Nghiên cứu động học của quá trình xử lý glyphosate trong nước bằng Fenton điện hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
–––––––––––––––––

DƯƠNG CHÍ CƠNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC CỦA
Q TRÌNH XỬ LÝ GLYPHOSATE
TRONG NƯỚC BẰNG FENTON ĐIỆN HOÁ

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội - Năm 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
–––––––––––––––––

DƯƠNG CHÍ CƠNG

NGUN CỨU ĐỘNG HỌC Q TRÌNH XỬ LÝ GLYPHOSAT
TRONG NƯỚC BẰNG FENTON ĐIỆN HÓA

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Thanh Sơn
PGS. TS. Nguyễn Thị Hà

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu động học quá trình xử lý Glyphosat
trong nước bằng Fenton điện hóa” là do tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.
Lê Thanh Sơn, Viện Công nghệ Môi trường – Viện Hàn lâm KHCN Viêt Nam và
PGS.TS. Nguyễn Thị Hà, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN. Các
thông tin cũng như số liệu thu thập khác đều được trích dẫn đầy đủ. Đây là cơng
trình nghiên cứu của riêng tơi, khơng trùng lặp với các cơng trình nghiên cứu của
các tác giả khác.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tơi đã trình bày
trong Luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng
Học viên

Dương Chí Cơng

năm 2016


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Lê Thanh Sơn và PGS. TS. Nguyễn
Thị Hà đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm trong suốt q
trình tơi thực hiện luận văn.
Tơi xin được bày tỏ lời cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo trường đại học Khoa
học Tự nhiên - ĐHQGHN đã truyền đạt những kiến thức quý báu trong thời gian
học tại trường.
Tôi cũng xin được bày tỏ lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Viện Công nghệ môi
trường - Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam và lãnh đạo phịng Cơng nghệ Hố lý mơi

trường đã tiếp nhận và tạo điều kiện cho tôi thực tập tại đơn vị.
Cuối cùng tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động
viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Học viên

Dương Chí Cơng


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AOP

Advanced Oxidation Process – Quá trình oxy hóa tiên tiến

EOP

Electrochemical oxidation process

BVTV

Bảo vệ thực vật

H2O2

Hydrogen peroxide

POPs

Persistant Organic Pollutants – Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy

PTPƯ

Phương trình phản ứng

SXNN

Sản xuất nơng nghiệp

TOC

Total organic carbon – Tổng carbon hữu cơ

WHO

World Health Organization – Tổ chức y tế thế giới


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. Các q trình oxy hố tiên tiến không nhờ tác nhân ánh sáng ...................13
Bảng 2. Các q trình oxy hố tiên tiến nhờ tác nhân ánh sáng (USEPA) ..............14
Bảng 3. Kết quả đo mật độ quang cho các dung chuẩn có nồng độ khác nhau .......31
Bảng 4. Kết quả đo mật độ quang cho các dung chuẩn có nồng độ khác nhau .......33
Bảng 5. Nồng độ H2O2 sinh ra trong q trình fenton điện hóa ở các điều kiện pH

khác nhau. .................................................................................................................37
Bảng 6. Giá trị TOC (mg/l) của dung dịch Glyphosate . ..........................................39
Bảng 7. Giá trị H2O2 của dung dịch Glyphosate trong quá trình fenton điện hóa ở
các mức dịng điện khác nhau ...................................................................................40


DANH MỤC HÌNH

Hình 1. Các q trình chính tạo ra gốc OH● trong AOP .........................................13
Hình 2. Sơ đồ cơ chế tạo ra gốc OH● trong quá trình Fenton điện hóa ...................17
Hình 3. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm fenton điện hóa . ................................................25
Hình 4. Điện cực vải Cacbon ....................................................................................25
Hình 5. Điện cực lưới Platin .....................................................................................26
Hình 6. Nguồn một chiều .........................................................................................26
Hình 7. Hệ thống phân tích TOC ..............................................................................30
Hình 8. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ glyphosate bằng đo quang.32
Hình 9. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ H2O2 bằng đo quang. ........34
Hình 10. Lượng H2O2 được sinh ra theo thời gian trong quá trình điện phân.........35
Hình 11. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến lượng H2O2 sinh ra trong q trình
fenton điện hóa . ........................................................................................................37
Hình 12. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị TOC của dung dịch Glyphosate
trong q trình fenton điện hóa ................................................................................39
Hình 13. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến lượng H2O2 sinh ra trong q
trình fenton điện hóa .................................................................................................41
Hình 14. Ảnh hưởng của cường độ dịng điện đến q trình xử lý dung dịch
Glyphosate bằng Fenton điện hóa. .........................................................................42
Hình 15. Sự phụ thuộc của nồng độ (biểu diễn bằng mg.L-1 carbon ) của
Glyphosate, sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa và TOC của dung dịch
theo thời gian trong q trình fenton điện hóa ........................................................43
Hình 16. Động học của quá trình phân hủy 200 ml dung dịch Glyphosate nồng độ

20 mg /L ở các điều kiện thí nghiệm : pH = 3,0 ; I = 0,5A, [Fe2+] = 0,1 mM,
[Na2SO4] = 0,05M, T = 25°C. ..................................................................................45


