Nghiên cứu khả năng xúc tác của nước phèn trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
DANH SÁCH BẢNG ...................................................................................................
DANH SÁCH HÌNH......................................................................................................
TÓM TẮT........................................................................................................................
Chương 1: MỞ ĐẦU

1

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về nước phèn

2
2

2.1.1. Nước phèn là gì? .................................................................................
2.1.2. Quá trình hình thành và tính chất của nước phèn
2.1.3. Nguyên nhân nước nhiễm phèn

5

2.1.4. Ảnh hưởng của nước chua phèn.

6

2.1.5. Hiện trạng nguồn nước ở ĐBSCL

6

2

2.2. Quá trình Fenton 7
2.2.1. Định nghĩa

7

2.2.2. Phân loại

8

2.2.3. Cơ chế của quá trình Fenton

10

2.2.4. Ưu điểm 13
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng 14
2.2.6. Các nghiên cứu, ứng dụng

16

2.3. Một số điều về nước thải nhuộm bằng trái mặc nưa 18
2.3.1. Đặc tính của trái mặc nưa

18

2.3.2. Quy trình nhuộm vải bằng mặc nưa

20

Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
3.1. Đối tượng nghiên cứu

23

3.2. Thời gian nghiên cứu

23

3.3. Mục tiêu nghiên cứu

23

3.4. Nội dung nghiên cứu

23

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 1


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

3.5. Phương tiện và vật liệu nghiên cứu
3.6. Phương pháp nghiên cứu

25

25

3.6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

25

3.6.2. Cách phân tích mẫu và xử lý số liệu. 25
Chương 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN

28

4.1. Thu mẫu và xác định hàm lượng sắt trong nước phèn

28

4.2. Hoạt tính xúc tác của nước phèn trong quá trình xử lý nước thải dệt
nhuộm.
30
4.2.1. Các thông số đầu vào của nước thải dệt nhuộm

30

4.2.2. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm 30
4.3. Khả năng triển khai ứng dụng, triển khai kết quả của luận văn.
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

38

39

5.1. Kết luận 39
5.2. Kiến nghị 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 2


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh
DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Phân loại nước phèn và các thông số đặc trưng ............................................
Bảng 2.2: Thành phần hoá học nước phèn ở ĐBSCL

5

Bảng 2.3: Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa

8

Bảng 2.4: Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng
Bảng 2.5: Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng

9

10

Bảng 2.6: Những hợp chất hữu cơ bị oxy hoá bởi gốc OH* đã nghiên cứu 13
Bảng 3.1: Thể tích của các chất

24

Bảng 3.2: Thể tích mẫu và hoá chất chuẩn độ COD theo kích thước ống COD.
26
Bảng 4.1: Thể tích nước phèn và nước thải cần cho vào chai 31

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 3


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Nước nhiễm phèn ...........................................................................................
Hình 2.2: Quả mặc nưa

19

Hình 2.4: Nhúng vải vào dung dịch bột mặc nưa đã hoà tan với nước

20

Hình 2.5: Vắt vải ...........................................................................................................
Hình 2.6: Phơi vải sau khi vắt khô
Hình 2.7: Phủ hồ lên mặt vải

21
21

Hình 2.8: Phơi khô vải sau khi phủ hồ

22

Hình 2.9: Vải thành phẩm 22
Hình 4.1: Nơi thu mẫu nước phèn 28
Hình 4.2: Nơi thu mẫu nước phèn 29
Hình 4.3: Mẫu nước phèn 29
Hình 4.4: Đường chuẩn của sắt

30

Hình 4.5: Sự thay đổi COD của nước thải sau khi pha loãng

32

Hình 4.6: Sự thay đổi COD ứng với tỷ lệ nước phèn và nước thải tối ưu
Hình 4.7: So sánh hiệu quả giảm COD giữa FeSO4 và nước phèn
Hình 4.8: Sự thay đổi COD của nước thải sau các giá trị pH
Hình 4.9: Sự thay đổi COD theo thời gian

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

32

35

36

37

Trang 4


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh
TÓM TẮT

Ứng dụng xúc tác vào trong việc xử lý môi trường đặc biệt là xử lý các chất
ô nhiễm khó bị oxy hoá (như các chất hoạt động bề mặt…) đã và đang thu hút sự
quan tâm của giới khoa học trong thời gian gần đây. Ở đây nước phèn được sử
dụng với vai trò là xúc tác, nước phèn tồn tại trong tự nhiên dễ sử dụng và hệ tác
chất H2O2/nước phèn cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ oxy hoá cổ
điển khác (như hệ Fenton). Trong nghiên cứu này, chúng tôi nhận được một kết
quả rất thú vị khi xử lý nước thải dệt nhuộm (COD ~ 12000 mgO 2/l) bằng hệ tác
chất này ở điều kiện (pH ~ 2.0) có thể giảm COD rất nhiều (COD ~400 mgO 2/l)
của nước thải trong thời gian là 24 giờ.
ABSTRACT

Catalytic applications into the environmentaltreatment for the persistent
organic pollutants oxidation (for example surface active compounds etc.) has

been attracting the attention of scientists. Herein, thealum water wasplayed as a
catalyst, alum water existed in the natural ease of use and the catalyst system
H2O2/alum water showed many advantages compared tothe classical oxidation
system (such as Fenton system).In this study, we got a result very interesting
when treated textile wastewater (COD ~ 12000 mg O 2 / l) with the substance in
conditions (pH ~ 2.0) can reduce COD so much (COD ~ 400 mgO 2/l) of water
for a period of 24 hours.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 5


