằng điện hóa, oxi hóa ướt có xúc tác, oxi hóa quang điện, …nhưng hầu hết đều
tốn kém và khó áp dụng ở quy mô lớn. Hướng khả thi hiện nay là sử dụng các
phương pháp hóa lý có sử dụng các phụ phẩm có nguồn gốc tự nhiên, rẻ tiền và có
sẵn (trong tự nhiên hoặc trên thị trường) làm thành phần chính trong các công đoạn
xử lý, điển hình là phương pháp hấp phụ.
- 2 -
Cho đến nay cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng xử lý chất ô
nhiễm của các phụ phẩm, phế phẩm nông nghiệp như xơ dừa, lục bình, vỏ lạc, bã cà
phê, mùn cưa, chitin… trong số đó lục bình được xem như nguồn nguyên liệu dồi
dào, dễ tìm kiếm, giá thành không cao. Cây lục bình phân bố rộng rãi ở những vùng
sông nước trên khắp cả nước, phần thân và lá được sử dụng để làm ra nhiều sản
phẩm có giá trị cao như sản phẩm thủ công mỹ nghệ, dược liệu, vật liệu ủ
biogas… ; rễ lục bình hiện nay chủ yếu chỉ được dùng làm giá thể để trồng cây
hoặc làm phân bón.
Với những ưu điểm của lục bình, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu khả
năng hấp phụ phenol bằng tro lục bình”. Đề tài nhằm nghiên cứu đánh giá khả
năng hấp phụ phenol trong nước thải của than đốt từ rễ lục bình, từ đó góp phần tạo

thêm một loại chất hấp phụ có giá thành thấp mà khả năng xử lý hiệu quả.
2. Tính mới của đề tài
Đề xuất một nghiên cứu mới về vật liệu hấp phụ hiệu quả, rẻ tiền cũng như
một ứng dụng mới cho rễ cây lục bình.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Khảo sát khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình và các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình hấp phụ.
- So sánh tính chất và khả năng hấp phụ của tro lục bình so với các vật liệu hấp
phụ truyền thống khác.
- So sánh khả năng hấp phụ của tro lục bình với các vật liệu hấp phụ từ phụ
phẩm, phế phẩm của nông nghiệp đã được nghiên cứu trước đây.
- Bước đầu xác định diện tích bề mặt riêng của tro lục bình.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phenol bằng tro lục
bình.
5. Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
- Khảo sát thực tế ô nhiễm nước thải tại nhà máy xử lý nước thải Khu công
- 3 -
nghiệp Tân Tạo, quận Bình Tân, thành phố Hồ Chí Minh và nhà máy
ROBERT BOSCH tại huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai.
- Tổng quan cơ sở lý thuyết sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý phenol.
- Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lập kế hoạch nghiên cứu xử lý.
- Xác định giới hạn nghiên cứu và phương án thí nghiệm.
 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Lập kế hoạch thí nghiệm để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp
phụ.
- Nghiên cứu thực nghiệm với nước thải của nhà máy xử lý nước thải Khu
công nghiệp Tân Tạo, quận Bình Tân, thành phố Hồ Chí Minh và nhà máy