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1. Hóa vật chất bảo vệ thực ......................................................................................3
1.1.1. Tổng quan về HCBVTV ................................................................................................ 3
1.1.2. Tác động của HCBVTV đến sức khỏe con người và môi trường ............................. 6
1.1.3. Thuốc diệt cỏ Glyphosate............................................................................................. 10
1.2. Q trình fenton điện hố ..................................................................................12
1.2.1 Khái qt về các q trình oxy hóa tiên tiến ............................................................... 12
1.2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình fenton điện quá................................................................... 16
1.2.3. Ưu, nhược điểm của q trình fenton điện hố.......................................................... 18
1.2.4. Ứng dụng fenton điện hoá trong xử lý nước thải....................................................... 19
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................24
2.1. Hoá chất và dụng cụ thí nghiệm.........................................................................24
2.2. Hệ thí nghiệm Fenton điện hố ..........................................................................25
2.3. Các nội dung nghiên cứu....................................................................................27
2.3.1. Nghiên cứu sự hình thành H2O2 trong q trình fenton điện hóa ........... 27
2.3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch ban đầu đến lượng H2 O2 sinh ra và hiệu
suất khống hóa ............................................................................................ 27
2.3.3. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến lượng H2 O2 sinh ra và hiệu suất
khống hóa ................................................................................................... 28
2.3.4. Đánh giá hiệu quả oxy hóa và nghiên cứu động học của quá trình phân
hủy Glyphosate. ............................................................................................ 29
2.4. Các phương pháp phân tích ................................................................................29
2.4.1. Phân tích TOC ............................................................................................................... 29
2.4.2. Phân tích hàm lượng Glyphosate bằng phương pháp trắc quang ............................ 30

2.4.3. Phân tích hàm lượng H2O2 bằng phương pháp trắc quang ....................................... 32


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................35
3.1. Nghiên cứu sự hình thành H2O2 trong q trình fenton điện hóa ......................35
3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch ban đầu đến lượng H2O2 sinh ra và hiệu suất
khống hóa ................................................................................................................36
3.2.1. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng H2O2 sinh ra...................................................... 36
3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả khống hóa Glyphosate ...................................... 38
3.3. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến lượng H2O2 sinh ra và hiệu suất
khống hóa ...............................................................................................................40
3.3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hàm lượng H2O2 sinh ra ......................... 40
3.3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất phân hủy Glyphosate .............. 41
3.4. Đánh giá hiệu quả oxy hóa và nghiên cứu động học của quá trình phân hủy
Glyphosate .................................................................................................................42
KẾT LUẬN ...............................................................................................................46
KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................47


MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước nông nghiệp với diện tích trồng lúa, hoa màu rất lớn,
đồng nghĩa với việc phải sử dụng thường xuyên các loại hóa chất bảo vệ thực vật
(BVTV) giúp bảo vệ mùa màng, tăng năng suất cây trồng. Do đó, mỗi năm nước ta
nhập khẩu lên đến 500 triệu USD thuốc trừ sâu và các loại thuốc kích thích tăng
trưởng khác [2]. Tuy nhiên, rất nhiều hóa chất trong số này là hợp chất hữu cơ rất
bền, khó bị phân hủy hóa học và sinh học, tồn tại dai dẳng trong môi trường, cực
kỳ nguy hại đối với sức khỏe con người và môi trường. Trong khi đó, ý thức sử
dụng hóa chất BVTV của người dân còn ở mức thấp: để chạy theo năng suất, lượng
thuốc BVTV được phun quá nhiều trong khi cây chỉ hấp thu được một phần, còn
một phần giữ lại trong đất, nước hoặc sau khi sử dụng, các bao bì thuốc BVTV

được vứt bừa bãi, khơng đúng nơi quy định, do đó khi trời mưa, thuốc bị rửa trơi
gây ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng trực tiếp đến các loại sinh vật thủy sinh
và gián tiếp đến sức khỏe con người. Ngoài ra, các kho lưu trữ đã xuống cấp
nghiêm trọng, hệ thống thoát nước tại các kho chứa hầu như khơng có nên khi mưa
lớn tạo thành dịng mặt rửa trơi hóa chất BVTV tồn đọng, gây ô nhiễm nước ngầm,
nước mặt và ô nhiễm đất diện rộng, gây ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe và cuộc
sống người dân. Các chất BVTV có thể tác động lên cơ thể người bị nhiễm độc ở
nhiều mức độ như là suy giảm sức khỏe, gây rối loạn hoạt động ở hệ thần kinh, tim
mạch, tiêu hóa, bài tiết, hô hấp, hệ tiết niệu, nội tiết và tuyến giáp hoặc gây các tổn
thương bệnh lý ở các cơ quan từ mức độ nhẹ đến nặng thậm chí tàn phế hoặc tử
vong [24].
Vì vậy, việc xử lý dư lượng hóa chất BVTV nói chung và xử lý các điểm có
nguồn nước ơ nhiễm hóa chất BVTV nói riêng ở nước ta là rất cấp thiết. Tuy nhiên,
do đặc tính bền, khó bị phân hủy sinh học và hóa học nên hầu như các phương pháp
xử lý truyền thống đều chưa thực sự hiệu quả, hoặc xử lý không triệt để (các
phương pháp sinh học, hấp phụ, màng lọc,…) hoặc tốn kém chi phí, hóa chất và sản
phẩm phụ sinh ra có thể gây ơ nhiễm thứ cấp (phương pháp hóa học, vật lý,…).

1


Phương pháp oxy hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Process – AOP) là
nhóm các phương pháp sử dụng gốc tự do hydroxyl OH● để oxy hóa các chất ơ
nhiễm ở nhiệt độ và áp suất mơi trường. Do gốc OH● có tính oxy hóa cực mạnh (thế
oxy hóa khử E° = 2,8 V/ESH), nên có khả năng oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ
bền, khó phân hủy - như các hóa chất BVTV, một cách triệt để thành CO2 và H2O.
Trong số các phương pháp AOP, fenton điện hóa chỉ sử dụng một lượng rất nhỏ
chất xúc tác Fe2+ hoặc Fe3+ (cỡ 10-3M) và cung cấp đủ khơng khí là có thể sinh ra
gốc OH● để thực hiện q trình oxy hóa các chất ơ nhiễm, do đó lượng bùn thải sinh
ra ít, rất có tiềm năng trong việc xử lý nước ơ nhiễm các hóa chất BVTV.

