Nghiên cứu xử lý Cr(VI) trong nước bằng phương pháp keo tụ điện hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Cr(VI) TRONG NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Cr(VI) TRONG NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ĐÌNH VINH

THÁI NGUYÊN - 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả khảo sát và nghiên cứu chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình
nghiên cứu khoa học nào.

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2019
Tác giả
Nguyễn Ngọc Tuấn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi đã
nhận được sự động viên, giúp đỡ quý báu của nhiều đơn vị và cá nhân. Đầu tiên, tôi
xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp Hóa
học khóa 11, quý Thầy Cô công tác tại Phòng Sau Đại học Trường Đại học Khoa
học - Đại học Thái Nguyên.
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến TS. Nguyễn Đình Vinh,
người đã hết lòng giúp đỡ và hướng dẫn tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình

chuẩn bị, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp, gia đình, người
thân đã giúp đỡ tôi rất nhiều khi thực hiện luận văn này.
Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện, song chắc chắn rằng luận
văn này sẽ không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý
Thầy Cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được bổ sung hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2019
Tác giả
Nguyễn Ngọc Tuấn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................... a
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................. c
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ d
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung về phương pháp keo tụ điện hóa ....................................
2
1.1.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................ 2
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng.............................................................................. 7
1.1.3. Ứng dụng............................................................................................... 13
1.2. Nguồn phát thải và độc tính của Cr(VI)................................................... 14
1.2.1. Nguồn phát thải ..................................................................................... 14
1.2.2. Độc tính ................................................................................................. 15

1.3. Xử lý Cr(VI) bằng phương pháp keo tụ điện hóa ....................................
16
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................ 16
1.3.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ..................................................... 17
1.4. Các phương pháp nghiên cứu................................................................... 18
1.4.1. Phương pháp UV-Vis............................................................................ 18
1.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X.................................................................. 20
1.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................. 22
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 23
2.1. Hóa chất.................................................................................................... 23
2.2. Thiết bị ..................................................................................................... 23
2.2. Chế tạo thiết bị EC ................................................................................... 23
2.2.1. Chế tạo điện cực.................................................................................... 23
2.2.2. Chế tạo bể phản ứng.............................................................................. 23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.2.3. Lắp đặt thiết bị EC ................................................................................ 23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Cr(VI) bằng EC ......
24
2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian .................. 24
2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH ............................................................. 25

2.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất điện li ................................................ 25
2.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu............................ 25
2.3.5. Nghiên cứu xử lý mẫu nước tổng hợp .................................................. 25
2.4. Các phương pháp phân tích...................................................................... 26
2.4.1. Phương pháp hân tích hàm lượng Cr(VI) ............................................. 26
2.4.2. Phân tích cặn sau xử lý.......................................................................... 30
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................... 30
3.1. Kết quả xây dựng và đánh giá đường chuẩn............................................ 30
3.1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn ............................................................ 31
3.1.2. Kết quả đánh giá độ tin cậy của đường chuẩn ...................................... 32
3.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian ........................................ 35
3.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 38
3.4. Ảnh hưởng của chất điện li ...................................................................... 39
3.5. Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu ................................................. 42
3.6. Kết quả xử lý mẫu nước tổng hợp............................................................ 43
3.7. Cấu trúc của cặn bùn sau xử lý ................................................................ 44
KẾT LUẬN .................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 48

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Các quá trình xảy ra trong phương pháp EC .................................... 3
Hình 1.2. Cơ chế chính của quá trình EC ......................................................... 4
Hình 1.3. Đơn điện cực song song (a), nối tiếp (b); điện cực đôi mắc nối
tiếp (c)............................................................................................ 10
Hình 1.4. Mô hình lắp đặt EC: hệ bể (a); hệ liên tục (b) (1-bể nước; 2-bơm;