ROBERT BOSCH tại huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai.
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu.
- Dựa trên các lý thuyết về xác suất thống kê, xử lý các số liệu nhận được
trong quá trình thí nghiệm.
6. Ý nghĩa của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình.
- Thử nghiệm 1 loại chất hấp phụ mới từ lục bình, dễ sản xuất, giá thành thấp,
nguồn gốc tự nhiên, hiệu quả hấp phụ cao hơn một số loại chất hấp phụ có nguồn
gốc từ phụ phẩm nông nghiệp đã được nghiên cứu trước đây.
- Vừa giảm được 1 lượng chất thải vào môi trường.
6.2. Ý nghĩa kinh tế - xã hội
6.2.1. Về mặt kinh tế
- Tận dụng được một nguồn nguyên liệu rẻ tiền để làm chất hấp phụ có khả
năng thay thế được các loại chất hấp phụ có giá cao trên thị trường.
- Giảm chi phí vận hành xử lý nước thải chứa phenol.
6.2.2. Về mặt xã hội
Góp phần giải quyết được 1 loại phụ phẩm nông nghiệp, giúp nông dân có
thêm một hướng để tiêu thụ rễ cây lục bình.
- 4 -
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Giới thiệu chung về phenol và các hợp chất phenol
1.1.1 Cấu tạo, tính chất, sản xuất và ứng dụng của phenol
a. Cấu tạo và tính chất Phenol
Phenol là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm hidroxyl
(−OH) liên kết trực tiếp vào nhân benzene (nhân thơm). Phenol đơn chức, chứa một
nhân thơm, gốc hydrocacbon liên kết vào nhân thơm không có hay nếu có là gốc no
mạch hở C
n
H

2n– 7
OH (n ≥ 6).
Phenol đơn giản nhất là C
6
H
5
-OH, còn có các tên: Hiđroxi benzen; Axit
phenic; Axit cacbolic. Chất này là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trưng,
nóng chảy ở 43°C. Sôi ở 182°C. Để lâu trong không khí phenol tự chảy rữa (vì nó
hút ẩm tạo thành hiđrat, nóng chảy ở 18°C) và nhuốm màu hồng (vì bị oxi hóa một
phần bởi oxi).
Mặc dù có khả năng tạo liên kết hiđro với nước, nhưng phenol tan ít trong
nước lạnh (9,5 gam/100 gam nước ở 25°C), do gốc hiđrocacbon phenyl (C
6
H
5
−) khá
lớn nên kỵ nước. Tuy nhiên phenol tan vô hạn trong nước nóng có nhiệt độ ≥ 70
0
C.
Phenol có tỉ khối 1,072 (khối lượng riêng 1,072g/ml). Phenol có tính axit yếu Ka =
1.10−10 (pKa = 10). Phenol có tính sát trùng, rất độc, gây phỏng nặng khi rơi vào
da.
Đa số các hợp chất Phenol tồn tại dạng rắn ở nhiệt độ phòng, như Phenol,
Nitrophenol, các dẫn xuấtt Clorophenol (gồm 2 nhóm thế –Cl trở lên)…, một số
Hình 1.1 Một số hình ảnh về Phenol
- 5 -
hợp chất Phenol khác tồn tại ở dạng lỏng như Cresol, mono-Clorophenol (gồm chỉ 1
nhóm thế –Cl).
b. Sản xuất Phenol và một số ứng dụng của Phenol

Phenol xếp trong nhóm 50 loại hóa chất được sản xuất nhiều tại Mỹ. Phenol
được hình thành trong các sản phẩm dầu khí như nhựa than đá và creosote. Phenol
có thể phát sinh ra trong quá trình đốt cháy gỗ, khí thải nhiên liệu và thuốc lá. Trong
tự nhiên Phenol được hình thành từ quá trình phân hủy benzen.
Phenol có ứng dụng lớn trong y học, dùng trong khử trùng phẫu thuật. Dùng
để điều chế nhiều dược phẩm như aspirin làm giảm đau, hạ nhiệt, phòng và chữa
huyết khối; axit salicylic (là thuốc giảm đau, hạ nhiệt, chống viêm); metyl salicilate
(dầu nóng, làm thuốc giảm đau trong chứng viêm thấp khớp, đau cơ).
Phenol sử dụng để điều chế phẩm nhuộm, chất dẻo (nhựa bakelite là một hỗn
hợp của phenol-formandehyde… ), tơ tổng hợp (nylon 6,6…), thuốc diệt cỏ và
cũng là chất kích thích tố thực vật (2,4-D, là muối natri của acid 2,4-
diclophenoxiacetic, 2,4-C
12
C
6
H
3
O-CH
2
COONa… ), thuốc nổ (axit picric), thuốc
diệt nấm mốc (ortho-và para-nitrophenol, o- và p-O
2
N-C
6
H
4
OH…)
Phenol có thể dùng trực tiếp làm chất sát trùng, tẩy uế….(như phenol được
cho vào hồ tinh bột làm keo dán giấy để bảo quản hồ tinh bột lâu hư).
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm phenol trong nước thải và ảnh hưởng của phenol đến