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh
Chương 1: MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, quá trình Công nghiệp hoá – Hiện đại hoá ở
Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung phát triển mạnh mẽ, kéo theo sự
phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, các nhà máy sản xuất,… Tất
cả mọi sự phát triển này đều hướng đến việc tạo ra các sản phẩm phục vụ cho
nhu cầu của con người, tạo điều kiện sống tiện nghi hơn; nhưng đồng thời cũng
thải ra các loại chất thải khác nhau, làm cho môi trường ngày càng xấu đi. Mặt
khác, tình trạng nước tự nhiên bị nhiễm phèn đã và đang ảnh hưởng rất lớn đến
đời sống của người dân.Vì vậy, vấn đề nước sạch đã, đang và sẽ là đề tài nóng
bỏng tại một số quốc gia đang phát triển như Việt Nam.
Theo dự báo Quỹ quốc tế bảo vệ thiên nhiên đến năm 2030 thế giới sẽ thiếu
nước.Đây là một thách thức lớn đối với ngành nước. Vì thế, phương án xử lý và
tái sử dụng nước thải là phương án thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên

cứu. Thêm vào đó, việc khám phá chức năng của các nguyên vật liệu có nguồn
gốc tự nhiên phục vụ cho quá trình xử lý nước sẽ được ưu tiên nhiều hơn bởi vì
nó mang tính thân thiện với môi trường và có thể đem lại hiệu quả kinh tế cao
hơn.
Hiện nay, đối với các loại nước thải cần phải được xử lý bằng phương pháp
oxy hoá hoá học như nước thải từ nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu, các cơ sở dệt
nhuộm,… thì hệ Fenton cổ điển (sử dụng tác chất H 2O2 với xúc tác Fe2+) là phổ
biến nhất. Tuy nhiên, với hệ Fenton cổ điển có nhược điểm là: điều chỉnh giá trị
pH về môi trường axit mạnh (pH = 2-3; hoá chất được sử dụng là H 2SO4); sau
quá trình này thải ra môi trường một lượng bùn rất lớn (do keo tụ để tách xúc tác
sắt ra khỏi dung dịch); đồng thời xúc tác không được hoàn nguyên và tái sử dụng
trở lại.
Xuất phát từ vấn đề thực tế này, chúng tôi “Nghiên cứu khả năng xúc tác
của nước phèn trong xử lý nước thải dệt nhuộm” nhằm tìm kiếm một giải
pháp mới trong xử lý nước thải, ứng dụng nước phèn trong quá trình xử lý nước
thải bằng phương pháp Fenton. Mặt khác, hạn chế hoá chất đưa vào môi trường
và giảm chi phí trong xử lý bùn sau quá trình Fenton.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 6


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Tổng quan về nước phèn

2.1.1. Nước phèn là gì?
2.1.

Ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và một số nơi gần biển, nước
có độ axit khá cao, tức pH thấp, người dân gọi là nước phèn vì có vị chua.Axit
trong nước phèn là sunfuric axit, được tạo thành khi đất phèn (pyrite (FeS 2)) tiếp
xúc với không khí. Đất phèn được hình thành do quá trình kiến tạo địa chất.
Quá trình hình thành và tính chất của nước phèn
a. Quá trình hình thành phèn:
• Giai đoạn hình thành khoáng pyrite FeS2:

2.1.2.

Sự hình thành FeS2 là nguy cơ của phèn hóa đất và nước.Giai đoạn đầu là
sự phát triển của hệ thực vật nước mặt ở vùng gần bờ biển. Sau đó, do quá trình
bồi tụ phù sa cùng với sự rút lui dần của biển, rừng ngập mặn bị mất môi trường
sống. Cây ngập mặn bị vùi trong phù sa và bị phân hủy yếm khí. Nước mặn
(nước biển) có hàm lượng ion sulfat SO 42- rất cao (vài nghìn miligam trong một
lít - cao gấp hàng trăm lần trong nước ngọt). Cây nước mặn cũng chứa nhiều
sulfat. Trong quá trình phân hủy yếm khí sulfat bị chuyển thành hydrosulfua-SH.
Sản phẩm này khử oxít sắt (có rất nhiều phù sa bồi tụ) tạo thành sunfua sắt (FeS).
Sau đó FeS chuyển hóa dần thành khoáng FeS 2, pyrite dần dần bồi tụ lại thành
tầng dày.Những vùng đất có tầng pyrite được gọi là đất phèn tiềm tàng (Cao Thị
Thuý Nga, 2010).
•

Giai đoạn hình thành H2SO4:
Sự hình thành H2SO4 do oxy hóa pyrite là nguyên nhân trực tiếp làm đất và
nước nhiễm phèn. Có nhiều nguyên nhân khác nhau làm cho oxy không khí xâm
nhập sâu vào đất như: mực nước biển hạ thấp xuống, oxy hòa tan vào nước mưa

rồi thấm vào đất, cây cối bề mặt chuyển từ phía trên thân lá xuống rễ và vào đất,
con người khai phá đất…Đây là cơ hội để vi sinh vật (Thiobacillus
ferrooxydants) trong đất oxy hóa pyrite làm nguồn năng lượng cho chúng hoạt
động (Cao Thị Thuý Nga, 2010).
4FeS2 + 15O2 + 2H2O = 4 Fe3+ + 8SO42- + 12H+
Các sản phẩm của quá trình này: H2SO4, Fe3+ cùng với ion kali có sẵn trong
đất kết hợp thành khoáng jaroste KFe3(SO4)2(H2O)6. Do môi trường có độ axít
mạnh nên nhôm trong cấu trúc sét bị hòa tan và kết hợp các sản phẩm trên thành
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 7


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

khoáng alunite KAl3(SO4)2(H2O)6. Khoáng jarosite và alunite là chỉ thị cho đất
phèn hoạt động.
•

Giai đoạn phá hủy pyrite và hình thành Fe2+:
Khi môi trường có tính axit mạnh, quá trình oxy hóa pyrite (quá trình hóa
sinh) chậm lại, nhưng quá trình phân hủy pyrite tạo thành Fe 2+ (quá trình hóa
học) tăng cường:
FeS2 + 2Fe3+ = 3Fe2+ + 2S0
Đây là nguyên nhân hình thành ion Fe2+ trong nước phèn. Quá trình oxy hóa
và phân hủy pyrite làm đất phèn hoạt động tích tụ H +, SO42-, Fe2+, Al3+, pH thấp
và tính khử cao cũng là nguyên nhân hòa tan nhiều kim loại khác như mangan…

•

Sự hình thành khoáng Halotrichite FeAl2(SO4)4..22H2O
Ở vùng đất phèn thường xuất hiện một loại khoángmàu trắng xám, rất dễ
tan trong nước. Đặc biệt là nước hòa tan khoáng này có thành phần và tính chất
giống nước phèn: pH thấp, chứa nhiều Fe2+, gốc sunfat SO4, nhôm Al3+. Phân tích
hóa học và quang phổ cho thấy khoáng vật mới này có công thức là
FeAl2(SO)4.22H2O (khoáng halotrichite), là nguyên nhân làm cho nước bề mặt
nhiễm phèn. Nước phèn trong đất chứa khoáng halotrichite bị mao dẫn lên mặt
đất. Halotrichite mặt đất bị rửa trôi do mưa làm cho nước bị nhiễm phèn: pH thấp
và chứa nhiều Fe2+, Al3+, SO42-, Mn2+(Cao Thị Thuý Nga, 2010).

b. Tính chất:

Vào mùa mưa, nước mưa rửa trôi đất phèn, mang theo nhiều sắt, nhôm
sunfat và axit mùn hữu cơ, chứa nhiều ion H + và các muối thủy phân mang tính
axit AlCl3, Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3, FeSO4. Nước phèn không có tính chất
đệm (hàm lượng ion HCO3- và CO32- không có hoặc rất thấp).Vùng trũng, nước
đọng chứa rất nhiều sunfat, ngược lại ở vùng có địa hình cao hàm lượng sunfat
có trong nước ít hơn (Nguyễn Xuân Hoàn, 2008).
Nước phèn ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có đặc tính:
Màu: vàng đục, nhiều tạp chất hữu cơ
pH: 2,5 – 3,5
Độ kiềm: 0 (CO32- = 0, HCO3- = 0)
Hàm lượng sắt: 25 – 70 mg/l
Hàm lượng SO42-: 100 – 380 mg/l
Độ mặn: 180 mg/l
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 8

Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Nước chua phèn được chia ra làm 3 loại:
Bảng 2.1: Phân loại nước phèn và các thông số đặc trưng
Thông số

Loại I

Loại II

Loại III

Độ màu

Vàng đục

Vàng đục

Trong xanh

pH

2.5 – 3.0

2.5 – 3.5

2.5 – 2.8

Độ kiềm

0

0

0

Hàm lượng sắt (mg/l)

30 – 120

25 – 70

2 – 10

Hàm lượng sunfat (mg/l)

800 – 5000

100 – 380

100 – 400

Hàm lượng nhôm (mg/l)

-

-

40 -20

Độ mặn (mg/l)

-

180

-

(Nguồn: Nguyễn Xuân Hoàn, 2008)

Bảng 2.2: Thành phần hoá học nước phèn ở ĐBSCL
STT

Các chỉ tiêu

Số mẫu phân tích

Nồng độ (mg/l)

1

Sắt II

25 – 100

0,8 – 30

2

Mangan

25 – 100

0,0 – 5,0

3

Nhôm

25 – 100

0,5 – 3,0

4

Magiê

25 – 100

3,0 – 8,5

5

Đồng

25 – 100

0,0 – 0,01

6

Sunfat

25 – 100

25 – 500

7

Clorua

25 – 100

24 – 200

8

Nitrat

25 – 100

1–3

9

Amoni

25 – 100

0,00

• Phèn sắt:
Là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay
amoni, ví dụ: kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O]. Ở
dạng tinh khiết, phèn sắt là tinh thể không màu, nhưng thường có màu tím vì có
vết mangan tan trong nước. Phèn sắt được điều chế bằng cách kết tinh hỗn hợp
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 9


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

sắt (III) sunfat với muối sunfat của các kim loại kiềm hoặc amoni. Phèn sắt
thường được dùng làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm.
•

Phèn nhôm: gồm hai loại:
Phèn nhôm đơn: Al2.(SO4)3.18H2O.
Phèn nhôm kép: muối kép của sunfat nhôm với sunfat kim loại kiềm hoặc
amoni.

•

Kali nhôm sunfat hay phèn nhôm kali (thường gọi: phèn chua)
[KAl(SO4)2.12H2O hay K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O]: Tinh thể lớn hình bát diện,
trong suốt, không màu, vị chát, cảm giác se lưỡi; khối lượng riêng 1,75 g/cm 3;
tnc= 92oC; đun nóng đến 200oC thì mất nước kết tinh, thành phèn khan ở dạng bột
trắng (thường gọi là phèn phi hoặc khô phèn) ít tan trong nước. Dung dịch phèn
chua có tính axit, không độc. Tinh thể phèn tan trong nước tạo màng hiđroxyt
lắng xuống kéo theo các chất bẩn lơ lửng trong nước. Vì vậy, nó được dùng làm
trong nước; làm chất cầm màu trong nhuộm vải; chất kết dính trong ngành sản
xuất giấy; làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm, dùng làm thuốc cầm máu
bề mặt, lau rửa bộ phận cơ thể ra nhiều mồ hôi, rửa niêm mạc miệng, họng; làm
thuốc rắc kẽ chân. Y học cổ truyền còn gọi phèn chua là bạch phèn. Bạch phèn
có tính hàn, vào kinh tì, giải độc, sát khuẩn, cầm máu, chữa viêm dạ dày, ruột;
dùng thêm các vị thuốc khác chữa đau răng. Phèn phi trộn với bột lưu huỳnh tán
nhỏ và tá dược dùng bôi nách sau mỗi lần tắm để chữa chứng hôi nách.

•

Amoni nhôm sunfat hay phèn nhôm amoni [(NH4)2SO4.Al2(SO4)3.24H2O)]: tinh
thể màu trắng, khối lượng riêng 1,65 g/cm 3, tnc = 94,5oC. Dễ tan trong nước dùng
làm trong nước; là một thành phần của bột nở, bột chữa cháy; dùng trong mạ
điện; trong y học dùng làm thuốc lợi tiểu, gây nôn.

2.1.3.
-

Nguyên nhân nước nhiễm phèn
Do nước mưa rửa trôi lớp đất có chứa các ion Fe2+, Fe3+, Al3+.
Mạch nước ngầm chảy qua các tầng đất có các ion Fe 2+, Fe3+, Al3+ ở dạng hòa tan,
hòa tan vào trong nước.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 10


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp
2.1.4.

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Ảnh hưởng của nước phèn
Có rất nhiều kiểu mô tả khác nhau về đặc điểm của nước phèn. Do tính chất
của nó khác nhau tùy theo đặc điểm của từng vùng, có khi nước có vị chua, nước
có màu vàng giặt quần áo bị ố vàng, khi thì nước lại có mùi tanh tanh, có loại khi
mới lấy lên từ nguồn thì thấy nước rất trong nhưng để yên nước trong vài ba
ngày sẽ thấy nổi váng trên bề mặt...
Nếu sử dụng nguồn nước nhiễm phèn cho ăn uống, sinh hoạt thì các dụng
cụ trong nhà đều bị ăn mòn, tắm rửa thì bị rộp da. Do nước chứa nhiều phèn sắt
có màu vàng đục gây cảm giác mỹ quan không tốt. Mặc dù các thành phần có
trong nước phèn (nhôm, sắt, sulfat và mangan) không gây độc cho sức khỏe.
Nhưng nếu hàm lượng Fe>0,3 mg/l; Mn> 0,1 mg/l làm hoen ố quần áo khi giặt,
hàm lượng sulfat cao sẽ gây vị khó chịu cho nước uống (pH thấp gây vị chua cho
nước). Ngoài ra nhôm trong nước quá cao còn gây loãng xương cho người già và
ảnh hưởng đến chức năng lọc máu của thận... Vì vậy việc tìm ra các giải pháp và
công cụ cũng như thiết bị loại bỏ các thành phần trên trong nước phèn là điều rất
cần thiết.

2.1.5.

Hiện trạng nguồn nước ở ĐBSCL

Ở ĐBSCL, đất phèn chiếm gần một nửa tổng diện tích. Người dân khu vực
này, đặc biệt là vùng xa thành phố vẫn phải dùng nguồn nước nhiễm phèn cho
mọi sinh hoạt hằng ngày từ tắm giặt đến ăn uống…Qua khảo sát, vùng nhiễm
phèn chiếm 41% diện tích đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm vùng Tây Bắc
Long An, Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên và Tây sông Hậu. Thời gian
nhiễm phèn từ 2 – 6 tháng.
Theo dữ kiện của Trung tâm chất lượng nước và môi trường thuộc phân
viện khảo sát quy hoạch thuỷ lợi Nam Bộ, trong khoảng 1985 đến 1997, pH tại
nhiều trạm quan trắc ở vùng Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên có thể
xuống dưới 3,0; nhất là vào mùa khô ở hạ nguồn. Nhưng theo tài liệu của Viện
khoa học xã hội tại thành phố Hồ Chí Minh được ấn hành năm 1999, pH có thể
xuống đến 2,5 trong những năm có lụt nhỏ và đặc biệt trong vụ Hè – Thu 1995,
pH của nước trong đồng ruộng chỉ còn 1,0. Vào mùa khô, nước sinh hoạt là vấn
đề hết sức khó khăn ở ĐBSCL, đặc biệt là vùng sâu vùng xa, nơi người dân sống
rải rác trên các kênh rạch nhiễm phèn (Nguyễn Xuân Hoàn, 2008).

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 11


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Hình 2.1: Nước nhiễm phèn

2.2.

Quá trình Fenton

Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu
của J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng
H2O2 đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt. Sau đó, tổ hợp H 2O2 và muối
sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng
rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton” (Fenton Reagent).

2.2.1.

Định nghĩa
Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa
vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *HO được tạo ra ngay trong quá trình xử lý.
Gốc hydroxyl *HO là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác
nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay.Thế oxy hóa của gốc hydroxyl *HO là
2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa thường gặp. Thế oxy hóa của một
số tác nhân oxy hóa thường gặp được trình bảy ở bảng 2.3.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 12


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Bảng 2.3: Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa
Tác nhân oxy hóa

Thế oxy hóa (V)

Gốc hydroxyl

2,80

Ozon

2,07

Hydrogen peroxyt

1,78

Permanganat

1,68

Hydrobromic axit

1,59

Clo dioxyt

1,57

Hypocloric axit

1,49

Hypoiodic acid

1,45

Clo

1,36

Brom

1,09

Iod

0,54
(Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H., 2001)

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này
không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản
sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn
giây nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng (Trần Mạnh Trí
và Trần Mạnh Trung , 2007).
2.2.2.

Phân loại
Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính của quá
trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể
phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:
Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng:
Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá
trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và
chúng được liệt kê ở bảng 2.4.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 13


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Bảng 2.4: Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng
T
T

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trưng

1

H2O2 và Fe2+

2

H2O2 và O3

3

O3 và các chất xúc tác

4

H2O và năng lượng
H2O
điện hóa

*HO + *H

5

H2O và năng lượng siêu
H2O
âm

*HO + *H

H2O2 + Fe2+

Fe3+ + OH- + *HO

H2O2 + 2O3

2*HO + 3O2

3O3 + H2O

2*HO + 4O2

Tên quá trình
Fenton

Peroxon
Catazon
Oxy hóa điện
hóa
Siêu âm

(20- 40 kHz)
6

H2O và năng lượng cao

H2O

*HO + *H

Bức xạ năng
lượng cao

( 1-10 Mev)
(Nguồn: Nguyễn Thế Duyến, 2007)

Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng:
Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình
nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình được trình bày ở
bảng 2.5.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 14

Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Bảng 2.5: Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng
TT
1

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trưng

H2O2 và năng lượng
H2O2
photon UV
(

2

Tên quá trình
UV/H2O2

2*HO

= 220 nm)

O3 và năng lượng
O3 + H2O
photon UV

UV/O3

2*HO

( = 253,7 nm)
3

H2O2/O3 và năng
H2O2 +O3 + H2O
lượng photon UV

4*HO + O2 (

UV/H2O2+ O3

= 253,7 nm)
4

H2O2/Fe3+ và năng
Fe3++H2O
lượng photon UV

2+

*HO +Fe + H

Fe2+ + H2O2
5

TiO2 và năng lượng
TiO2
photon UV

+

Quang Fenton

Fe3++ OH- +*HO

e - + h+

Quang
xúc
tác bán dẫn

( > 387,5 nm)
h+ + H2O
h+ + OH2.2.3.

*HO + H+
*HO + H+

Cơ chế của quá trình Fenton
a. Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl OH*
Thông thường qui trình oxy hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:

•

Điều chỉnh pH phù hợp

•

Phản ứng oxy hóa
Trong giai đoạn phản ứng oxy hóa xảy ra sự hình thành gốc OH* hoạt tính
và phản ứng oxy hóa chất hữu cơ.Cơ chế hình thành gốc OH* sẽ được xét cụ thể
sau. Gốc OH* sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxy hóa các hợp chất
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 15


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

hữu cơ có trong nước cần xử lý: chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các
chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.
CHC (cao phân tử) +*HO → CHC (thấp phân tử) +CO2 +H2O+ OH•

Trung hòa và keo tụ
Sau khi xảy ra quá trình oxy hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực hiện
kết tủa Fe3+ mới hình thành:
Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3
Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp
phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.

•

Quá trình lắng:

Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống làm giảm COD, màu, mùi
trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước
thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ
sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác.
b. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl OH* và động học các phản ứng
Fenton:
* Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe2+:
Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của
phản ứng Fenton cho đến nay vẫn còn đang tranh cãi, thậm chí có ý kiến trái
ngược nhau.
Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông
thường dùng muối FeSO4) và hydro peroxyt H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh
ra gốc tự do OH*, còn Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+theo phản ứng:
Fe2+

+

H2O2→

Fe3+ + OH*

+

OH –

Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do ông là người đầu tiên đã mô
tả quá trình này. Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả
sau này, các nghiên cứu này cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì
trong quá trình Fenton còn có xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm:
Fe2+

+

H2O2 →

Fe3++ OH*

Fe3+

+

H2O2 →

Fe2++

OH*

+

Fe2+

→

OH- +

Fe3+

(3)

OH*

+

H 2 O2

→

H2O +

*

(4)

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

*

+

OH– (1)

HO2 + H+

HO2

(2)

Trang 16

Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Fe2+

+

*

→

Fe3+ +

Fe3+

+

*

→

Fe2+ +O2 + H+

HO2
HO2

HO2-

(5)

(6)

Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trò là chất xúc tác.
Quá trình chuyển Fe3+ thành Fe2+ như mô tả trong phản ứng (2) xảy ra rất chậm,
hằng số tốc độ k rất nhỏ so với phản ứng (1) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ
yếu ở dạng Fe3+.
Theo Walling, C. (1975) gốc tự do OH*sinh ra có khả năng phản ứng với
Fe và H2O2 nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ
(RH) tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp
tục theo kiểu dây chuỗi:
2+

OH*

+

Fe2+

→

OH-

+

Fe3+

OH*

+

H2O2

→

H2O

+

*

OH*

+

RH

→

*

R

+

HO2

H 2O

Các gốc *R có thể oxy hóa Fe2+, khử Fe3+ hoặc dimer hóa.
Tuy nhiên như đã nói ở trên cơ chế phản ứng Fenton, đặc biệt là sự tạo

thành các hợp chất trung gian cũng như sự hình thành gốc hydroxyl vẫn còn
nhiều tranh cãi. Kremer (1999) cho rằng các sản phẩm trung gian có thể là phức
chất Fe2+. H2O2 hydrat hóa và ion FeO2+ vì thuận lợi hơn về mặt nhiệt động và
tác nhân oxy hóa khử là FeO 2+ chứ không phải gốc hydroxyl, mặt khác ông cũng
cho rằng chất trung gian Fe 2+. H2O2 có thể tham gia trực tiếp vào quá trình oxy
hóa. Tuy nhiên tuyệt đại đa số đều nhất trí cao với cơ chế phản ứng Fenton xảy ra
theo các phản ứng (1)-(6) đã nêu trên và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo
ra trong phản ứng Fenton.
* Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe3+:
Phản ứng (2) xảy ra xem như phản ứng phân hủy H 2O2 bằng chất xúc tác
Fe3+ và tạo ra Fe2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phản ứng (1) hình thành gốc
hydroxyl theo phản ứng Fenton. Tuy nhiên tốc độ ban đầu của phản ứng oxy hóa
bằng tác nhân H2O2 / Fe3+ chậm hơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H 2O2 /
Fe2+.Nguyên nhân vì trong trường hợp này Fe 3+ phải được khử thành Fe2+ trước
khi hình thành gốc hydroxyl.Như vậy, quá trình Fenton được xem như không phụ
thuộc gì vào trạng thái hóa trị hai hay ba của các ion sắt.
Một khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng
tiếp theo kiểu dây chuỗi với những gốc hoạt động mới. Vì vậy, sự hình thành gốc
hydroxyl được xem như khơi mào cho hàng loạt phản ứng xảy ra trong dung
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 17


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

dịch.Vì phản ứng của gốc hydroxyl xảy ra không như chọn lựa, nên trong quá
trình đó tạo ra nhiều sản phẩm trung gian khác nhau, khó tiên đoán tất cả các sản

phẩm trung gian tạo ra trong suốt quá trình.
Mục đích cuối cùng của quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm trong nước là
vô cơ hoá các chất hữu cơ trong nước thành những chất đơn giản và không độc
hại. Cụ thể là chuyển:
•

Cacbon trong phân tử chất ô nhiễm thành cabon dioxyt

•

Hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành nước

•

Photpho trong phân tử chất ô nhiễm thành photphat hoặc photphoric
axit

•

Sunfua trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat

•

Nitơ trong phân tử chất ô nhiễm thành nitrat

•

Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành halogen axit

•

Các hợp chất vô cơ tạo thành oxy hoá cao hơn
Đặc điểm chung của các tác nhân oxy hoá thông thường là không thể xảy ra
với mọi chất và không triệt để, trong khi đặc trưng của gốc OH* là hầu như
không chọn lựa khi phản ứng các chất khác nhau để oxy hoá và phân hủy chúng
(Nguyễn Huy Phú và Nguyễn Hồng Phương, 2011).
Bảng 2.6: Những hợp chất hữu cơ bị oxy hoá bởi gốc OH* đã nghiên cứu
Nhóm
Thuốc nhuộm
Amin

Aromatic

Hợp chất
Antraquinon, diazo, monoazo
Anilin, amin vòng, dyetylamin, EDTA,
propandiamin, n-propinamin
Benzen, clorobenzen, clorophenol, xylen,
trinitrotoluen, hydroquinon, phenol, diclorophenol

Eter

Tetrahydrofuran

Axit

Focmic, gluconic, lactic, propionic, tactaric

Andehyd

Axetaldehyd, benzaldehyd, focmandehyd, glyoxal,
isobutirandehyd, tricloroaxetaldehyd

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 18


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

2.2.4. Ưu điểm
Việc lựa chọn quá trình Fenton vào nghiên cứu xử lý nước, nước thải là nhờ
những ưu điểm sau:
-

Các tác nhân H2O2 và các muối sắt II tương đối rẻ và có sẵn, đồng thời không
độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng.

-

Hiệu quả oxy hóa được nâng cao rất nhiều so với H 2O2 sử dụng một mình. Áp
dụng quá trình Fenton để xử lý nước và nước thải sẽ dẫn đến khoáng hóa hoàn
toàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và cácion vô cơ,…hoặc phân hủy từng
phần, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả
năng phân hủy sinh học nhờ vào tác nhân hydroxyl OH*được sinh ra trong quá
trình phản ứng.

-

Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.

-

Nâng cao hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống.

-

Do tác dụng oxy hóa cực mạnh của OH*so với các tác nhân diệt khuẩn truyền
thống (các hợp chất của Clo) nên ngoài khả năng tiêu diệt triệt để các vi khuẩn
thông thường, chúng còn có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virus gây bệnh
mà Clo không thể diệt nổi (Nguyễn Thị Thanh Hà, 2002).
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng

a. Độ pH

Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và
nồng độ Fe2+ từ đó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy
các chất hữu cơ. Trong dung dịch có pH từ 2-7 các phần tử Fe(II) sẽ nằm dưới
dạng Fe2+(aq); đối với các phần tử Fe(III), ở pH < 3 chúng sẽ nằm dưới dạng Fe 3+
+2
(aq) và khi pH gần đến 3 là dạng FeOH (aq) và khi 3 < pH < 7 chúng ở dạng
Fe(OH)2+(aq). Do đó trong môi trường axit sẽ rất thuận lợi cho quá trình tạo gốc
hydroxyl tự do HO* theo phản ứng sau:
Fe2++ H2O2 = Fe3+ + OH* + OHTrong môi trường pH cao quá trình kết tủa Fe 3+ nhanh hơn quá trình khử
của phản ứng
Fe3++ H2O2 = Fe2+ + H+ + H2O*
làm giảm nguồn tạo ra Fe2+ và thành yếu tố hạn chế tốc độ của phản ứng. Qua
nhiều nghiên cứu cho thấy phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pH từ 3-5, đạt

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 19


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

tốc độ cao nhất khi pH nằm trong khoảng hẹp trên dưới 3, và hiệu quả càng giảm
dần khi pH tăng. Như đối với benzen hiệu suất xử lý sau 5h ở pH =3 là khoảng
95%, ở pH = 5 là khoảng 35% và ở pH = 6 khoảng 20%.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH đến tốc độ oxy hóa các chất hữu cơ
bằng hệ Fenton Fe2+/H2O2 trong điều kiện dư Fe2+ ([Fe2+]>2[H2O2]) để loại trừ
ảnh hưởng của các ion Fe3+, khi pH trên dưới 3 tốc độ phản ứng nhanh vì OH*
được tạo ra trực tiếp từ H2O2 và Fe2+. Tuy nhiên khi pH > 4 thì tốc độ phản ứng
chậm lại. Thao tác giả, nguyên nhân có thể trong điều kiện này hệ có thể tạo ra
chất trung gian hoạt động kém hơn gốc OH* (Nguyễn Thế Duyến, 2007).
b. Tỷ lệ Fe2+: H2O2 và loại ion Fe ( Fe2+ hay Fe3+).

Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nồng độ H 2O2, đồng thời nồng độ H2O2 lại
phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải lượng COD.
Theo kinh nghiệm, tỷ lệ mol/mol H2O2 : COD thường 0,5-1:1.
Tỷ lệ Fe2+ : H2O2 nằm trong khoảng 0,3 -1 : 10 mol/mol.
Việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ không ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác
cho phản ứng Fenton (dựa vào phản ứng (1) và (2)) . Tuy nhiên, khi sử dụng
H2O2 với liều lượng thấp (< 10-15 mg/l H2O2) nên sử dụng Fe2+ sẽ tiết kiệm được
hóa chất.
c. Các anion vô cơ

Một số anion vô cơ thường có trong nước ngầm và nước thải cũng có thể
làm giảm hiệu quả của quá trình Fenton, đặc biệt là nước thải dệt nhuộm do trong
quá trình nhuộm sử dụng nhiều chất trợ có nguồn gốc vô cơ. Những anion vô cơ
thường gặp nhất là các ion cacbonat (CO 32-), bicacbonat (HCO3-), ion (Cl-).
Những ion này gọi chung là các gốc ăn hydroxyl vì chúng tham gia phản ứng với
gốc hydroxyl OH* làm giảm khả năng tiến hành phản ứng oxy hóa hoặc cũng có
thể tạo thành những phức chất không hoạt động với Fe(III) như các gốc sunfat
(SO42-), nitrat (NO), photphat (H 2PO4-) cũng làm hiệu quả của quá trình Fenton
giảm đi.
Phản ứng của một số gốc thường gặp trong hệ thống Fenton:
OH* + CO2-3 = CO3* + OH-

(k= 4.2x108 M-1s-1)

OH* + HCO-3 = HCO3* + OH- (k= 1.5x107 M-1s-1)
OH* + Cl- = ClOH-*

(k= 4.3x109 M-1s-1)

Ta thấy hằng số tốc độ phản ứng giữa OH* và ion cacbonat lớn hơn nhiều
so với ion bicacbonat, vì vậy khi tăng pH cân bằng của cacbonat-bicacbonat sẽ
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 20


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

chuyển dịch theo hướng tạo thành cacbonat, gây bất lợi cho phản ứng oxy hoá
nâng cao. Trong khi đó, axit H 2CO3 không phải là chất ăn hydroxyl, vì vậy trong
trường hợp nếu độ kiềm cao, bằng cách chỉnh pH sang môi trường axit để chuyển
cân bằng cacbonat-bicacbonat từ cacbonat (ăn hydroxyl) sang axit H 2CO3 (không
ăn hydroxyl) sẽ có thể loại bỏ tác dụng kìm hãm tốc độ phản ứng của các ion
cacbonat và bicacbonat.
Nói chung, các ion clorua, cacbonat và bocacbonat thường có ảnh hưởng
kìm hãm tốc độ phản ứng nhiều nhất, trong khi đó các ion sunfat, phosphat hay
nitrat có ảnh hưởng ở mức độ thấp hơn(Nguyễn Thế Đồng, 2005).
2.2.6. Các nghiên cứu, ứng dụngvề Fenton
Trong những năm gần đây, hệ xúc tác Fenton được nghiên cứu rất mạnh
và phát triển rộng hơn bằng nhiều công trình trên thế giới không những ở dạng
tác nhân Fenton cổ điển (H2O2/Fe2+) và tác nhân Fenton biến thể (H2O2/Fe3+) mà
còn sử dụng những ion kim loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng ở trạng
thái oxy hóa thấp như Cu(I), Cr(II) và Ti(III) tác dụng với H 2O2 để tạo ra gốc
*HO, được gọi chung là các tác nhân kiểu như Fenton (Fenton – like Reagent).
Thông thường khi áp dụng vào xử lý nước và nước thải, quá trình Fenton
đồng thể gồm 4 giai đoạn:
•

Điều chỉnh pH phù hợp:
Phản ứng Fenton đồng thể xảy ra thuận lợi khi pH < 4.

•

Phản ứng oxy hóa:

Trong giai đoạn phản ứng oxy hóa xảy ra sự hình thành gốc *HO hoạt tính
và phản ứng oxy hóa chất hữu cơ. Gốc *HO sau khi hình thành sẽ tham gia vào
phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý. Phản ứng oxy

hóa các chất hữu cơ diễn ra như sau:
RHX + H2O2→ H2O + X- + CO2 + H+
RHX: hợp chất hữu cơ
X: đại diện cho halide (chất gồm halogen và nguyên tố hay gốc khác)
Nếu hợp chất không có halogen thì phản ứng chỉ tạo ra CO 2 và H2O.
Ngoài ra, gốc *HO còn có khả năng chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành
các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.
CHC (cao phân tử) +*HO → CHC (thấp phân tử) + CO2 + H2O + OH•

Trung hòa và keo tụ:

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 21


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Sau khi xảy ra quá trình oxy hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực
hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành:
Fe3+ + 3OH-→ Fe(OH)3
Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ,
hấp phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.
•

Quá trình lắng:

Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống khiến làm giảm COD,

màu, mùi trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có)
trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ
được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp
khác.
o

Các nghiên cứu, ứng dụng của quá trình Fenton trên thế giới:

-

Flaherty et al. (1992) đã áp dụng quá trình Fenton để xử lý nước thải chứa thuốc
nhuộm hoạt tính Reactive Blue 15. Nước thải có pH 12, độ kiềm CaCO 3 21.000
gl/l, COD 2.100 mg/l và tổng nồng độ đồng 14 mg/l. Nồng độ Fe 2+ giữ ở 2.10-2
M, pH chỉnh xuống 3,5. Trong thí ở dòng liên tục, phản ứng xảy ra trong thiết bị
phản ứng dung tích 1 lít, được khuấy trộn trong 2 giờ. Kết quả, giảm được 70%
COD. Sau khi lắng 24 giờ, nồng độ đồng trong nước đã lắng trong chỉ còn 1
mg/l, tương ứng với mức độ xử lý 93%.

-

Vella et al.(1993) đã tiến hành nghiên cứu phân hủy Tricloetylen (TCE) trong
nước với nồng độ pha chế 10mg/l bằng quá trình Fenton. Phản ứng thực hiện ở
giữa 3,9 và 4,2 với tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 bằng 0,2 và sử dụng liều lượng H2O2 là
53 và 75 mg/l. Kết quả cho thấy khi thí nghiệm với H 2O2 53 mg/l hoặc cao hơn,
trên 80% TCE bị phân hủy sau 2 phút.