3- nhánh vào ngăn đầu tiên; 4-điện cực; 5-ngăn đầu; 6-bùn; 7ngăn thứ 2; 8- tách bùn; 9-nhánh đã xử lý; 10-bể nước qua xử
lý; 11cửa xả nước; 12-máy khuấy............................................................ 12
Hình 1.5. Minh họa về mặt hình học định luật nhiễu xạ Bragg..................... 21
Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm: nguồn điện (1); máy khuấy từ (2); anot
(3); catot (4)................................................................................... 24
Hình 3.1. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cr(VI) trong nước ................... 32
Hình 3.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu xuất xử lý Cr(VI) ....... 36
Hình 3.3. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu xuất dòng điện ........... 37
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất xử lý Cr(VI) ................. 38
Hình 3.5. Ảnh hưởng của chất điện li đến hiệu suất xử lý Cr(VI).................. 40
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nòng độ NaCl hiệu suất xử lý Cr(VI).................... 41
Hình 3.7. Sự biến đổi của hiệu suất và khối lượng Cr xử lý theo nồng độ
ban đầu của Cr(VI)........................................................................ 42
Hình 3.8. Kết quả xử lý mẫu thực ................................................................... 44
Hình 3.9. Giản đồ XRD của cặn bùn sau xử lý............................................... 45
Hình 3.10. Ảnh SEM của cặn bùn sau xử lý................................................... 45

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hằng số cân bằng và thế khử của các phản ứng với điện cực sắt .... 6
Bảng 2.1. Thành phần hóa học và điều kiện xử lý mẫu nước thải.................. 26
Bảng 2.2. Phương pháp đánh giá độ đúng ...................................................... 28
Bảng 2.3. Các thí nghiệm kiểm tra độ chính xác của đường chuẩn ............... 29
Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn................................... 31
Bảng 3.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang và kết quả tính độ chệch ở các
nồng độ khác nhau......................................................................... 33

Bảng 3.3. Thí nghiệm đánh giá độ chụm và kết quả tính sai số tương đối..... 34
Bảng 3.4. Kết quá đánh giá đường chuẩn bằng thực nghiệm ......................... 35

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký hiệu

Tên đầy dủ

EC

Keo tụ điện hóa

UV-Vis

Tử ngoại khả kiển

SEM

Hiển vi điện tử quét

XRD

Nhiễu xạ tia X

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp là sự ô nhiễm nguồn
nước gây ra bởi các dòng nước thải tại các khu công nghiêp. Trong đó, vấn đề
ô nhiễm kim loại nặng đang ngày một trầm trọng và việc nghiên cứu xử lý
chúng là một vấn đề cấp bách nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe của con
người.
Nước thải của các ngành công nghiệp mạ có chứa nhiều kim loại nặng
như Cr, Ni, Cu, Zn… trong đó Cr chủ yếu tồn tại ở dạng ion Cr(VI). Các ion
Cr(VI) có độc tính cao và rất linh động. Do vậy việc xử lý ion Cr(VI) được
nhiều nhà khoa học quan tâm. Để xử lý ion Cr(VI) có nhiều phương pháp như
phương pháp hóa học, phương pháp sinh học, điện hóa và hấp phụ. Trong đó
phương pháp điện hóa tỏ ra là một phương pháp hiệu quả và thân thiện môi
trường. Bởi vì, xử lý theo phương pháp này không cần sử dụng thêm hóa chất,
lượng chất ô nhiễm thứ cấp thấp và phù hợp với nhiều nguồn nước.
Công nghệ keo tụ điện hóa được nghiên cứu và áp dụng để xử lý các
nguồn nước khác nhau như thước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước
ngầm…ở Việt Nam như trên thế giới.
Tuy nhiên việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp keo tụ điện hóa
(electrocoagulation, EC) để xử lý nguồn nước thải có chứa ion Cr(VI) còn
chưa được nghiên cứu nhiều. Do vậy, nội dung nghiên cứu của luận văn
"Nghiên cứu xử lý Cr(VI) trong nước bằng phương pháp keo tụ điện hóa" có
nhiều ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn.
Nội dung của luận văn tập trung vào các nội dung sau:
1. Xây dựng và đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của đường chuẩn
trong phương pháp phân tích Cr(VI) theo TCVN 7939 : 2008.