môi trường và con người
a. Hiện trạng ô nhiễm phenol trong nước thải
Nguồn gốc cơ bản phát sinh ô nhiễm phenol trong nước là chất thải từ các cơ
sở sản xuất có sử dụng phenol như nguyên liệu hay dung môi của quá trình sản
xuất. Các nhà máy sản xuất dược phẩm có các mặt hàng thuốc giảm đau aspirin,
axit salicylic…trong nước thải vệ sinh thiết bị, dụng cụ sẽ thải ra phenol. Tại các cơ
sở sản xuất hạt điều, trong nước thải ngâm ủ hạt và vệ sinh nhà xưởng có chứa
nhiều dẫn xuất của phenol.
Phenol phát sinh trong nước thải của quá trình sản xuất có sử dụng phenolic
(một loại polymer nhân tạo có chứa phenol) như các sản phẩm keo dán, xây dựng,
công nghiệp ôtô…; từ quá trình sản xuất có sử dụng Biphenol A như sản xuất nhựa
- 6 -
polycacbonat, sơn epoxy và phụ gia trong các loại polymer tổng hợp; từ các sản
phẩm có chứa caprolactam (1 dẫn xuất của phenol) như nylon 6 hay sợi tổng hợp.
Phenol được sử dụng trong thành phần thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc,
trong quá trình sản xuất polymer tổng hợp… Trong quá trình tồn trữ, bảo quản
và sử dụng sẽ có tình trạng thoát ra ngoài gây ô nhiễm môi trường.
Theo Tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) hiện có 11 hợp chất Phenol
gây ô nhiễm môi trường chủ yếu hiện nay là: 4-Cloro-3-Methylphenol; 2-
Clorophenol; 2,4-Diclorophenol; 2,4-Dimethylphenol; 2,4-Dinitrophenol; 2-
Methyl-4,6-Dinitrophenol; 2-Nitrophenol; 4-Nitrophenol; Pentaclorophenol; 2,4,6-
Triclorophenol và Phenol. Ngoài ra, còn nhiều dẫn xuất họ Phenol khác như :
Pyrocatechol, Resorcinol; 3-NitroPhenol; 1,3-Diclorophenol; 2,3,4,6-
Tetraclorophenol ….
b. Ảnh hưởng của phenol đến môi trường và con người
Nguy cơ nhiễm Phenol đối với con người là rất lớn do phenol có khả năng tồn
tại trong đất, trong nước và cả trong không khí, xâm nhập vào cơ thể người thông
qua tiếp xúc trực tiếp qua da, qua đường hô hấp hoặc nuốt phải chất có chứa phenol.
Con người có khả năng nhận biết được sự hiện diện của phenol trong không
khí ở ngưỡng khoảng 40 ppb và khoảng 1-8 ppb đối với phenol trong nước. Khi tiếp