Xuất phát từ thực tiễn trên, luận văn tiến hành thực hiện đề tài : ‘‘Nghiên
cứu động học của quá trình xử lý glyphosate trong nước bằng Fenton điện
hóa”, trong đó sẽ nghiên cứu sự hình thành H2O2 trong quá trình fenton điện hóa,
xác định đường cong động học và hằng số tốc độ của quá trình phân hủy
Glyphosate – một trong những thuốc diệt cỏ được sử dụng phổ biến nhất ở nước ta,
đánh giá hiệu suất xử lý Glyphosate bằng quá trình fenton điện hóa.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Hóa chất bảo vệ thực vật
1.1.1. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật
Hóa chất BVTV là những loại hợp chất hóa học, chế phẩm sinh học, hoặc
chất có nguồn gốc động vật thực vật khác được sử dụng để bảo vệ cây trồng và
nông sản, chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại [5].
Có nhiều cách để phân loại hóa chất BVTV [5], điển hình như: phân loại theo
nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hóa học; phân loại theo mục đích sử dụng; phân loại
theo mức độ độc tính ; phân loại theo thời gian phân hủy sinh học; phân loại theo
dạng tồn tại. Trên thực tế, hóa chất BVTV thường đươc phân loại theo mục đích sử
dụng và theo mức độ độc tính.
1.1.1.1.Thực trạng sản xuất và sử dụng hóa chất BVTV
 Trên thế giới
Trước thế kỷ XX, theo một số triết gia cổ đại thì việc sử dụng hóa chất
BVTV đã có từ xa xưa qua việc dùng lá cây dải xuống chỗ nằm để tránh côn trùng
đốt hoặc sử dụng các loài cây độc và lưu huỳnh trong tro núi lửa để trừ sâu bệnh
[40]. Giữa thế kỷ XVI người Trung Quốc đã biết dùng các chất thạch tín sau đó là
Nicotin chiết xuất từ cây thuốc lá để bảo vệ cây trồng. Cuối thế kỷ XIX các hóa chất
BVTV đã được sử dụng rộng rãi nhưng biện pháp hố học lúc này vẫn chưa có vai
trị đáng kể trong sản xuất nông nghiệp.

Từ đầu thế kỷ XX đến năm 1960, hóa chất BVTV hữu cơ ra đời làm thay
đổi vai trị của biện pháp hố học trong sản xuất nông nghiệp. Thuốc trừ nấm thuỷ
ngân hữu cơ đầu tiên ra đời vào năm 1913; tiếp theo là các thuốc trừ nấm lưu huỳnh
rồi đến các nhóm khác. DDT đã được Zeidler tìm ra tại Thuỵ Sỹ năm 1924 [5].
Hàng loạt hóa chất BVTV ra đời sau đó như các hợp chất phốt pho hữu cơ (1942),
clo hữu cơ (1940-1950); các hoá chất cacbamat (1945-1950). Do biện pháp hoá học

3


bị khai thác ở mức tối đa, nên từ cuối những năm 1950, những hậu quả xấu của hóa
chất BVTV gây ra cho con người và môi trường đã được phát hiện [9].
Từ năm 1960-1980, việc lạm dụng hóa chất BVTV đã để lại những hậu quả
rất xấu cho môi trường và sức khoẻ cộng đồng. Trong nhân dân tư tưởng sợ hãi,
khơng dám dùng hóa chất BVTV xuất hiện; thậm chí có người cho rằng cần loại bỏ
khơng dùng hóa chất BVTV trong sản xuất nơng nghiệp. Chính vì điều này các nhà
khoa học đã đầu tư nghiên cứu các loại hóa chất BVTV mới an tồn hơn đối với
mơi trường và sức khoẻ con người. Nhiều hóa chất BVTV mới ra đời như hoá chất
trừ cỏ mới; các hóa chất BVTV nhóm perethroid tổng hợp; các hóa chất BVTV
bệnh có nguồn gốc sinh học hay tác động sinh học, các chất điều tiết sinh trưởng
côn trùng và cây trồng. Lượng hóa chất BVTV được dùng trên thế giới khơng
những khơng giảm mà cịn liên tục tăng lên [5].
Từ những năm 1980 đến nay, vấn đề bảo vệ môi trường được quan tâm
hơn, vai trị của biện pháp hố học vẫn được thừa nhận. Tư tưởng sợ hóa chất
BVTV cũng bớt dần, do hiểu biết tốt hơn về tác động qua lại của côn trùng và cây
trồng. Các loại hóa chất BVTV đã được phát triển lên một tầm cao mới cũng như đã
có một chiến lược mới về cơng thức hố học và các phương pháp sử dụng. Nhiều
loại hố chất mới, trong đó có nhiều hóa chất BVTV sinh học có hiệu quả cao với
dịch hại nhưng an tồn với mơi trường ra đời [4]. Sự phát triển mới này đã tạo ra cơ
hội giảm bớt nguy cơ nhiễm độc hóa chất BVTV .

Sản lượng hóa chất BVTV thế giới tăng lên theo thời gian, năm 1955 thế giới
sản xuất ra gần 400 nghìn tấn, thập niên 90 của thế kỷ XX sản xuất ra hơn 3 triệu
tấn mỗi năm. Đến nay thế giới sản xuất khoảng 4,4 triệu tấn/năm với 2.537 loại hóa
chất BVTV [4]. Những quốc gia có sản lượng, kim ngạch xuất nhập khẩu và sử
dụng hóa chất BVTV đứng hàng đầu thế giới là Trung Quốc và Hoa Kỳ, Thái Lan,
Nhật Bản, Brazil…[13, 17]. Tuy vậy, mức đầu tư và cơ cấu tiêu thụ các nhóm hố
chất tuỳ thuộc trình độ phát triển và đặc điểm canh tác của từng nước [5].