2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Cr(VI) bằng
công nghệ EC nhằm tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý.
3. Thử nghiệm xử lý mẫu thực có thành phần tương tự như nước thải
của ngành công nghiệp mạ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




4. Đánh giá sơ bộ về cặn bùn sinh ra trong quá trình EC.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về phương pháp keo tụ điện hóa
1.1.1. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp keo tụ điện hóa (electrocoagulation, EC) có thể được sử
dụng để xử lý nước uống hoặc nước thải. EC bao gồm quá trình tạo ra các chất
keo tụ tại chỗ (in situ) bằng quá trình oxi hóa bằng dòng diện. Trong quá trình
này, anot bị tan dần thành các ion và các ion này bị thủy phân trong nước để
tạo thành các chất keo tụ như các hydroxit và các ion. Al và Fe là vật liệu phổ
biến nhất được dùng làm điện cực bởi vì chúng có nhiều ưu điểm như rất phổ
biến, giá thành rẻ, ít độc, hiệu quả cao trong việc làm sạch nước. Hơn nữa,
catot cũng có vai trò làm sạch nước như phân hủy các chất hoặc làm nổi các
chất bẩn do bọt khí H2 sinh ra. Thông thường, anot và catot được làm từ cùng
một loại vật liệu mặc dù quá trình hòa tan điện hóa chỉ xảy ra tại anot. EC có
thể được thực hiện trong bể hoặc bằng quá trình liên tục [1] .

Keo tụ điện hóa gồm nhiều cơ chế khác nhau như điện hóa (hòa tan kim
loại, khử nước, oxi hóa chất ô nhiễm...), hóa học (cân bằng axit bazơ, kết tủa
hydroxit, oxi hóa khử...) và vật lý (hấp phụ vật lý, keo tụ, tuyển nổi...). Các
quá trình này có thể xảy ra theo thứ tự hoặc đồng thời [2].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Hình 1.1. Các quá trình xảy ra trong phương pháp EC
Trong quá trình EC, các chất keo tụ được tạo ra do anot bị hòa tan dưới
tác dụng của dòng điện. Các phản ứng như sau:
+ Tại anot, kim loại bị oxi hóa tạo thành cation:
M → Mz+ +zeTrong trường hợp hiệu điện thế lớn có thể xảy ra các phản ứng khác
như oxi hóa nước, clorua...
+ Tại catot, nước bị khử để tạo thành H2 và OH-:
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




3H2O + 3e → 2 H2 +3OH- E=0.00V
Lượng kim loại bị hòa tan tại anot có thể được tính theo công thức
Faraday:
m = ΦItM/ZF (1.1)
Trong đó, M là nguyên tử khối, F hằng số Faraday, I cường độ dòng
điện, t thời gian, Φ hiệu suất dòng điện

Ion kim loại sinh ra có thể trải qua nhiều cân bằng như axit-bazơ, tạo
phức, kết tủa, oxi hóa khử. Tuy nhiên, quá trình phổ biến nhất là sự hình thành
hydroxit ít tan. Hệ quả là các chất bẩn bị hấp phụ bởi các hydroxit và lắng
xuống dưới [3].
+ Đối với quá trình tạo phức, chất ô nhiễm có thể đóng vai trò như phối
tử liên kết với hydroxit kim loại:
L-H + (OH)OFe → L-OFe +H2O
L-H + (OH)(OH)2Al → L-(OH)2Al +H2O
+ Đối với quá trình oxi hóa khử điện hóa: các chất ô nhiễm như Cr(VI)
bị khử về Cr(III) và kết tủa ở dạng hydroxit, các ion nitrat bị khử tạo thành
nitrit, amoniac và nito.
+ Đối với quá trình hấp phụ: các chất ô nhiễm được hấp phụ trực tiếp tại
điện cực.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Oxi hóa hoặc khử bởi
dòng điện
Hấp phụ trên

Kết tủa
Đồng kết tủa

các chất kết
Chất ô nhiễm

Hấp phụ trên

các điện cực

Phản ứng hóa
học
Tương tác vật Lý
Hình 1.2. Cơ chế chính của quá trình EC

* Điện cực nhôm
Đối với điện cực nhôm sẽ xảy ra quá trình oxi hóa ở anot theo các phương
trình sau:
+ Anot tan (Al tại anot bị oxi hóa)
�� → ��� 3+
+ 3�
+ Sự hình thành các tiểu phân polyme (hydroxyl)
��� 3+ + �2 � 
���(��)2+ + �+
���(��)2+ + �2 � 
���(��)+