xúc với phenol trong không khí có thể bị kích ứng đường hô hấp, đau đầu, cay mắt.
Nếu tiếp xúc trực tiếp với phenol có nồng độ cao có thể gây bỏng da, tim đập loạn
nhịp và có thể dẫn đến tử vong.
Phenol cũng gây tác động mạnh theo đường tiêu hóa. Khi ăn uống phải một
lượng phenol có thể gây kích ứng, bỏng phía bên trong cơ thể và gây tử vong ở hàm
lượng cao. Tình trạng bị kích ứng và ảnh hưởng cũng xảy ra tương tự đối với các
loài động vật khi tiếp xúc với phenol. Chính vì vậy, phenol có tác động rất lớn đến
môi trường. Tình trạng ô nhiễm phenol trong không khí, nguồn nước và trong đất
có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và ở hàm lượng cao có thể tiêu diệt toàn bộ
hệ sinh thái.
Bảng 1.1 Giá trị giới hạn nồng độ cho phép của tổng nồng độ phenol và dẫn
- 7 -
xuất
Đối tượng
Hàm lượng Phenol
tổng (mg/l)
Nước bề mặt
Nước sinh hoạt 0,001
Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng
thủy sản
0,02
Nước ngầm 0,001
Nước thải
Đổ vào các khu vực dùng làm nước cấp cho
sinh hoạt
≤ 0,1
Dùng làm nguồn nước tưới tiêu, bơi lội, nuôi
trồng thủy sản
≤ 0,2
Không được phép thải ra môi trường ≥ 0,5

1.1.3. Các phương pháp để xác định phenol
a. Phương pháp sắc kí
•Nguyên tắc
Sắc ký là một kỹ thuật tách những hỗn hợp gồm nhiều chất thành các thành
phần đơn giản và định lượng từng chất. Dựa vào ái lực của các cấu tử với pha động
và pha tĩnh. Pha động có thể là chất lỏng hoặc khí có tác dụng lôi kéo các chất cần
tách di chuyển trong cột sắc ký có chứa pha tĩnh. Pha tĩnh là chất được phủ trên bề
mặt bên trong của cột mao quản hoặc là những hạt nhỏ được nhồi vào cột có tác
dụng giữ chất cần phân tích ở lại.
Để tách được các chất từ một hỗn hợp cần có sự tác động của cả pha tĩnh và
pha động. Sự tác động này đối với từng chất khác nhau do đó chất cần phân tích có
thể ra nhanh hay chậm. Ngoài ra cột sắc ký phải đủ dài để sự tiếp xúc giữa chất cần
xác định và pha tĩnh được lặp lại nhiều lần. Quá trình di chuyển của pha động bên
trong cột sắc ký gọi là quá trình rửa giải.
•Phương pháp sắc ký khí với đầu dò khối phổ
Dẫn xuất t-butyldimethylsilyl giữa các chất họ Phenol với N-(t-
butyldimethylsilyl) - N- methyl-trifluoroacetamid được xác định bằng phương pháp
sắc ký khí với đầu dò khối phổ bẫy ion (IT-MS). Ở chế độ tiêm không chia dòng,
- 8 -
2μL mẫu xác định được cho vào cột DB-5 MS 30 m × 0.25 μm cùng với chương
trình nhiệt thích hợp cho phép xác định 11 hợp chất Phenol trong nước sông và
nước biển ở giới hạn phát hiện từ 0.010 μg/l đến 0.045 μg/l. Tuy nhiên, phương
pháp này không cho phép xác định 2,4-Dinitrophenol và hợp chất methyl Phenol ở
hàm lượng vết.
•Phương pháp sắc ký lỏng với dầu dò khối phổ
Các hợp chất Phenol thường được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng
hiệu năng cao theo cơ chế sắc ký phân bố pha đảo. 15 hợp chất họ Phenol trong
nước và bùn được xác định bằng phương pháp LC-MS ở chế độ ion hóa hóa học tại
áp suất thường (APCI) dưới dạng ion âm. Với chương trình gradient dòng thích hợp
cho pha động gồm Metanol, Acetonitrin, Acid Acetic 0.005%, việc tách và định