4


Trong 10 năm gần đây đã có những thay đổi trong ngành cơng nghiệp hóa
chất BVTV thế giới là những hố chất có độc tính cao đã từng bước được loại ra
khỏi thị trường và thay vào đó là các loại hóa chất BVTV ít độc hại hơn đối với môi
trường và sức khoẻ cộng đồng [5].
 Việt Nam
Giai đoạn trước năm 1957, biện pháp hố học hầu như khơng có vị trí
trong sản xuất nơng nghiệp. Hóa chất BVTV được dùng lần đầu trong sản xuất
nông nghiệp ở miền Bắc tại Hưng n (vụ đơng xn 1956-1957), cịn ở miền
Nam là từ sau năm 1962 [5].
Giai đoạn từ 1957-1990, lượng HCBVTV dùng không nhiều, khoảng 15.000
tấn thành phẩm/năm với hơn 20 chủng loại, chủ yếu là thuốc trừ sâu và thuốc trừ
bệnh [5]. Thời kỳ 1976-1980 mỗi năm cả nước sử dụng 16.000 tấn HCBVTV. Thời
kỳ 1986-1990 trung bình mỗi năm sử dụng 14.000 tấn HCBVTV, trong đó 55 % là
lân hữu cơ, 13 % là clo hữu cơ, 12 % là hợp chất carbamat còn lại là hợp chất thuỷ
ngân, asen. Đa phần là các hoá chất tồn lưu lâu trong mơi trường hay có độ độc cao.
Giai đoạn từ 1990 đến nay, lượng hóa chất sử dụng trong nơng nghiệp ở
Việt Nam ngày càng tăng, trong đó phần lớn là hố chất trừ sâu và cịn lại là trừ cỏ,
trừ bệnh. Nhóm phosphore hữu cơ chiếm khoảng 56 %, phổ biến nhất là Wolfatox
và Monitor. Đó là những loại thuốc độc hại cho môi trường và con người. Giai đoạn

gần đây cơ cấu tỉ lệ các loại hóa chất BVTV đã được thay đổi đáng kể, nhiều loại
hố chất mới hiệu quả hơn, an tồn hơn với mơi trường được nhập khẩu và sử dụng.
Năm 1991 hố chất trừ sâu chiếm 83,3 %, hoá chất trừ nấm 9,5 %, hoá chất diệt cỏ
4,1 %, những loại khác 3,1 %. Đến năm 2008 tỉ lệ là hoá chất trừ sâu chiếm 37,9%,
hoá chất trừ nấm 21,12 %, hoá chất diệt cỏ 13,77 %, hố chất diệt cơn trùng 23,46
% và những loại khác 3,75 %. Lượng hóa chất BVTV tiêu thụ qua các năm tăng
dần, kim ngạch nhập khẩu hóa chất BVTV tăng mạnh [5]. Theo số liệu của Tổng
cục Thống kê, kim ngạch nhập khẩu hóa chất BVTV và nguyên liệu năm 2007 là
382.830.015 USD tăng 25,4 % so với cùng kỳ năm 2006, năm 2008 là 473.760.692

5


USD tăng 23,8 % so với cùng kỳ năm 2007. Nguồn hóa chất BVTV được nhập
khẩu về trong năm 2008 chủ yếu từ: Trung Quốc (200.262.568 USD), Singapore
(91.116.287 USD), Ấn Độ (42.219.807 USD), kế tiếp là Nhật Bản (19.412.585
USD)…[18]. Hiện nay số lượng và chủng loại hóa chất BVTV sử dụng ở nước ta
tương đối cao so với khu vực. Năm 2009 Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
cho phép 886 hoạt chất và 2537 thương phẩm được phép sử dụng tại Việt Nam [8].
1.1.2. Tác động của HCBVTV đến sức khỏe con người và môi trường
1.1.2.1. Tác động lên sức khỏe con người
Ảnh hưởng của hóa chất BVTV đến sức khỏe con người bao gồm:
Nhiễm độc cấp: thường gặp là các vụ tự tử, các vụ nhiễm độc hàng loạt do
thức ăn bị nhiễm HCBVTV, các vụ tai nạn hóa chất trong cơng nghiệp và sự tiếp
xúc nghề nghiệp trong nông nghiệp. Nhiễm độc cấp thường gây ra các vấn đề sức
khỏe nghiêm trọng [23].
Các ảnh hưởng mạn tính do sự tiếp xúc với hóa châtBVTV với liều lượng nhỏ,
trong thời gian dài có liên quan tới nhiều sự rối loạn và các bệnh khác nhau. Các
nghiên cứu khoa học đã tìm thấy những bằng chứng về mối liên quan giữa hóa chất
BVTV với bệnh ung thư não, ung thư vú, ung thư gan, dạ dày, bàng quang, thận.

Các hậu quả sinh sản: đẻ non, vô sinh, thai dị dạng, quái thai, ảnh hưởng chất lượng
tinh dịch, rối loạn thần kinh thực vật, rối loạn hành vi, tổn thương chức năng miễn
dịch và dị ứng, tăng cảm giác da [22]. Đặc biệt là những liên quan của hóa chất
BVTV với ung thư, bạch cầu cấp ở trẻ em. Liên quan đến một số bệnh như
Alheimer, bệnh Parkison, các bệnh ở hệ thống miễn dịch, tạo huyết [19].
Cho đến nay, chúng ta vẫn chưa có những con số chính xác về ngộ độc hóa
chất BVTV trên phạm vi tồn cầu [22]. Theo Tổ chức Y tế Liên Mỹ, ước tính
khoảng 3% người lao động nơng nghiệp tiếp xúc với hóa chất BVTV bị ngộ độc cấp
tính, với khoảng 1,3 tỷ người lao động nơng nghiệp trên tồn thế giới, có nghĩa là
khoảng 39 triệu người có thể bị ngộ độc cấp tính hàng năm [13].

6


1.1.2.2. Nước ơ nhiễm hóa chất BVTV
Theo chu trình tuần hồn của hóa chất BVTV trong mơi trường, hóa chất
BVTV tồn tại trong mơi trường đất sẽ rị rỉ ra sơng ngịi theo các mạch nước ngầm
hay do q trình rửa trơi, xói mịn khiến nước bị nhiễm thuốc trừ sâu nhất ở các lưu
vực gần nông trường, cánh đồng. Ngoài ra, nước thải từ các nhà máy sản xuất
HCBVTV ở nước ta hầu như không được xử lý đã xả thẳng ra ngồi mơi trường
nước, làm ơ nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt và nước ngầm. Đặc trưng của
nước thải sản xuất hóa chất BVTV là chứa nhiều hợp chất hữu cơ mạch vịng khó
phân hủy, nếu khơng được xử lý triệt để thì về lâu dài lượng nước thải này sẽ tích
tụ, gây ơ nhiễm nghiêm trọng nguồn nước xung quanh và ảnh hưởng đến môi
trường sống của con người.
Hiện nay, trên cả nước có nhiều kho thuốc trừ sâu gây ô nhiễm nghiêm trọng
như tại Quảng Ngãi còn tồn tại 6 kho thuốc bảo vệ thực vật, trong đó có 5 kho thuốc
ngừng hoạt động từ lâu gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến môi
trường và sức khỏe người dân. Sau khi khoan lấy mẫu nước ngầm tại kho thuốc và
khu vực lân cận, các chuyên gia kết luận, nhiều kho thuốc bảo vệ thực vật có mức

độ ơ nhiễm vượt quy chuẩn cho phép lên đến 100 lần. Cụ thể kho thuốc bảo vệ thực
vật Núi Voi (thị trấn La Hà, huyện Tư Nghĩa) và Dốc Trạm (xã Tịnh Phong, huyện
Sơn Tịnh) có nơi mức độ ô nhiễm vượt quy chuẩn từ 50 đến 100 lần cho phép.
Công ty cổ phần thuốc sát trùng Việt Nam chuyên sản xuất thuốc trừ sâu và
các hóa chất khác dùng trong nơng nghiệp đóng tại phường Phú Bài - thị xã Hương
Thủy, tỉnh Thừa Thiên - Huế, đã gây nên tình trạng ơ nhiễm khơng khí cũng như
nguồn nước cho khu dân cư trong vùng. Các hộ dân gần nhà máy không thể sử dụng
nguồn nước giếng để sinh hoạt bởi lo ngại nước thải ra từ nhà máy có thể đã thẩm
thấu vào nguồn nước.
Huyện Nghi Lộc tỉnh Nghệ An là huyện có ngành nơng nghiệp rất phát triển
với thế mạnh là lúa và các loại cây hoa màu. Chính vì vậy, trong q trình canh tác
thường sử dụng các loại hóa chất BVTV để trừ sâu bệnh và nâng cao năng suất cây
trồng trong đó có một số thuốc có độc tính cao và khó phân hủy như: DDT, 666,...

7


Kết quả phân tích và đối sánh quy chuẩn mơi trường ở đây cho thấy mẫu nước ở ao
gần kho thuốc tại Hợp tác xã nông nghiệp Nghi Trung đã ô nhiễm và lượng tồn lưu
hóa chất BVTV ở đây vượt tiêu chuẩn hơn 2 lần. Hoặc kết quả phân tích nguồn nước
ở một số hộ dân gần kho thuốc xã Nghi Phương có dấu hiệu nguy cơ ơ nhiễm [1].
1.1.3. Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm hoá chất bảo vệ thực vật
 Phương pháp màng lọc
Dư lượng hố chất BVTV trong mơi trường thường là dạng ít tan trong nước và
có kích thước rất nhỏ. Do vậy để loại bỏ dư lượng hoá chất BVTV trong môi trường
bằng phương pháp màng lọc, người ta thường sử dụng các loại màng có kích thước lỗ
rất nhỏ. Cho đến nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phương pháp màng lọc
để xử lý hố chất BVTV, có thể kể ra một số cơng trình tiêu biểu như:
Mehta và cộng sự (2015) [30] đã nghiên cứu sử dụng màng RO để loại bỏ 2
loại thuốc trừ sâu thuộc họ phenyl là diuron và isoproturon. Kết quả nghiên cứu cho

thấy rằng có tới hơn 95% thuốc trừ sâu bị loại bỏ ra khỏi nước thải nông nghiệp.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các axit hữu cơ có trong nước khơng có ảnh hưởng
nhiều tới việc loại bỏ hai loại thuốc trừ sâu.
Košutić và cộng sự (2005) [25] đã nghiên cứu loại bỏ asen và thuốc trừ sâu ra
khỏi nước uống bằng cách sử dụng màng lọc nano (nanofiltration membranes).
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng loại bỏ thuốc trừ sâu và anion asen ra khỏi nước
của màng lọc nano là tương đối cao ngồi ra tác giả cịn tiến hành so sánh hiệu quả
của màng lọc nano với màng thẩm thấu ngược, kết quả cho thấy rằng việc sử dụng
màng lọc nano giúp giảm được năng lương tiêu thụ và chi phí năng lượng so với khi
sử dụng màng lọc thẩm thấu ngược (RO).
Tuy nhiên, phương pháp màng lọc chỉ là giải pháp phân tách và cô lập các hóa
chất BVTV chứ chưa xử lý triệt để, sau đó vẫn phải áp dụng các cơng nghệ khác để
phân hủy thành các sản phẩm không gây hại.

8


 Phương pháp hấp phụ
Khi sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý hoá chất BVTV, xu hướng của các
nhà nghiên cứu thường là tận dụng các nguồn vật liệu giá rể để làm chất hấp phụ.
Một số công trình xử lý hố chất BVTV bằng phương pháp hấp phụ tiêu biểu như:
Areerachakul và cộng sự (2007) [11] đã nghiên cứu hệ thống kết hợp giữa hấp
phụ bằng than hoạt tính với xúc tác quang để loại bỏ thuốc diệt cỏ ra khỏi nước. Khi sử
dụng hệ thống kết hợp than hoạt tính hoạt động hấp phụ 2 lần: 1 lần hấp phụ trực tiếp, 1
lần hấp phụ sau khi thuốc diệt cỏ bị xử lý qua quá trình xúc tác quang. Hiệu quả của
quá trình kết hợp cho thấy loại bỏ được trên 90% sau khi chạy hệ sau 10 phút.
Moussavi và cộng sự (2013) [31] đã nghiên cứu loại bỏ thuốc trừ sâu diazinon
ra khỏi nước ô nhiễm bằng cách sử dụng phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính
có chứa NH4Cl. Kết quả chỉ ra rằng tối đa có 97,5% diazinon 20 mg/L bị hấp phụ
lên than hoạt tính có chứa NH4Cl.

Cũng giống như phương pháp màng lọc, phương pháp hấp phụ chỉ là giải pháp
phân tách và cơ lập các hóa chất BVTV chứ chưa xử lý triệt để, sau đó vẫn phải áp
dụng các công nghệ khác để phân hủy thành các sản phẩm khơng gây hại. Ngồi ra,
dung lượng hấp phụ của các vật liệu cũng là một điểm hạn chế của phương pháp này.
 Phương pháp sinh học
Xử lý hoá chất BVTV bằng phương pháp sinh học là quá trình sử dụng các
loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ bền ở trong thành phần của
thuốc BVTV. Tuy nhiên, số lượng các nghiên cứu này chưa nhiều, điển hình là:
Shawaqfeh (2010) [33] đã nghiên cứu sử dụng hệ thống kết hợp giữa q trình
kị khí và q trình hiếu khí để xử lý thuốc trừ sâu trong nước. Nghiên cứu đã thiết
lập hai hệ thống riêng biệt để đánh giá hai q trình xử lý kị khí và hiếu khí. Kết
quả cho thấy rằng trên 96% thuốc trừ sâu bị loại bỏ khỏi nước sau 1 khoảng thời
gian 172 ngày đối với hệ hiếu khí và 230 ngày đối với hệ kị khí. Khi kết hợp hai hệ
thống cho hiệu quả tốt hơn so với dùng riêng biệt từng hệ thống. Cụ thể nghiên cứu
chỉ ra rằng chỉ cần thời gian lưu trong hệ hiếu khí là 24 giờ sau đó chuyển qua hệ kị
khí 12 giờ là có thể thấy được khả năng loại bỏ thuốc trừ sâu của hệ kết hợp.

9


Nhược điểm của phương pháp này là phải tìm ra được chủng vi sinh vật thích
hợp để phân hủy các hóa chất BVTV vì hầu hết các hóa chất BVTV là ‘độc tố’ đối
với các vi sinh vật, do đó đây vẫn đang là một hướng nghiên cứu mới.
1.1.4. Thuốc diệt cỏ Glyphosate
1.1.4.1 Tình hình sử dụng Glyphosate
Glyphosate (cơng thức hóa học C3H8NO5P) là hóa chất BVTV thuộc nhóm cơ
phốt pho, được sử dụng làm thuốc diệt cỏ hậu nảy mầm (diệt cỏ sau khi đã mọc) do
có khả năng ngăn cản enzym EPSPS, loại enzym tham gia vào quá trình sinh tổng
hợp axit amin thơm, các vitamin, protein, và nhiều quá trình trao đổi thứ cấp của
cây trồng. Glyphosate bền trong đất và nước, với thời gian bán phân hủy là hơn 1 tháng.

- Cấu trúc phân tử Glyphosate:

* Ưu điểm :
- Glyphosate là thuốc trừ cỏ có phổ tác động rộng, diệt trừ được hầu hết các
lọai cỏ đa niên và cỏ hàng niên. Đặc biệt thuốc có hiệu quả cao và kéo dài đối với
một số lọai cỏ khó trừ như cỏ tranh, cỏ mắc cỡ, lau sậy, cỏ ống.
- Glyphosate có tác động lưu dẫn, có thể xâm nhập vào bên trong thân qua bộ
lá và các phần xanh của cây cỏ rồi di chuyển đến tất cả các bộ phận của cây (kể cả
rễ và thân ngầm) nên diệt cỏ rất triệt để và hữu hiệu trong việc ngăn cản cỏ mọc trở lại.
- Glyphosate thuộc nhóm độc III, độ độc với người sử dụng thấp hơn so với
các loại thuốc trừ cỏ hoạt chất Gramaxone (nhóm độc II), LD50 = 4.900 mg/kg
* Nhược điểm :
- Thuốc có tác dụng diệt cỏ chậm, cỏ hàng niên sau phun thuốc 4-5 ngày và cỏ
đa niên sau phun 7-10 ngày cỏ mới chết.

10


- Glyphosate là thuốc trừ cỏ khơng chọn lọc, ngồi tác dụng diệt được rất
nhiều lọai cỏ, nếu thuốc bám được vào lá hoặc những bộ phận xanh của cây trồng
thì thuốc diệt cả cây trồng.
Glyphosate khơng có tính chọn lọc, diệt được rất nhiều loại cỏ, do đó nó là
loại hóa chất BVTV được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới, nhất là ở Châu Âu,
Mỹ và Argentina. Năm 2011, 650.000 tấn Glyphosate đã được sử dụng trên toàn thế
giới. Ở nước ta, những năm gần đây, Glyphosate cũng được bà con nông dân sử
dụng rộng rãi để bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh.
Đây là một nhóm thuốc trừ cỏ lớn, trong danh mục hóa chất BVTV được phép
sử dụng tại Việt Nam hiện đã có 94 công ty đăng ký 126 loại thuốc thương phẩm
đơn chất Glyphosate, 7 công ty đăng ký 7 thuốc thương phẩm dạng hỗn hợp của
Glyphosate với các hoạt chất khác như 2.4D, Paraquat..,

1.1.4.2. Ảnh hưởng của Glyphosate đến môi trường và sức khỏe con người
Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới như Colombia, Ecuado… đang phản đối
mạnh mẽ việc sử dụng glyphosate vì gây ra các bệnh nguy hiểm như bệnh thận, các
loại dị tật bẩm sinh ở trẻ nhỏ, bệnh đường tiêu hóa, Parkinson, tổn thương dây thần
kinh và ung thư, khơng những thế nó cịn gây ra các dị tật thai nhi [34]. Các nghiên
cứu đã chứng minh rằng Glyphosate độc hại với tế bào người, bao gồm cả các tế
bào của phôi thai và nhau thai. Glyphosate có thể phá vỡ hệ thống nội tiết và gây ra
những ảnh hưởng xấu trong một số giai đoạn phát triển, chẳng hạn như mang thai.
Mỗi năm, Việt Nam có 150.000 người mắc ung thư mới, 75.000 người chết vì ung
thư. Mỗi năm ở Việt Nam có thêm 4.200 trường hợp trẻ dưới 19 tuổi mắc ung thư,
theo thống kê của Quỹ Nhi đồng Liên hợp. Ở Việt Nam, tháng 4 năm 2012, Viện
Paster Nha Trang công bố kết quả hai mẫu đất và nước có chứa Glyphosate với
nồng độ cao hơn mức cho phép khiến 4 người tử vong và hơn 50 người dân ở thôn
Làng Riềng xã Sơn Kỳ Quảng Ngãi bị mờ mắt, tê chân tay.
Ngoài những tác động nguy hại lên sức khỏe con người, khi hàm lượng
Glyphosate cao hơn mức cho phép cũng gây tác động xấu đến môi trường và sinh

11


thái xung quanh như ảnh hưởng đến sự sống của một số động vật hoang dã, làm
giảm đa dạng sinh học đất nông nghiệp và phá hủy các kho thức ăn cho các lồi
chim và cơn trùng [22]. Nước ơ nhiễm Glyphosate đe dọa đời sống thủy sinh, có thể
độc hại đối với ếch, nhái. Tế bào gan của cá chép bị tổn thương nặng khi tiếp xúc
với thuốc diệt cỏ Glyphosate.
Với những ảnh hưởng của Glyphosate đến sức khỏe con người và môi trường
như như vậy, nhiều nước và tổ chức thế giới đã đưa ra các tiêu chuẩn rất khắt khe
cho phép nồng độ tối đa của Glyphosate trong nước sinh hoạt, cụ thể: tiêu chuẩn
của Canada là 0,28 mg/L, của Australia là 10 µg/L, của Pháp và khối liên minh
Châu Âu (EU) đều là 0,1 µg/L... Ở nước ta tuy chưa có tiêu chuẩn quốc gia giới

hạn nồng độ Glyphosate trong nước sinh hoạt, nhưng theo quy chuẩn môi trường
QCVN 40:2011/BTNMT của bộ Tài nguyên và môi trường, giới hạn nồng độ các
chất BVTV dạng cơ phốt pho trong nước là 0,3 mg/L cũng đã phần nào đánh giá
được mức độ nguy hiểm của dạng thuốc BVTV này.
Tuy Glyphosate thuộc nhóm thuốc BVTV có độc tính trung bình nhưng do có
độ tan trong nước rất lớn so với các loại hóa chất BVTV khác (12 g/L ở 25°C trong
nước ngọt), gấp nhiều lần so với nồng độ giới hạn cho phép nên mức độ nguy hiểm
của nước ô nhiễm Glyphosate là rất đáng lo ngại, đặc biệt là ở những điểm ô nhiễm
xung quanh các nền kho cũ và việc kiểm sốt, hạn chế sự ơ nhiễm Glyphosate là rất
khó khăn. Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi lựa chọn thử nghiệm xử lý thuốc diệt
cỏ Glyphosate trong nước.
1.2. Q trình fenton điện hố
1.2.1. Khái qt về các q trình oxy hóa tiên tiến
Oxy hóa tiên tiến (AOP) là quá trình sử dụng gốc hydroxyl OH● có tính oxy
hóa cực mạnh (Thế oxy hóa khử E° = 2,8 V/ESH) để oxy hóa các chất ơ nhiễm ở
nhiệt độ và áp suất môi trường. Gốc hydroxyl là một tác nhân oxi hóa mạnh nhất
trong số các tác nhân oxi hóa thường gặp. Các gốc này khơng tồn tại có sẵn như
những tác nhân oxi hóa thơng thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản

12


ứng, có thời gian tồn tại rất ngắn, khoảng vài phần nghìn giây nhưng liên tục được
sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. AOP được chia thành các phương pháp khác
nhau dựa vào cách thức tạo ra gốc OH● như sau.
H2O2 / Fe2+
Fenton
UV/Fe2+/H2O2
Xúc tác quang
Đồng thể

TiO2 /UV/O2
Xúc tác quang dị thể
OH●

Oxy hóa
Điện hóa

O3/UV
Oxy hóa UV
Oxydation
UV H2O2 / UV
Quang hóa

Siêu âm

Hình 1. Các quá trình chính tạo ra gốc OH● trong AOP
Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính của q
trình có hay khơng sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân
loại các q trình oxi hố tiên tiến thành 2 nhóm:
 Các q trình oxi hóa nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng
Các q trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các q trình
khơng nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và chúng
được liệt kê ở bảng 1.
Bảng 1. Các q trình oxy hố tiên tiến không nhờ tác nhân ánh sáng
TT

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trưng

Tên quá trình

1

H2O2 và Fe2+

H2O2 + Fe 2+ Fe3+ + OH- + HO●

Fenton

2

H2O2 và O3

H2O2 +O3 2HO● + 3O2

Peroxon

3O3 + H2O (cxt)  2HO● + 4O2

Catazon

3

O3 và các chất xúc
tác

13

H2O và năng lượng

4

điện hoá

5

6

H2O (nlđh)  HO● + H●

Oxy hoá điện
hoá

H2O và năng lượng

H2O (nlsa)  HO● + H●

siêu âm

(20 – 40 kHz)