2

+ �+

+
���(��)+
2 + �2 �  ���(��)3 + �

���(��)3 + �2 � 
Al(OH)−

4

+ �+

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Al tồn tại chủ yếu ở dạng cation khi pH<4, ở dạng aluminat anion khi
pH>10 và ở dạng kết tủa khi 4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




cũng đã được tìm thấy. Lượng axit sinh ra trong quá trình thủy phân sẽ được
trung hòa bởi ion OH- sinh ra tại catot làm dung dịch cuối cùng có PH=7-8.
Sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân là các hydroxit nhôm ở dạng vô
định hình với diện tích bề mặt lớn dẫn đến việc hấp thụ các chất tan lớn và khả
năng bắt giữ các hạt lơ lửng cao [4].
Phản ứng thứ hai có thể xảy ra tại điện cực do tương tác của nhôm với
axit hoặc kiềm:
2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2
2Al + 6H2O + 2OH- → 2Al(OH)-4 + 3H2
Hệ quả là lượng nhôm bị hòa tan trong quá trình EC lớn hơn so với việc
tính toán từ công thức Faraday.
Vấn đề quan trọng của quá trình EC là sự thụ động hóa của catot dẫn
đến sự tiêu tốn năng lượng. Điều này có thể giảm thiểu bằng cách tối ưu hóa

dòng điện hoặc thêm NaCl. Ion clorua sẽ thúc đẩy quá trình ăn mòn tạo lỗ do
sự tương tác của ion clorua với nhôm oxit. Quá trình ăn mòn phụ thuộc vào
pH, nồng độ và bản chất điện ly và mật độ dòng điện. Quá trình ăn mòn tạo lỗ
trống này có ảnh hưởng đến tổng lượng hòa tan của nhôm tại anot [5].
* Điện cực sắt
Các phản ứng xảy ra trong quá trình EC với điện cực sắt phức tạp hơn
so với điện cực nhôm bởi vì sắt có thể hình thành ion Fe2+ và Fe3+. Các ion
này thủy phân trong nước và hình thành nhiều tiểu phân khác nhau như được
trình bày trong bảng 1.1.


Bảng 1.1. Hằng số cân bằng và thế khử của các phản ứng với điện cực sắt
Phản ứng
2+
+
��
(���) + � 2�  ��(��)
(���)
2+
��
(���)
(���)
2+
��
(���)
(���)

Hằng số CB, pK
+ �
(���)

9.397

+ 2� 2�  ��(��)

+ 2�
2 (���)

+ 2� 2�  ��(��)

+ 2�
2 (��)

2+
−
��
(���) + 3� 2�  ��(��)
(���)
3+
��
(���)
(���)
3+
��
(���)
(���)

+

+ � 2�  ��(��)+

+ 2� 2�  ��(��)+

3+
��
(���) + 3� 2�  ��(��)
(���)

+

+ 3�
3 (���)
+�
(���)

+

13.564

+

+

+ 2�
2 (���)

+

4.594

+

12.56

�� 2+ + 2�� 3+ + 8� �  �� (��)
+
+ 8�
3+
+
��
(���) + 2� 2�  αFeO(OH)(s) + 3�

20.222

(���)
3+
��
+ 2� 2�  γFeO(OH)(s) + 3�+
(���)
(���)
3+
��
+ 4� 2�  Fe(��)−
+ 4�+
(���)
4 (���)
(���)
3+
4+
2��
+ 2� 2� �� (��)

+ 2�+
2
(���)
2 (���)
(���)
(���)

Phản ứng

28.991
2.187

+ 3�
2 (���)

3+
5+
3��
3
(���) + 4� 2� �� (��)
4

20.494

+ 4�
(���)

+

0.491

1.371
21.588
13.771
6.228
E° (V)

2+
��
(���) + 2e  ��

(��)

-0.41

3+
��
(���) + 3e  ��

(��)

-0.04

3+
2+
��
(���) + 1e  �� (���)