lượng đồng thời 15 hợp chất Phenol được tiến hành ở chế độ quét chọn lọc ion
(SIM). Phương pháp này có ưu điểm là cho phép nhận danh chính xác các hợp chất
Phenol nhờ đầu dò khối phổ, giới hạn phát hiện thấp trong khoảng từ 10-50 mg/l.
Tuy nhiên thiết bị phân tích lại đắt tiền.
• Phương pháp sắc ký lỏng với đầu dò UV
o-Cresol, m-Cresol, Phenol, Resorcinol, Cathechol và Hidroquinon trong nước
tham gia phản ứng tạo dẫn xuất với Benzoyl clorua trong vòng 15 phút. Các dẫn
xuất Benzoyl này được chiết bằng dung môi Diethylether, sau đó được xác định
bằng phương pháp sắc ký lỏng pha đảo ở bước sóng 232 nm với pha động gồm
Acetonitrin-Tetrahydrofuran-nước (54:6:40,v:v:v). Phương pháp đơn giản này cho
phép xác định hàm lượng Phenol trong rượu và nước uống với giới hạn phát hiện từ
0.05 đến 0.50 μg/l, hiệu suất thu hồi trong khoảng 81 - 94%, thời gian phân tích
ngắn.
•Phương pháp sắc ký lỏng với đầu dò điện hóa
Đầu dò điện hóa là một trong những đầu dò rất chọn lọc do mỗi chất có khả
năng oxi hóa hoặc khử tại mỗi thế khác nhau. Đầu dò điện hóa được ứng dụng rộng
rãi vì chúng đơn giản, không đắt tiền. Tuy nhiên chúng có khuyết điểm là khó sử
dụng, thời gian cân bằng rất dài, nhạy đối với tốc độ dòng và pH. Bề mặt điện cực
dễ bị nhiễm bẩn nên cần hoạt hóa lại điện cực sau một thời gian ngắn sử dụng.
- 9 -
Nguyên tắc hoạt động của đầu dò điện hóa là tại một giá trị thế áp thích hợp,
quá trình oxi hóa hay khử của chất điện hoạt tại bề mặt điện cực làm việc sẽ sinh ra
dòng điện. Dòng điện đó được sử dụng như tín hiệu phân tích và tín hiệu tỷ lệ trực
tiếp với nồng độ chất điện hoạt đi qua đầu dò. Dòng điện sinh ra trong pin điện hóa
được tính theo định luật Faraday: Q = nFN
Q: Số Coulomb
n: số điện tử bị mất đi hoặc nhận được.
N: số phân tử chất phân tích
F: 96500 C/1 mol electron
Đầu dò điện hóa gồm ba điện cực: điện cực chỉ thị, điện cực so sánh và điện

cực hỗ trợ. Thế làm việc được đo giữa điện cực chỉ thị và điện cực so sánh.
Nhờ vào hoạt tính điện cực của các hợp chất Phenol, phương pháp sắc ký lỏng
pha đảo với cột C18 và đầu dò điện hóa thường được sử dụng để xác định hàm
lượng vết các chất họ Phenol bằng các loại điện cực khác nhau. Với thành phần pha
động gồm dung dịch đệm có pH thích hợp và Acetonitrin hoặc Metanol, giá trị thế
áp ở điện cực làm việc lớn hơn +1V, cho phép xác định hàm lượng vết của các hợp
chất Phenol trong nước và trong thực phẩm. Các phương pháp này có ưu điểm là độ
nhạy cao và ít chất gây nhiễu.
b. Phương pháp quang
•Phương pháp Trắc quang: các hợp chất Phenol được cho phản ứng với 4-
Aminoantipyrin ở pH = 10 với sự hiện diện của Kali Hexacyanoferat (III) để tạo
phẩm màu Antipyrin. Đo độ hấp thu của dung dịch phẩm màu này trong pha nước ở
bước sóng 510 nm, qua đó xác định được nồng độ của các hợp chất Phenol. Phương
pháp này có giới hạn phát hiện trong khoảng từ 2 μg/l đến 10 μg/l.
•Phương pháp Hoá phát quang: các hợp chất Phenol làm giảm sự phát quang
hoá học của p-Chlorobenzen Diazonium Fluoroborat ( p-CBDA ) khi có mặt H
2
O
2
trong môi trường kiềm. Phản ứng giữa p-CBDA và H
2
O
2
tạo ra hoá phát quang
mạnh trong môi trường kiềm. Các hợp chất Phenol có thể làm giảm cường độ hoá
phát quang của phản ứng này và khi nồng độ các hợp chất Phenol tăng lên, cường
độ hoá phát quang cũng giảm theo một cách tuyến tính. Qua đó xác định được hàm
- 10 -
lượng của các hợp chất Phenol có trong mẫu phân tích. Giới hạn phát hiện của
phương pháp này có thể đạt đến 1 μg/l.

•Phương pháp Huỳng quang: các hợp chất Phenol bị kích thích và chuyển lên
trạng thái năng lượng cao hơn. Ở trạng thái kích thích, điện tử kém bền, chỉ tồn tại
trong khoảng thời gian rất ngắn từ 10-13 đến 10-8 giây và có xu hướng giải phóng
năng lượng đã hấp thu để trở về trạng thái cơ bản ban đầu. Quá trình giải phóng
năng lượng sẽ phát ra ánh sáng. Đo lượng ánh sáng phát ra, qua đó xác định được
hàm lượng của các hợp chất Phenol có trong mẫu phân tích. Phương pháp huỳnh
quang có khoảng tuyến tính từ 0,05 μg/l đến 18 μg/l và có giới hạn phát hiện là 0,02
μg/l.
c. Phương pháp cực phổ xung vi phân
Trong dung dịch nền CaCl
2
, với sự hiện diện của các cation kim loại nặng như
Chì và Cadimi, hàm lượng các hợp chất nitrophenol, dinitrophenol và các dẫn xuất
nitrophenol khác trong mẫu nước sông và nước thải công nghiệp được xác định
đồng thời bằng phương pháp cực phổ xung vi phân với điện cực thủy ngân. Phương
pháp này có ưu điểm là nhanh, độ nhạy cao, cho phép xác định đồng thời các kim
loại nặng thường hiện diện trong nước thải. Tuy nhiên việc sử dụng điện cực thủy
ngân độc hại lại là một hạn chế đáng kể của phương pháp.
1.1.4. Một số phương pháp xử lý phenol trong nước thải
Một số phương pháp xử lý ô nhiễm phenol trong nước thải được tóm tắt trong
bảng 1.2.
- 11 -
- 12 -
Khoảng nhiệt
độ
Điều kiện thực
nghiệm
Thiết bị phản
ứng
Hóa chất Hiệu suất Nhận xét

Chưng cất 95 – 180 ~ 1 atm Cột chưng cất Không Có khả năng tách
hoàn toàn Phenol
Khả năng thu hồi
Phenol cao; chi
phí cao
Trích ly lỏng –
lỏng
Giai đoạn 1: 20 –
50
Giai đoạn 2: 60 –
180
~ 1 atm Cột rửa và cột
chưng cất
DIPE và MIBK Ô nhiễm thứ cấp
do phát sinh
thêm dung môi
đã qua sử dụng
Hấp phụ (than
hoạt tính)
20 – 50 ~ 1 atm Tháp hấp phụ Than hoạt tính Dung lượng hấp
phụ có thể đạt
200 – 400 mg/g
Ô nhiễm thứ cấp
do phát sinh
thêm than hoạt
tính đã qua sử
dụng
Hấp phụ (hạt
nhựa vô cơ)
Giai đoạn 1: 20 –