H2O và năng lượng

H2O (nlc)  HO● + H●

Bức xạ năng

cao

(1 – 10 Mev)

lượng cao

Siêu âm

 Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng
Các q trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ
năng lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các q trình được trình bày ở bảng 2
Bảng 2. Các quá trình oxy hoá tiên tiến nhờ tác nhân ánh sáng (USEPA)
TT
1

2

3

4

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trưng

H2O2 và năng lượng

H2O2 (hv)  2 OH●

photon UV

λ = 220 nm

O3 và năng lượng

H2O + O3 (hv)  2 OH●

photon UV

λ = 253,7 nm

H2O2/ O3 và năng

H2O2 + O3 +H2O (hv)  4 OH● + O2

UV/ H2O2 +

lượng photon UV

λ = 253,7 nm

O3

H2O2/ Fe3+ và năng

H2O2 + Fe3+ (hv) Fe2+ + H+ + OH●

lượng photon

H2O2 + Fe 2+ Fe3+ + OH- + OH●

Tên quá trình
UV/ H2O2

UV/ O3

Quang Fenton

TiO2 (hv)  e- + h+
5

TiO2 và năng lượng

λ > 387,5 nm

Quang xúc

photon UV

h+ +H2O  OH● + H+

tác bán dẫn

h+ + OH- OH● + H+
Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POPs) q trình oxi hóa nâng cao dựa trên gốc
tự do OH● được xem như một “chìa khóa vàng” để giải các bài toán đầy thách thức

14

của thế kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. Đó là lý do tại sao ngày nay
các q trình AOP cịn được mệnh danh là các q trình xử lý nước của thế kỷ 21.
Có thể kể ra sau đây một số phương pháp điển hình:
* Phản ứng Fenton: là q trình oxy hóa tiên tiến trong đó gốc tự do OH● được
sinh ra khi hydropeoxit phản ứng với ion sắt II với hằng số tốc độ 53 – 64 M-1s-1 [22]:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH● (1)
Tuy nhiên phản ứng (1) chỉ xảy ra trong môi trường phản ứng axit (pH = 2 4), và quá trình Fenton phụ thuộc nhiều vào pH, nồng độ ban đầu các chất phản
ứng, sự có mặt của một số ion vơ cơ khác,...
* Oxy hóa điện hóa (EOP – electrochemical oxidation process): là q trình
AOP trong đó gốc OH● được sinh ra bằng các quá trình điện hóa xảy ra trên các
điện cực. Q trình EOP có thể dễ dàng tự động hóa và hiệu suất quá trình phá hủy
tăng đáng kể nhờ số lượng gốc OH●tăng mạnh khi sử dụng các điện cực có diện tích
bề mặt lớn. Người ta thường sử dụng 2 cách để tạo ra gốc OH●: trực tiếp (oxy hóa
anot) hoặc gián tiếp thông qua các chất phản ứng của phản ứng Fenton (phản ứng
Fenton điện hóa) [35].
* Phản ứng peroxon: gốc tự do OH●được sinh ra khi hydropeoxit phản ứng với
ozon (PTPƯ 2):
H2O2 + 2O3 → 2OH● + 3O2 (k = 6,5 10-2 L.mol-1s-1) (2)
Quá trình này hiệu quả hơn q trình ozon hóa do sự có mặt của gốc OH●, tuy
nhiên hiệu quả của quá trình bị hạn chế bởi tốc độ của phản ứng (2) và cũng giống như
q trình ozon hóa, bị hạn chế bởi độ tan thấp của ozon trong nước. Ngồi ra q trình
cũng phụ thuộc nhiều vào pH, nhiệt độ và dạng chất ô nhiễm cần xử lý [26].
* Quang ozon (UV/O3): trong quá trình này, dưới tác dụng của tia UV, O3
phản ứng với nước tạo thành hydroperoxit theo phản ứng (3):
O3 + H2O + hν → H2O2 + O2 (3)
Sau đó hydroperoxit phản ứng với ozon tạo thành gốc OH● theo PTPƯ (7).
Hiệu suất của quá trình UV/O3 phụ thuộc nhiều vào lượng ozon sử dụng, chiều dài
bước sóng UV, cơng suất đèn UV và độ đục của dung dịch cần xử lý [26].

15


* Quang xúc tác: chất quang xúc tác thường dùng là TiO2 hấp thụ ánh sáng
bước sóng 385 nm, tạo ra điện tử và lỗ trống, sau đó điện tử và lỗ trống này sẽ phản
ứng với H2O và O2 tạo ra các gốc OH●:
e－+ h+

TiO2 + hv
TiO2(h+) + H2O

(4)

TiO2 + OH● + H+ (5)
TiO2 + OH●

TiO2(h+) + OH-

(6)

1.2.2. Cơ sở lý thuyết q trình fenton điện hóa
Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã cơng bố cơng trình nghiên cứu
của J.H.Fenton, trong đó ơng 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 H2O2 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).
1.2.2.1. Cơ chế
Hệ tác nhân Fenton đồng thể (Fenton cổ điển) là một hỗn hợp gồm các ion
sắt hóa trị 2 và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do OH●, còn Fe2+
bị oxi hóa thành Fe3+.

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH●+ OH-

(k = 63 l.mol-1.s-1)

(1)

Phản ứng này được gọi là phản ứng Fenton vì Fenton là người đầu tiên đã
mơ tả q trình này năm 1894.
Trong quá trình Fenton điện hóa, H2O2 được sinh ra liên tục bằng sự khử 2
electron của phân tử oxy trên điện cực catot theo PTPƯ để tạo ra H2O2.
O2 + 2H+ + 2e- → H2O2

E° = 0.69 V/ ESH (7)

Theo định luật Faraday, lượng H2O2 sinh ra phụ thuộc nhiều vào cường độ
dòng điện và do đó gián tiếp ảnh hưởng đến mật độ gốc OH● sinh ra. Ngoài ra,
giống như trong phản ứng Fenton, pH của dung dịch cũng ảnh hưởng đến khả năng
kết tủa keo các hydroxyt sắt, kết tủa này sẽ bám lên bề mặt điện cực làm cản trở quá

16