+0.77

Mặc dù chưa có sự thống nhất, nhưng phần lớn các nghiên cứu đều cho

rằng quá trình oxi hóa anot tạo ra ion Fe(II) là chủ yếu, còn ion Fe(III) là
không đáng kể. Quá trình oxi hóa Fe(II) thành Fe(III) phụ thuộc nhiều vào pH
dung dịch và lượng oxi hòa tan. Trong môi trường axit, Fe(II) bị oxi hóa rất


chậm trong khi đó nó chuyển ngay thành Fe(III) trong môi trường trung tính
hoặc


kiềm. Điều này dẫn đến việc tính toán lý thuyết lượng sắt bị hòa tan không
phù hợp với thực tế. Ở pH thấp, các quá trình xảy ra tương tự với điện cực
nhôm còn ở pH cao hiệu suất hòa tan điện cực giảm xuống do xuất hiện nhiều
phản ứng thứ cấp. Sản phẩm cuối cùng của của quá trình này là kết tủa sắt(III)
hydroxit có khả năng hấp phụ các chất hòa tan và lôi kéo các hạt lơ lửng [6,7].
* Hai sự khác biệt lớn giữa điện cực Fe so với điện cực Al đó là: điện
cực Fe tạo hệ đệm yếu hơn so với điện cực Al làm cho dung dịch có tính axit;
ion Fe(II) có độ tan cao nên khó khăn trong việc làm bền hệ keo làm giảm
hiệu quả của quá trình EC. Hệ quả là cần phải tối ưu hóa quá trình EC khi sử
dụng điện cực sắt bằng các phương pháp sau:
+ Tăng hàm lượng oxi hòa tan trong dung dịch bằng sục khí.
+ Tăng pH của dung dịch >7.5 để thúc đẩy quá trình oxi hóa Fe(II).
+ Thêm các chất oxi hóa khác như clo hoặc thêm điện cực.
+ Tăng thời gian tiếp xúc để oxi hóa hoàn toàn Fe(II).
* Ưu điểm của điện cực sắt:
+ Không độc, có thể sử dụng cho nhiều loại nước khác nhau.
+ Giá thành rẻ.
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình EC bao gồm
dòng điện, đặc trưng của nước (pH, độ dẫn điện), cấu tạo của hệ thống EC (bề
mặt điện cực, khoảng cách giữa các điện cực).

1.1.2.1. Ảnh hưởng của dòng điện
Dòng điện I là yếu tố quan trọng của EC và thường được quy về mật độ
dòng điện i đó là điện lượng trên một đơn vị diện tích bề mặt điện cực. Mật độ
dòng quyết định lượng chất keo tụ ở anot và lượng H2 giải phóng ra ở canot
theo định luật Faraday. Mật độ dòng điện ảnh hưởng đến sự thủy phân của ion
kim loại qua sự thay đổi pH trong quá trình EC. Do đó, dòng điện ảnh hưởng
trực tiếp đến cơ chế đông keo tụ và tạo thuận lợi cho việc chuyển điện tích của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




các ion và tích điện cho hệ keo. Lượng điện tiêu thụ trong quá trình EC là một
hàm số phụ thuộc vào thời gian [2,8]:
�

P=∫0 ��. �.
�� (1.2)
Vì năng lượng điện cần thiết cho quá trình EC liên quan đến dòng điện
và điện thế, EC có thể được điều khiển theo chế độ galvanostatic hoặc
potentiostatic. Đối với chế độ galvanostatic, quá trình EC được thực hiên bằng
việc điều khiển hoặc biến đổi dòng điện qua điện cực, trong khi đó chế độ
potentiostatic hiệu điện thế được điều chỉnh để đạt được lượng chất keo tụ
mong muốn. Chế độ potentiostatic hiếm khi được sử dụng trong quá trình EC.
Tuy nhiên, dòng điện cao có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của
quá trình EC. Ví dụ, các phản ứng thứ cấp có thể xảy ra, điện tích của hệ keo
bị đảo ngược và tái phân tán dẫn đến sự giảm hiệu quả keo tụ và giảm tuổi thọ
của điện cực. Mật độ dòng điện có thể biến đổi tùy thuộc vào bản chất và nồng
độ chất ô nhiễm có thể từ 0.01 đến 880 A/m2. Việc tối ưu hóa mật độ dòng cần
được xem xét cùng với các yếu tố khác. Để hệ EC hoạt động lâu dài mật độ