50
Giai đoạn 2: 20 –
50
~ 1 atm Tháp hấp phụ Nhựa PV-PDS Dung lượng hấp
phụ có thể đạt 80
– 100 mg/g
Khả năng thu hồi
Phenol cao; phát
sinh thêm giai
đoạn tái sinh hạt
nhựa
Bốc hơi thẩm
thấu
(pervaporation)
20 – 50 1 – 20 mmHg Module màng Màng lọc Khả năng thẩm
thấu đạt 0.3
kg/m
2
h
Khả năng thu hồi
Phenol cao; chi
phí cao
Lọc bằng màng 20 – 50 ~ 1 atm Module màng Màng và dung
môi
Ở nồng độ
Phenol 0,1 – 5
g/l, lưu lượng 1-
8 m
3
/s, mức độ

trích ly có thể
đạt 50 -10%
Khả năng thu hồi
Phenol cao; chi
phí cao
WAO 180 – 315 20 – 160 atm,
môi trường hơi
Cột phản ứng,
thiết bị khuấy
Không khí và
axit
COD 10–100 g/l,
15–120 phút,
Cần xử lý bậc
cao ở phía sau
Bảng 1.2 Tóm tắt một số phương pháp xử lý hợp chất phenol trong nước thải (Busca và ctv, 2008)
- 13 -
- 14 -
Phương pháp điện hoá: trên các loại điện cực anôt như Pt, Ti/TiO
2
,
Ti/SnO
2
, Ti/PbO
2
, PbO
2
là phương pháp phổ biến nhưng tốn kém, không áp
dụng ở quy mô lớn.
Phương pháp oxi hóa sử dụng tác nhân Oxi không khí (WAO – Wet Air

Oxidation): phương pháp này có ưu điểm dùng oxi không khí, song lại đòi hỏi
phải thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao nên cần thiết bị đặc biệt đắt tiền làm
cho chi phí vận hành cao, không kinh tế.
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp WAO, người ta đưa xúc tác
vào hệ trên (Catalystic Wet Air Oxidation - CWAO) đã làm giảm chi phí đáng
kể. Song phương pháp CWAO cần phải lựa chọn xúc tác thích hợp có hoạt tính
cao, vật liệu làm chất mang phải chịu được môi trường (axit hoặc kiềm) dưới
nhiệt độ và áp suất cao.
Phương pháp oxi hóa ướt có sử dụng xúc tác (WCO – Wet Catalytic
Oxidation) đã đạt được những thành tựu nhất định như độ chuyển hóa cao,
phản ứng tiến hành trong điều kiện không quá khắt khe (nhiệt độ thấp, áp suất
thường). Các xúc tác trong quá trình này thường là kim loại, các oxit kim loại
hoặc các zeolit có mang kim loại, oxit kim loại. Nhưng các xúc tác này có
nhược điểm là trong quá trình phản ứng, một phần kim loại trong xúc tác rắn
tan vào dung dịch, gây hiệu ứng ô nhiễm thứ cấp.
Hướng nghiên cứu sử dụng xúc tác zeolit mà trong đó Al được thay thế
đồng hình bằng các nguyên tố B, V, Mo, Ga, Fe….đã phần nào khắc phục
được nhược điểm trên. Phương pháp sử dụng zeolit Fe-Modernit, tác nhân oxi
hóa H
2
O
2
bước đầu thu được kết quả khả quan, chúng có khả năng xử lý được
một số dẫn xuất của phenol. Ngoài ra sự phân hủy H
2
O
2
cho sản phẩm cuối
cùng là H
2

O và O
2
nên hiđro peoxit được xem là một tác nhân oxi hóa thân
thiện với môi trường (Đỗ Xuân Đồng và ctv, 2004).
Phương pháp sử dụng hệ xúc tác quang dị thể trên cơ sở vật liệu TiO
2
,
hoặc hợp chất SiO
2
-TiO
2
nhằm làm tăng diện tích bề mặt riêng, trong điều kiện
sử dụng ánh sáng UVA hoặc ánh sáng mặt trời, đã đem lại hiệu quả xử lý
phenol trong nước thải rất tốt, đạt trên 90% (Nguyễn Việt Cường, Nguyễn Thế