-

Hunter (1996) đã nghiên cứu xử lý 1,2,3- Triclopropan với nồng độ ban đầu là
150 mg/l và cho thấy điều kiện xảy ra tốt nhất khi pH từ 2,0 đến 3,3. Khi tăng

nồng độ Fe2+ có khả năng làm tăng tốc độ phân hủy 1,2,3- Triclopropan.
o

Các nghiên cứu, ứng dụng của quá trình Fenton ở Việt Nam:

Với tình trạng ô nhiễm ở Việt Nam hiện nay, phương pháp Fenton đã
được một số cơ sở ứng dụng trong xử lý nước thải. Công nghệ này thường được
áp dụng để xử lý các loại nước thải ô nhiễm bởi các chất hữu cơ bền vững, khó
hoặc không thể phân hủy sinh học như nước thải dệt nhuộm, hóa chất... Có thể
đưa ra một số dẫn chứng cụ thể sau:
-

Trung tâm công nghệ hóa học và môi trường (Liên hiệp các Hội khoa học kỹ
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 22


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

thuật Việt Nam) đã nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH
xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu tại Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn. Nhờ áp
dụng quá trình công nghệ cao Fenton vào xử lý nước thải kết hợp với phương
pháp sinh học, hiệu quả phân hủy các loại thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ
sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu cơ, photpho hữu cơ... đạt trên 97-99%.
-

Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu ra hoạt chất C1, C2 với tác

nhân Fenton để làm sạch nước và khử mùi hôi của nước. C1 là loại bột khi hòa
lẫn trong nước sẽ tạo nên sự tăng đột ngột độ pH và tất cả các kim loại nặng đang
hòa tan sẽ chuyển sang kết tủa. C2 giúp lắng nhanh các chất kết tủa đang lơ lửng,
tác nhân Fenton là chất ôxy hóa nhanh làm nước sạch thêm và mất mùi, cho
nước đảm bảo tưới tiêu và sinh hoạt.

-

Nước rác từ các bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị có chứa các chất hữu cơ khó
phân huỷ sinh học. Cho nên sau khi xử lý bằng các công trình sinh học khác nhau
thì COD nước rác vẫn còn cao, dao động từ 600-900 mg/l và chưa đạt TCVN
5945:2005 loại C. Các nghiên cứu của Khoa Môi Trường, Đại học Bách Khoa
TP. HCM cho thấy phản ứng Fenton cho phép xử lý COD nước rác xuống thấp
hơn 100 mg/l. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa được áp dụng bởi chi phí
hóa chất cao, tuỳ vào nồng độ chất hữu cơ trong nước rác mà chi phí hóa chất có
thể từ 25.000-40.000 đồng/m3 nước rác cần xử lý. Do vậy, cần thiết phải nghiên
cứu sâu hơn về động học phản ứng Fenton xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ
sinh học trong nước rác nhằm có thể điều khiển, nâng cao hiệu quả của quá trình
này nhằm hạ thấp chi phí xử lý. Nhóm tác giả đã đề xuất giải pháp sử dụng hiệu
quả oxy già dư và Fe2+ theo bậc trong quá trình oxy hóa Fenton.

Một số điều về nước thải nhuộm bằng trái mặc nưa
2.3.1. Đặc tính của trái mặc nưa
2.3.

Mặc nưa (tên khoa học Diospyros mollis Griff, thuộc họ Thị Ebenaceae) là
một cây cao 10-20m có cành và những bộ phận khác của cây. Lá mọc so le, hình
trứng dài, mặt dưới mờ, mặt trên nhẵn, phiến lá dài 5,5-13cm rộng 5,5-7cm
cuống có lông dài 3-6mm.
Hoa đơn tính, nhỏ, màu vàng nhạt, hoa đực mọc thành xim ngắn, có lông, mang

ít hoa: Từ 1-3 hoa, hoa cái mọc đơn độc ở nách lá. Quả hình cầu, đường kính 2030mm, nặng khoảng 8-12g, mỗi quả chứa 3-6 hạt, vỏ lúc còn nhỏ màu xanh tươi,
khi chín có màu đen. Một cây mặc nưa cho khoảng 100-500kg quả mỗi năm.

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 23


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

Hình 2.2: Quả mặc nưa

Mặc nưa được trồng chủ yếu ở miền Nam nước ta, nhiều nhất vùng Tân
Châu, còn thấy trồng ở Cămpuchia, Lào, Thái Lan, Miến Điện. Từ Quảng Bình
trở vào có một cây rất gần mang tên cây mun - Diospyros mun H. Lec.Cùng họ
cũng được khai thác như mặc nưavới cùng một công dụng.
Mặc nưacũng như cây mun chủ yếu được trồng để lấy gỗ và lấy quả làm
thuốc nhuộm màu đen.Quả có thể dùng tươi hay khô, nhưng chủ yếu là tươi.
Trong quả mặc nưa có hợp chất hydroquinon, tanin (khoảng 10% tanin
catechic), hợp chất sterolic, axit hữu cơ, men invectin và men emunsin, không có
men oxydaza, cũng không có ancaloit và flavon.
Trong môi trường axit, Nguyễn Bá Tước đã dùng ete chiết được từ quả mặc
nưa một chất hydroquinon, kết tinh hình kim trắng nhạt trong nước, tan trong các
dung môi hữu cơ (trừ trong ete dầu hỏa). Dưới tia ngoại tím cho huỳnh quang
màu xanh tím. Công thức thô được xác định là C12H12O2(Đỗ Tất Lợi, 2004).
2.3.2.

Quy trình nhuộm vải bằng mặc nưa

Quy trình nhuộm vải bằng bột mặc nưa là nhúng tấm vải vào thùng mủ, đảo
đều tay một lúc cho vải ăn mủ rồi lấy ra vắt khô, phơi ra ngoài nắng đến bao giờ
tấm lụa nóng lên thì lại mang nhúng vào thùng mủ (vải nóng thì nhuộm mới ăn
mủ). Chu trình khép kín nhúng-vắt-phơi của miếng vải ấy được thực hiện liên
GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành

Trang 24


Báo cáo khoá luận tốt nghiệp

SVTH: Lương Thị Kiều Trinh

tiếp trong suốt 45 ngày (với điều kiện ngày nào trời cũng nắng) mới cho ra được
tấm vải nhuộm mạc nưa thành phẩm.
Quy trình nhuộm vải bằng mặc nưa được thực hiện qua rất nhiều công đoạn
khác nhau:
Công đoạn 1: quả mặc nưa được mua về (chỉ chọn những quả còn xanh) say
nhuyễn thành bột, hoà bột mặc nưa vào nước. Nhúng vải vào thùng mặc nưa đã
hoà vào nước, sau đó vắt khô.

Hình 2.3: Nhúng vải vào dung dịch bột mặc nưa đã hoà tan với nước

GVHD: TS. Nguyễn Trung Thành
Hình2.4: Vắt vải

Trang 25