dòng nên nằm trong khoảng từ 20 đến 25 A/m2. Mật độ dòng cao có thể làm
tăng thế và sự tụt điện trở ôm giữa anot và catot[4,9].
1.1.2.2. Ảnh hưởng của pH
pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình EC, đặc biệt đối
với quá trình keo tụ bởi vì nó điều khiển quá trình thủy phân của ion kim loại.
Hấp phụ và keo tụ phụ thuộc nhiều vào giá trị pH. Điện tích bề mặt của kết tủa
Fe hoặc Al có thể giải thích bởi sự hấp phụ các tiểu phân mang điện lên bề
mặt hydroxit. Xét đến điện tích bề mặt, sự phụ thuộc vào pH của các tiểu phân
keo tụ và chất ô nhiểm có thể bởi do tương tác tĩnh điện. Vai trò quan trọng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




của pH đến quá trình EC có thể được nhấn mạnh bởi nhiệt động học liên quan
đến điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




hóa được thể hiện qua phương trình Nernst. Đối với điện cực Al, lượng kết tủa
hydroxit tăng mạnh khi pH tăng từ 4.5 đến 7.0 và giảm xuống từ trong khoảng
pH từ 7-10. Ở pH cao hơn không thấy có sự xuất hiện của nhôm hydroxit. Đối
với điện cực sắt, lượng kết tủa sắt hydroxit tăng đáng kể với việc pH tăng từ
4.0 đến 7.0. Ở pH cao hơn thì kết tủa biến mất [3,5].
Một điều đáng chú ý là sau quá trình EC pH của nước có thể tăng đối
với nguồn nước có tính axit và giảm đối với nguồn nước có tính bazơ. Việc
tăng pH trong môi trường axit là bởi sự hình thành khí H2 tại catot trong khi

đó sự giảm pH do sự hình thành kết tủa hydroxit.
1.1.2.3. Ảnh hưởng của cấu trúc và điện cực của quá trình EC
Quá trình EC có thể bị ảnh hưởng bởi hệ thống điện cực thông qua sự
sắp xếp và khoảng cách giữa chúng. Sự sắp xếp điện cực có thể đơn giản hoặc
phức tạp. Sự sắp đặt phức tạp có thể phân chia thành đơn cực và lượng cực.
+ Điện cực đơn được mắc song song như hình 1.3a là sự sắp xếp xen kẽ
giữa anot và catot. Mỗi cặp điện cực sẽ hình thành một tế bào điện phân và thế
của chúng là như nhau. Do đó dòng điện sẽ là tổng dòng điện của các tế bào.
+ Điện cực đơn mắc nối tiếp như được mô tả trong hình 1.3b. Cặp điện
cực hy sinh sẽ được nối với nhau và không nối với hai điện cực phía ngoài.
Trong trường hợp này dòng điện chạy qua các cặp là như nhau và thế của hệ là
tổng thế của các cặp điện cực.
+ Điện cực đơn mắc nối tiếp được trình bày trong hình 1.3c. Hai điện
cực phía ngoài nối trực tiếp với nguồn điện và các điện cực hy sinh được dặt
giữa chúng. Điện cực phía ngoài là đơn cực còn điện cực hy sinh là lưỡng cực.
Các điện cực đôi không được nối với nhau và mỗi mặt của chúng sẽ tự động
đóng vai trò là anot và catot [10].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Hình 1.3. Đơn điện cực song song (a), nối tiếp (b);
điện cực đôi mắc nối tiếp (c)
Nhìn chung, hệ điện cực đơn yêu cầu điện thế thấp và mật độ dòng cao,
hệ lưỡng cực thì ngược lại. Khó có thể khẳng định cách sắp xếp nào ưu việt
hơn. Nếu xét về hiệu xuất của EC thì hệ lượng cực có hiệu suất cao hơn nhưng
nếu xét về mức tiêu thụ năng lượng thì hệ đơn cực tiêu thụ ít hơn, dễ vẫn hành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN